Der Einfluß erhöhter Temperaturen auf die mechanischen Eigenschaften der Metalle. Von Prof. M. Rudeloff, Gr. Lichterfelde. (Schluß von S. 581 d. Bd.) Der Einfluß erhöhter Temperaturen auf die mechanischen Eigenschaften der Metalle. 6. Kupfer. Fig. 18 und 19 zeigen die Gegenüberstellung der vom Verfasser [14 u. 20], Unwin [21], Le Chatelier [26] und Stribeck [29] bei Zugversuchen ermittelten Zugfestigkeiten σB und Bruchdehnungen δ. Fig. 18 läßt erkennen, daß σB bei allen Untersuchungen mit steigender Temperatur stetig abnahm. Die großen Unterschiede der Beobachtungswerte sind teils in der chemischen Zusammensetzung, teils in der Vorbehandlung des Materials und teils in Verschiedenheiten der Belastungsgeschwindigkeit begründet. Letzterem Umstände ist es zuzuschreiben, daß die Linie 7 von 61° C ab wesentlich tiefer liegt als alle anderen; die zugehörigen Beobachtungen sind abweichend von den übrigen Reihen bei langer Versuchsdauer erhalten. Textabbildung Bd. 324, S. 593 Fig. 18 u 19. Kupfer. Fig. 18. Zugfestigkeit σB; Fig. 19. Bruchdehnung δ; Erklärung zu Fig. 18 und 19; Linie 1 nach Rudeloff 1893; Linie 2 u. 3 desgl. 1898; Linie 2a u. 3a hart gezogen; Linie 2b u. 3b geglüht; Linie 2a u. 2b mit 1,86 v.H. Zinn; Linie 3a u. 3b mit Spur-Zinn; Linie 4 u. 5 nach Unwin 1899; Linie 6 nach Le Chatelier 1901; Linie 7 nach Stribeck 1903, sehr langsame Laststeigerung Die Versuche Linie 7 bei geringeren Temperaturen sind in der üblichen Weise angestellt worden und ihre Ergebnisse fallen nun mit denen der Linie 3b zusammen. Der Einfluß der Vorbehandlung auf die Zugfestigkeit bei gewöhnlicher Versuchsdauer äußerte sich nach dem Vergleich der Linien 2a und 3a für hartgezogenes Material mit den Linien 2b und 3b für dasselbe, aber geglühte Material in der bekannten Festigkeitssteigerung durch Kaltbearbeitung; von etwa 250° C ab verlor sie sich mit steigender Temperatur allmählich und bei 500° C und darüber war sie nicht mehr wahrnehmbar. Der Einfluß der chemischen Zusammensetzung tritt an den Linienpaaren 2 und 3 deutlich zutage und zwar ist es hier der Gehalt von 1,86 v.H. Zinn, der dem Material 2 die höhere Festigkeit verlieh. Der Unterschied tritt bei über 300° C immer mehr zurück, bleibt aber auch bei 600° C noch bemerkbar. Weit größer als in der Festigkeit (Fig. 18) sind die Unterschiede der untersuchten Kupfersorten in der Bruchdehnung (Fig. 19). Der Einfluß der verschieden großen Meßlängen tritt dabei zurück gegen den der Vorbehandlung. Letzterer erscheint nach dem Vergleich von 2a und 3a, hartgezogen, mit 2b und 3b, geglüht, und nach der guten Uebereinstimmung zwischen 3b und 7, geglüht, so ausgeprägt, daß aus der Lage der Linien Fig. 19 wohl mit ziemlicher Sicherheit geschlossen werden kann, daß auch die Linie 7 für geglühtes, die Linien 1 und 4 dagegen für mechanisch gehärtetes Material gelten. Der Wärmeeinfluß erweist sich bei dem geglühten Material (2b, 3b u. 7) bis 200° C als sehr gering, dann nimmt die Dehnung mit wachsender Temperatur schnell ab, bis sie bei 400–450° C anscheinend den geringsten Wert erreicht und schließlich, abgesehen vom Material 2, bis 600° C sich nicht wesentlich mehr ändert. Bei den hartgezogenen Kupfersorten 2a und 3a, mit denen 1 u. 4 annähernd übereinstimmen, weist die Dehnung zunächst bei 100° C einen Mindestwert auf, dann nimmt sie mit wachsender Temperatur zu, um bei mehr als 300° C, ebenso wie beim geglühten Material, zu fallen und von da ab durch nochmaliges Ansteigen den Werten für das geglühte Material sich zu nähern. Textabbildung Bd. 324, S. 594 ManganbronzeFig. 