CVII. Ueber ein einfaches Mittel zur Regeneration des verbrannten Stahls; von dem Eisenbahn-Bauinspector Hrn. Malberg in Elberfeld. Aus den Verhandl. des Vereins für Gewerbfl. in Preußen, 1853. erste Lieferung. Malberg, über ein einfaches Mittel zur Regeneration des verbrannten Stahle. Es ist eine bekannte Thatsache, daß der Stahl beim Härten nur bis zu einer gewissen Temperatur erhitzt werden darf, wenn er seine guten Eigenschaften, Härte und Festigkeit, nicht verlieren soll. Diese Temperatur ist für verschiedene Stahlsorten eine verschiedene und muß für jede besonders ausprobirt werden. Nichtsdestoweniger gehört eine große Gewandtheit dazu, jenen Temperaturgrad nicht zu überschreiten; ja die Beurtheilung der angemessenen Erhitzung ist, da sie sich auf die Farbe des Glühens stützt und diese wiederum von der Tageszeit oder der Helligkeit des Wetters abhängt, weil eine empirische, eine unsichere. Es tritt demnach nicht selten der Fall ein, daß besonders bei Instrumenten mit feinen Schneiden die Härte und Festigkeit beim Härten leidet. Das gewöhnliche Mittel, diesem Uebelstande abzuhelfen, besteht darin, das Instrument rothwarm unter einem mit Wasser benetzten Hammer abzuhämmern und das Härten mit größerer Vorsicht zu wiederholen. Stark verbrannte Stahlstücke lassen sich jedoch auf diese Weise nicht wieder gut machen und werden in der Regel, ohne sie weiter zu benutzen, bei Seite gelegt. Im Jahre 1847 machte der polytechnische Verein für Bayern (Aprilheft 1847) ein Mittel bekannt, wodurch verbrannte Stahlinstrumente, wie Drehstähle, Meißel, Bohrer und dergl., wenn ihre Dimensionen eine gewisse Gränze nicht überschreiten, regenerirt werden können. Auch das polytechn. Journal (Bd. CX S. 232 und Bd. CXIV S. 236) so wie das polytechn. Centralblatt (1847 S. 1360) theilten jenes Mittel mit. Im Jahre 1850 wurde dasselbe wiederum von Professor Dr. Schnedermann (polytechn. Journal Bd. CXVI S. 243) auf den Grund damit angestellter Versuche empfohlen und dessen Bestandtheile als 1 Pfd. Talg, 1/4 Pfd. schwarzes Pech, welche geschmolzen werden, 3/4 Pfd. Salmiak, 1/4 Pfd. Blutlaugensalz, 3 Loth schwarzen Pfeffer, 2 Loth Seife, eine Handvoll Kochsalz, welche gepulvert der geschmolzenen Masse zuzusetzen sind, angegeben. Eine andere eben so wirksame Mischung soll nach derselben Angabe aus 10 Pfd. Harz, 5 Pfd. Fischthran, 2 Pfd. Talg und 8 Loth Stinkasant (Asa foetida) bestehen. In die genannten Mischungen soll der Stahl im rothglühenden Zustande mehrmals eingetaucht und dann erkalten gelassen werden, worauf zuletzt eine nochmalige Härtung mit der gehörigen Sorgfalt in gewöhnlicher Weise erfolgt. Wenn mir nun gleich obige Mischungen in ihrer Zusammensetzung etwas abenteuerlich erschienen, insbesondere vom chemischen Gesichtspunkte aus bei den angegebenen Bestandtheilen keine gleichförmige Mengung durch Erwärmung vorausgesetzt werden konnte, so bestimmte mich dennoch das vortheilhafte Zeugniß des Professors Schnedermann, die Versuche damit im September 1850 zu wiederholen. In der That sind dieselben auch in der Art ausgefallen, daß sie die Wirksamkeit des Mittels außer Zweifel ließen. Absichtlich recht stark verbrannte Instrumente (und zwar so stark, wie sie bei der gewöhnlichen Behandlung des Stahls wohl nicht vorkommen) erhielten durch mehrmals wiederholtes Eintauchen in die genannten Mischungen ihre guten Eigenschaften, sowohl was Härte