20. Streckgrenze; Fig. 21. Bruchspannung; Fig. 22. Bruchdehnung. Sehr auffallend ist der Verlauf der Linie 2. Bei diesem Material nimmt die Dehnung nach voraufgegangener Abnahme bei über 400° C außerordentlich stark zu und zwar bis über den Wert für Zimmerwärme. Es erscheint nicht ausgeschlossen, daß auch hierin die Wirkung des Zinngehaltes dieses Materials zutage tritt. Die Kugeldruckhärte nimmt nach den Versuchen von Kürth [38] beim Kupfer, sowie beim reinen Silber, proportional mit wachsender Temperatur ab. Die Werte liegen somit auf einer Geraden. Sind sie aus den Eindruckdurchmessern für gleiche Belastungen ermittelt, so schneidet die verlängerte Gerade für das ausgeglühte Material anscheinend die Abszissenachse bei der Schmelztemperatur des betreffenden chemisch reinen Metalls. Bei mechanisch gehärtetem (gestrecktem) Kupfer folgten die Härteänderungen bis 250° C ebenfalls einer Geraden; bei höheren Temperaturen machten sich Ausglühwirkungen bemerkbar; sie sind von der Zeitdauer der Temperatureinwirkung abhängig, die Belastungspunkte fielen daher zwischen die beiden Geraden für das gestreckte und geglühte Kupfer. Versuche, bei denen Kupferproben bei bestimmten Temperaturen verschieden lange Zeit geglüht und nach dem Erkalten der Kugeldruckprobe unterzogen wurden, bestätigten, daß die Glühwirkung bei Kupfer mit etwa 250° C beginnt und dann wesentlich von der Glühdauer abhängt; bei 450° C genügte die Dauer von wenigen Minuten, um die Härtung durch voraufgegangene mechanische Bearbeitung vollständig zu beseitigen. 7. Kupfer-Zinn-Zink-Bronze. In Tab. 1–2 sind die Ergebnisse aus verschiedenen Versuchsreihen zusammengestellt, die Bronzen geordnet nach wachsendem Gehalt an Zinn. Bei allen Reihen nimmt die Zugfestigkeit mit wachsender Temperatur ab, die Bruchdehnung dagegen wächst bei den Bronzen 1 bis 8 mit etwa 40 v.H. Zink und 0–1 v.H. Zinn mit der Temperatur, während sie bei den Bronzen 9–12 mit steigender Temperatur abnimmt. Der Vergleich ist unsicher infolge der Verschiedenartigkeit der angewendeten Versuchsverfahren, besonders hinsichtlich Stabform und Versuchsgeschwindigkeit, aber auch hinsichtlich der Erzeugungsart, zumal auch die Gießtemperatur von Einfluß ist. So ergibt der Vergleich der Bronzen 1–4 mit den Bronzen 5–7 von annähernd derselben Zusammensetzung, daß die Zugfestigkeit des heiß gegossenen Materials 1–4 sich bei etwa 20° C von der des kalt gegossenen zwar nicht wesentlich unterscheidet, wohl aber mit wachsender Temperatur stärker abnimmt, so daß sie schon von 150° C ab von der Festigkeit der kalt gegossenen Bronze sichtlich übertroffen wird. Ferner ist die Bruchdehnung der heiß gegossenen Bronze bei Zimmertemperatur erheblich größer als die der kalt gegossenen, mit wachsender Temperatur tritt Ausgleich ein und von 200° C ab erscheint die Bruchdehnung der kalt gegossenen Bronze größer. Zinngehalte zwischen 0 und 1,0 v.H. bei etwa 40 v.H. Zink bewirkten beim heiß gegossenen Material keine wesentlichen Unterschiede in der Bruchfestigkeit und Dehnung, dagegen scheint bei dem kalt gegossenen Material die Bruchdehnung mit wachsendem Zinngehalt abzunehmen. Die Bronzen 9–12 mit höheren Zinngehalten (5–13 v.H.) besaßen bei Zimmerwärme erheblich geringere Festigkeiten und zum Teil auch geringere Bruchdehnungen als die vorgenannten zinnärmeren; bei Temperaturen über 300° C zeigten sie dagegen größere Festigkeit. Für die praktische Verwendung kommt dies aber nicht in Betracht, da die Festigkeit aller vorliegenden Bronzen bei über 250° C derart gering ist, daß ihre Verwendung bei so hoher Temperatur ausgeschlossen erscheint und zwar bei den Bronzen mit 10 und 13 v.H. Zinngehalt um so mehr, als ihre schon bei Zimmertemperatur geringe Dehnung in der Hitze noch weiter abnahm. 8. Manganbronze. Die vorliegenden Versuche des Verfassers mit Manganbronze [14 u. 15], wie sie von der Isabellenhütte bei Dillenburg, nach dem Verfahren von Heusler erzeugt wird, erstrecken sich aufgewalzte ungeglühte Bronzen mit 3,2, 5,3, 7,3 und 9,4 v.H. Mangan und aufgegossene Bronze mit 13,5 v.H. Mangan bei den Temperaturen zwischen 20 und 400° C. Die Prüfung erfolgte mit der Einrichtung Fig. 10 bei 100 und 200° C in Paraffin, bei 300° C im Schmelzbade aus Zinn und Blei und bei 400° C im Bleibade. Die in Fig. 20–22 durch Schaulinien dargestellten Versuchsergebnisse zeigen, daß die Streckgrenze σS (Fig. 20) und Bruchfestigkeit σB (Fig. 21) des Kupfers mit wachsendem Manganzusatz zunächst zu und dann wieder abnimmt. Die Höchstwerte, deren Beträge aus den Figuren ohne weiteres zu entnehmen sind, liegen nahezu übereinstimmend bei allen Temperaturen für σS bei 7,3 v.H. Mangan, für σB bei etwa 6 v.H. Mangan. Bei der gegossenen 13,5 prozentigen Bronze erreichte σB nahezu die gleichen Werte wie die 6 prozentige. Die größte Bruchdehnung δ Fig. 22 wurde für die 5,3 prozentige Bronze ermittelt; auffallend gering ist sie für die Bronze mit 7,3 v.H. Mangan. Mit wachsender Temperatur nahmen Festigkeit und Dehnung ab, ein nennenswerter Einfluß in dieser Richtung trat aber erst bei Temperaturen über 200° C hervor. Wegen höchster Festigkeit und größter Dehnung erwies sich die Bronze mit 5–6 v.H. Mangangehalt von allen als die brauchbarste für auf Zug beanspruchte Konstruktionsteile. 9. Delta-Metall. Untersuchungen mit Delta-Metall liegen vor vom Verfasser [15] und von Unwin [21]. Nach den Darstellungen der Ergebnisse (Fig. 23) besaß das Unwinsche Material sowohl gewalzt als auch gegossen größere Festigkeit und geringere Dehnbarkeit als das meinige. Bei beiden Materialien und in beiden Zuständen äußerte sich aber der Einfluß höherer Temperaturen im allgemeinen gleichartig. Bei dem gegossenen Material nahm die Zugfestigkeit bis 100° C nicht wesentlich ab, sondern nach den Versuchen von Unwin sogar zu; im übrigen aber nahm sie mit wachsender Temperatur stetig ab. Die Bruchdehnung nahm zu, bei mehr als 200° C traten Unstetigkeiten ein. Ob sie durch Nebeneinflüsse, etwa durch Unterschiede in der Versuchsgeschwindigkeit veranlaßt