und Festigkeit, als was das Korn anbetrifft, wieder. Nichtsdestoweniger konnte ich mich nicht entschließen, die Wirksamkeit in den abenteuerlich zusammengemischten Substanzen zu suchen. Ich vermuthete vielmehr den Grund in der Temperatur, welche das Gemisch hatte. Mit einem Thermometer maß ich die letztere zu 100 bis 120° R. zur Zeit, als der rothglühende Stahl darin mehrmals eingetaucht worden war, d. i. etwas höher als der Schmelzpunkt des Pechs liegt. Zwischen dieser Temperatur und dem Rothglühen des Stahls, welches über 800° R. geschätzt wird, ist allerdings noch ein großer Unterschied vorhanden. Reines Pech hatte ich im Augenblick nicht zur Hand, auch schien mir diese Substanz für den gewöhnlichen Gebrauch noch zu kostbar. Ich versuchte es daher sogleich mit der billigsten, mit Wasser, welches ich auf offenem Feuer und in einem unverschlossenen kupfernen Gefäße bis zum Aufwallen, nach dem Thermometer bis zu 70 bis 75° R. erhitzte. In dieses kochende Wasser tauchte ich drei- bis viermal den eben so oft bis zur Rothglühhitze vorsichtig erwärmten Stahl. Ein Härten des Stahls wird hierdurch nicht bewirkt, vielmehr behält derselbe seine volle Weichheit und Geschmeidigkeit. Hierdurch erreichte ich genau dieselben Resultate, welche ich unter Anwendung der vorhin angegebenen Mischungen erhalten hatte. Gußstahl bis 1 Zoll im Quadrat verbrannte ich absichtlich so stark, daß das Ende abschmolz und derselbe beim Ueberbrechen über die Amboßkante ein grobes, sehr offenes Korn zeigte. Nach viermaligem Erhitzen und Eintauchen in kochendes Wasser, so wie nach demnächstigem vorsichtigen Härten unter Anwendung der Rothglühhitze und des kalten Wassers von 13 bis 14° R. war das Korn vollständig regenerirt, dessen Feinheit und Dichtigkeit zugleich von der Art, wie es für schneidende Instrumente (Meißel, Drehstähle etc.) gerade wünschenswerth ist. Insbesondere zeigten Meißel, welche aus dem sehr verbrannten Stahle in der Art angefertigt wurden, daß sie rothwarm nur eine Zuschärfung erhielten, ohne im Aeußern die Spuren der Verbrennung zu verlieren, eine ausgezeichnete Härte, Festigkeit und Ausdauer. Bei steyerischem Stahl (Schweißstahl), an welchem sich durch das Verbrennen die Schweißfugen stark geöffnet hatten (wie dieß wegen der Ungleichartigkeit dieser Stahlsorte bei einer solchen Behandlung niemals zu vermeiden ist), zogen sich die Schweißfugen nur theilweise wieder zusammen, doch war Härte, Festigkeit und Korn in den einzelnen Theilen vollständig wieder hergestellt. Dünne Grabstichel, Stichel zum Guillochiren, die bei einer äußerst feinen Spitze eine besonders große Festigkeit bedürfen, wurden auf eine leichte Weise regenerirt. – Die genannten Versuche sind von mir in der Werkstätte des königl. Gewerbe-Instituts mehrmals wiederholt und von mehreren Mechanikern, denen ich das Mittel mitgetheilt habe, bewährt gefunden worden. Das Mittel empfiehlt sich besonders durch seine Einfachheit und Wohlfeilheit, so daß auch der weniger geschickte und weniger bemittelte Eisenarbeiter davon mit Vortheil Gebrauch machen kann. Sowie nun auf der einen Seite der praktische Nutzen bei Anwendung der beschriebenen Behandlung des Stahls nicht zu verkennen ist, so gewährt auf der andern Seite das Resultat derselben für die Wissenschaft ein besonderes Interesse. Man hat bisher die Veränderung des Stahles beim sogenannten Verbrennen in der theilweisen Entkohlung desselben gesucht und für dieselbe einen chemischen Proceß vorausgesetzt. Es sind mir zwar keine directen Versuche darüber bekannt, wodurch nachgewiesen worden wäre, daß der verbrannte Stahl weniger Kohle enthalte als der nicht verbrannte, doch ist diese Ansicht eine vielfach verbreitete; und wenn auch durch die von mir erhaltenen Resultate dieselbe nicht geradezu widerlegt wird, so erscheint ihre Richtigkeit darnach mindestens zweifelhaft. Nimmt man nämlich auch eine Entkohlung als durch die starke Erhitzung erzeugt an, so müßte doch durch die nachfolgende Behandlung dem Stahle wieder Kohlenstoff zugeführt werden. Wenn man indessen erwägt, wie langsam die Verbindung des Eisens mit Kohle vor sich geht und daß hierzu zugleich eine hohe Temperatur erforderlich ist, so ist eine Carburation bei dem zwar mehrmaligen, aber nur eine kurze Zeit dauernden Erhitzen bis zur Rothglühhitze im offenen Holzkohlenfeuer doch nicht wahrscheinlich. (Durch das Ablöschen in reinem Wasser kann offenbar keine Kohlenstoffaufnahme bewirkt werden.) Viel wahrscheinlicher ist es dagegen, daß der Proceß des sogenannten Verbrennens ein mechanischer ist. Nach der atomistischen Theorie von der Natur der Körper erklärt sich derselbe, sowie auch die Regeneration durch das von mir angewandte Mittel auf eine einfache Weise. Jene Theorie setzt, wenn man der Anschauung von Poisson folgt, voraus, daß jeder Körper aus Theilchen bestehe, welche durch leere Zwischenräume getrennt sind, jedes Theilchen wiederum aus einem Kerne (dem Atom) und einer Atmosphäre von Wärmestoff, deren Größe und Dichtigkeit für verschiedene Körper verschieden ist, daß zwischen den einzelnen Atomen gewisse Kräfte wirksam sind, insbesondere eine Anziehungskraft, welche den Atomen adhärirt, und eine Abstoßungskraft, deren Sitz die Wärmeatmosphäre ist. Bei dem Stahle befinden sich nun im gewöhnlichen Zustande diese beiden Kräfte im Gleichgewicht. Wird eine Erhitzung vorgenommen, so nimmt die Abstoßungskraft der Wärmeatmosphäre zu, die Anziehungskraft der Atome, eben weil die erstere die Entfernungen der Atome von einander vergrößert, ab, in Folge dessen die räumliche Ausdehnung der Atmosphäre selbst aber zu, wie dieß die Volumvergrößerung durch die Wärme beweist. Die Atome kommen somit durch die Erwärmung in eine andere Lage, die bei einer darauf folgenden Abkühlung um so leichter beibehalten wird, je langsamer diese erfolgt. Daher kommt es, daß stark erhitzter und langsam abgekühlter Stahl ein offenes Korn zeigt, welches sich auch nicht ändert, wenn man die Erwärmung und allmähliche Abkühlung mehrmals wiederholt. Findet dagegen eine plötzliche Abkühlung statt, so wird die Wirkung der Abstoßungskraft plötzlich aufgehoben, die Anziehungskraft aber äußert sich in ihrer ganzen Stärke, und die Folge davon ist, daß in diesem Falle das Korn geschlossener, das Gefüge sich dichter zeigt, indem die Zwischenräume sich verkleinert haben. Dieses ist der Vorgang beim Härten. Wenn jedoch die Erhitzung sehr groß gewesen ist, so hat die Abstoßungskraft an Intensität bedeutend zugenommen und ist bei der darauf eintretenden Abkühlung so überwiegend geworden, daß hierbei die Atome sich nicht wieder bis auf die ursprünglichen Entfernungen nähern können. Die Folge davon ist, daß das Korn offener bleibt, womit die das Verbrennen charakterisirenden Merkmale in naher Verbindung stehen. Mag nun auch die von