oder in den Materialeigenschaften begründet sind, muß dahingestellt bleiben. Die Spannung an der Streckgrenze blieb nach meinen Versuchen bis 200° C nahezu unverändert und nahm dann mit wachsender Temperatur stetig ab. Zugversuche mit Kupfer-, Zinn-, Zink-Bronzen.Tabelle 1. Analysen Laufende No. Versuchevon Be-merkungen Kupfer Zinn Zink Blei Eisen Mangan Phosphor v.H. v.H. v.H. v.H. v.H. v.H. v.H. 1234 Charpy 57,0757,5658,9958,90 Spur0,100,310,34 42,2441,4740,2740,49 0,170,190,170,22 0,070,070,060,06 0,150,220,300,13 0,080,110,090,10 heiß ge-gossen 567 58,9756,2058,04 0,050,110,32 40,4042,9540,10 0,180,130,07 0,070,050,05 0,180,330,21 0,080,07– möglichstkaltgegossen 8 Rudeloff 57,4 1,0 40,4 – 1,00 0,10 – – 910 Bach 91,3586,67 5,458,88   2,87  3,95 0,280,50 0,030,04 –– Spur0,04 11 Le Chatelier – 10   3 – – – – 12 Charpy 88,11 13,05   1,62 – – – – Tabelle 2. Eigenschaften bei verschiedenen Temperaturen. Textabbildung Bd. 324, S. 595 Lfde. No. nach Tab. 1; Eigenschaft; Versuchstemperatur; Zugfestigkeit; Dehnung Den Einfluß der Bearbeitung (Vorstreckens) bei verschiedenen Temperaturen auf die Festigkeitseigenschaften nach dem Wiedererkalten zeigen Fig. 24 u. 25 für mehrere Metallen [39]. Textabbildung Bd. 324, S. 596 Fig. 23. Deltametall. σS Streckgrenze, σB Bruchfestigkeit, δ Bruchdehnung, ● nach Unwin, ○ nach Rudeloff Textabbildung Bd. 324, S. 596 Fig. 24 u. 25. Einfluß des Vorstreckens bei verschiedenen Temperaturen auf die Spannungsgrenzen (Fig. 24) und auf die Bruchdehnung (Fig. 25). Die Probestäbe ließ ich den bei verschiedenen Temperaturen geprüften, aus meinen Versuchen stammenden Zerreißproben entnehmen und zwar tunlichst aus deren gleichmäßig gestrecktem Teil. Alle Stäbe sind demnach um den bei den betreffenden Temperaturen erreichbaren größten Betrag vorgestreckt. Weitere geplante Versuche mit gleich großer Vorstreckung bei allen Temperaturen haben bisher nicht ausgeführt werden können. Der Verlauf der Schaulinien (Fig. 24 u. 25) läßt die Aenderungen der Spannungsgrenzen σP, σS und σB sowie der Bruchdehnung δ ohne weiteres erkennen, so daß von Erörterungen im einzelnen abgesehen werden kann. Hervorgehoben möge aber sein, daß das untersuchte Kupfer bereits bei der ursprünglichen Prüfung in einem gewissen Grade mechanischer Bearbeitung sich befand. Le Chatelier [26] streckte schwedisches Eisen mit 0,06 v.H. C und weichen Stahl mit 0,163 v.H. C bei 190° C und 220° C um 3 und 3,5 v.H. und fand den Einfluß des Vorstreckens beim Stahl mit höheren Gehalt an Kohlenstoff größer als beim Eisen. Das Härterwerden ist nach Le Chatelier eine Folge von „Umformung“; sie erfordere Zeit zu ihrer Entwicklung und daher nehme der Einfluß des Streckens bei niedrigen Temperaturen wegen unvollkommener Umformung mit wachsender Geschwindigkeit ab. Bei Temperaturen über 250° C wirke der Einfluß des Glühens dem des Vorstreckens entgegen und daher sei schnelles Strecken hier von größerer Wirkung als langsames. Literaturübersicht. 1.Tremery und Proirier-Saint-Brice, 1828, Annales des Mines, Bd. 3, S. 513. 2. Report of the Committee of the Franklin Institute on the explosion of steam boilers. 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