mir versuchte Erklärung des Vorganges beim Verbrennen und Regeneriren des Stahls noch manches zu wünschen übrig lassen, so sprechen die Thatsachen: 1) daß der verbrannte Stahl durch Erwärmen bis zur Rothglühhitze und demnächstiges Eintauchen in kochendes Wasser regenerirt wird; und 2) daß der verbrannte Stahl, wenn man ihn nur bis zur Rothglühhitze (obgleich mehrmals) erwärmt, und demnächst unter sorgfältiger Bedeckung mit Kohlenpulver (mehrmals) langsam erkalten läßt, die Spuren der Verbrennung nicht verliert, wovon ich mich durch Versuche ebenfalls überzeugt habe; doch dafür, daß dem Verbrennen eine mechanische und nicht eine chemische Veränderung zum Grunde liegt. Gern hätte ich meine Versuche noch weiter fortgesetzt, doch gebricht es mir hierzu gegenwärtig an Zeit. Ich beschränke mich daher darauf, zu bemerken, wie es mir nicht unwahrscheinlich scheint, daß durch die beschriebene Behandlung des Stahls demselben eine größere Gleichartigkeit in seinen einzelnen Theilen mitgetheilt werden kann, und daß die beim Härten als weich hervortretenden Stellen in demselben Stahlstück, wenn der verschiedene Kohlengehalt Ursache davon nicht ist, dadurch weggeschafft werden können. In letzterer Beziehung empfehle ich denn den Stahlfabrikanten mein Mittel zu weitern Versuchen. Nachschrift, die Resultate der im königl. Gewerbe-Institut und der königl. Münze zu Berlin angestellten Versuche betreffend. In Folge obiger Mittheilung des Hrn. Malberg wurden in der Werkstatt des königl. Gewerbe-Instituts weitere Versuche durch Hrn. H. Corssen angestellt. Diese erstreckten sich: 1) darauf, das Thatsächliche für verschiedene Stahlsorten festzustellen. Es wurden deßhalb in der angegebenen Weise behandelt: a) vier Sorten deutscher Schweißstahl und zwar Tannenbaumstahl, Brillenstahl, raffinirter Stahl und feinster steyerischer Münzstahl; b) zwei Sorten deutscher Gußstahl, nämlich Werner'scher Gußstahl, vom Karlswerk bei Neustadt-Eberswalde, und Gußstahl von Goury und Comp., Stahlwerk Goffontaine bei Saarbrücken; c) englischer Gußstahl in den verschiedensten Dimensionen. Von jeder Stahlsorte wurde ein frischer Bruch, im Zustande wie sie im Handel vorkommt, nach der Härtung und nach der Verbrennung genommen. Demnächst wurden von jeder möglichst gleichförmig verbrannte Stücke mehrmals (bis fünfmal) rothglühend gemacht, nach dem jedesmaligen Anwärmen in kochendes Wasser gebracht und auf gewöhnliche Weise gehärtet. Auch hiervon wurden frische Brüche genommen. Die Vergleichung der verschiedenen Brüche eines und desselben Stahls miteinander bestätigte vollkommen die von Hrn. Malberg darüber gemachte Mittheilung. Das Korn des verbrannten und demnächst regenerirten Stahls zeigte sich oft feiner und anscheinend schöner, als das des ursprünglichen Bruchs; ebenso verhielt es sich mit dem Korn des verbrannten, dann regenerirten und gehärteten Stahls im Vergleich zu dem einfach gehärteten. 2) Festzustellen, wie oft der verbrannte Stahl bis zum Rothglühen angewärmt und demnächst in kochendes Wasser getaucht werden müsse, um seine vorigen guten Eigenschaften wieder herzustellen. Die dahin zielenden Versuche ergaben, daß die Wirkung der ersten Behandlung die durchgreifendste ist, und mit jeder folgenden Behandlung die Wirkung so abnimmt, daß die Veränderung bei der vierten und fünften kaum bemerkbar bleibt, daß demnach ein dreimaliges Rothglühendmachen und Eintauchen eines verbrannten Stücks in kochendes Wasser zu seiner Regeneration ausreichend ist. Es hat sich dieses bei Versuchen mit den verschiedensten Werkzeugen, mit Bohrern, Meißeln, Sticheln, Schraubenbohrern u.s.w. bewährt. Besonders anwendbar hat sich das Verfahren bei der Verstählung von schmiedeisernen Hämmern mit Gußstahl gezeigt, für welche, wenn eine Schweißung des Schmiedeisens mit dem Gußstahl erfolgen soll, eine Verbrennung des letztern wegen der verschiedenen Temperaturen, bei welcher die Schweißbarkeit beider Materialien eintritt, nothwendig ist. 3) Festzustellen, ob die Beschaffenheit des Wassers, seine größere oder geringere Reinheit, auf das Gelingen der Procedur von Einfluß sey. Bis dahin waren die Versuche mit Brunnenwasser angestellt. Es ergab jedoch die Anwendung von destillirtem Wasser kein anderes Resultat. 4) Festzustellen, ob eine andere Flüssigkeit gleiche Wirkung hervorbringe, wie das kochende Wasser, sowie inwiefern die Temperatur des Abkühlungsmittels von Einfluß auf die Regeneration sey. Zu diesem Zweck wurde als Abkühlungsmittel Quecksilber gewählt, welches als einfacher Körper der Zersetzung nicht, wie das Wasser ausgesetzt ist und sich mit Eisen oder Stahl nur sehr schwierig, unter den obwaltenden Umständen aber gar nicht, verbindet. Hierbei ergab sich Folgendes: Gußstahl, rothwarm in Quecksilber von 14,4° R. abgelöscht, zeigte sich schön gehärtet und erlitt keine nachtheilige Veränderung. Vorher verbrannter Gußstahl, in Quecksilber von derselben Temperatur abgelöscht, wurde nicht allein regenerirt, sondern zeigte sich meistens noch grobkörniger auf dem Bruche, als der verbrannte Stahl; kleine Stücke hatten das Ansehen des weißen Spiegeleisens und waren ungemein hart. Verbrannter Gußstahl, rothwarm in Quecksilber von 32° R. abgelöscht, zeigte eine bedeutende Verbesserung im Korne. Verbrannter Gußstahl, rothwarm in Quecksilber von 80° R. abgelöscht, wurde vollständig regenerirt, erhielt eine gute Weichheit und Geschmeidigkeit. Verbrannte Meißel, dreimal rothwarm in Quecksilber von 80° R. gebracht, hielten nach dem Härten besonders gut aus. Aus diesen Versuchen geht hervor: daß das Wasser als solches die Regeneration nicht bewirkt, vielmehr letztere von der gleichzeitigen Temperatur des Stahls und des Ablöschmittels abhängig ist. Um dieß noch sicherer zu ermitteln, wurden noch folgende Versuche gemacht. Es wurde zuerst verbrannter Stahl rothwarm in Wasser von 14,4° R. abgelöscht. Derselbe zeigte hiernach zwar wieder ein so feines und dichtes KornIch habe bei dieser Behandlung im Korn stets einige Verschiedenheit wahrgenommen.Malberg., wie der nicht verbrannte gehärtete Stahl; doch war derselbe nicht regenerirt, da verbrannte Meißel so behandelt durchaus nicht standen. Deßgleichen machte man verbrannten Stahl dreimal rothwarm und ließ ihn nach jedem Anwärmen langsam an der Luft erkalten.Verbrannter Stahl, mehrmals rothglühend gemacht und nach jedem Anwärmen langsam unter Bedeckung mit Kohlenpulver erkaltet, verliert die Spuren der Verbrennung nicht.Malberg. Der so behandelte Stahl zeigte nach dem Härten wieder ein feines Korn, aber Werkzeuge blieben nach dieser Behandlung unbrauchbar. Wie im königl. Gewerbe-Institut, wurde auch an der königl. Münze durch den Münzmeister Hrn. Klipfel das Verfahren von Malberg geprüft und verbrannter Gußstahl, der seine gute Textur verloren hatte, in der angegebenen Weise regenerirt, so daß daraus gefertigte Instrumente ihrem Zweck entsprachen. Da von der königl. Münze früher ein Verfahren erworben worden war, wobei ein Mittel von ähnlicher Zusammensetzung, wie die von Hrn. Malberg Eingangs seiner Mittheilung erwähnten, angewendet worden, um das Setzen der Stempel zu verhindern, sich aber nicht bewährt hat, so mußte es interessant seyn zu ermitteln, ob etwa das Rothglühendmachen und Ablöschen der Stempel in kochendem Wasser zwischen dem jedesmaligen Senken mit Vortheil zu benutzen seyen. Es wurden zu diesem Zweck zunächst mehrere geschmiedete, unfertige, größere Stempel von Krupp'schem Gußstahl rothwarm geglüht und darauf in kochendem Wasser abgelöscht, wornach sich dieselben an den Außenflächen härtlich und spröde zeigten, so daß sie sich nur schwer feilen und drehen ließen. Hiernach erschien die Anwendung dieses Verfahrens nicht räthlich; dagegen zeigten sich bei vier Thaler-Stempeln von Krupp'schem Stahl, welche vor dem Härten nach empfangener Rothwärme in kochendem Wasser abgekühlt worden waren, sogenannte Kreissprünge nur in sehr geringem Grade; von vier andern, eben so behandelten Stempeln zeigten sich drei ebenfalls mit nur sehr wenig sichtbaren, mit der Loupe kaum aufzufindenden Kreissprüngen, der vierte war aber so stark gesprungen, daß derselbe gar nicht benutzt werden konnte. Weitere Versuche ergaben, daß sich nach dem Ablöschen in kochendem Wasser die beim Senken entstehenden KreissprüngeEs wird hierbei ausdrücklich bemerkt, daß sogenannte Kreissprünge sich auch bei glatten, ungravirten Stempeln, welche gar nicht gesenkt sind, zeigen. Man erkennt sie überhaupt erst nach dem Härten und Poliren; ein Ausglühen dürfte daher Wohl nicht anwendbar seyn.Klipfel. auf der Oberfläche der Stempel nicht mehr so dicht geschlossen zeigten, als bei den vorher genannten Versuchen, vielmehr bei einigen Stempeln stärker hervortraten. Hiernach dürfte das von Hrn. Malberg für Regenerirung des verbrannten Stahls angegebene Verfahren für die StempelfabricationFür diesen Zweck habe ich auch mein Verfahren als anwendbar nicht ausgegeben. Beim Senken der Stempel findet ein Verdichten des Materials statt; und dieses kann voraussichtlich wohl nur durch ein nachfolgendes sorgfältiges Ausglühen wieder weggeschafft werden. Durch Verbrennen wird dagegen der Stahl nicht nur nicht dichter, sondern bekommt ein sehr offenes Korn, welches eben in Folge des angemessenen Temperaturunterschiedes des rothwarmen Stahls und des kochenden Wassers sich wieder mehr schließt, so daß für das nachfolgende Härten die Bildung des bei Werkzeugen erforderlichen Korns des Stahls vorbereitet wird.Malberg. nicht anwendbar seyn. Dagegen würde man die bekannte Eigenschaft des Stahls, dunkelroth geschmiedet und in kaltem Wasser abgelöscht eine zur weiteren Verarbeitung zweckmäßige Weichheit und Zähigkeit anzunehmen, für die Stempelfabrication benutzen können. Versuche haben gezeigt, daß wenn man die Stempel zwischen den einzelnen Senkungen in ein wenig Kohlenstaub drückt, so daß dieser daran haften bleibt, dann rothwarm ausglüht und so weit abkühlen läßt, daß sie, an einem dunkeln Ort beobachtet, den ersten rothen Schein fast ganz verloren haben, sodann in frischem Wasser ablöscht, nicht allein sich gut graviren und drehen lassen, sondern auch weich genug bleiben, um die Eindrücke der Patrize beim Senken aufzunehmen. Durch dieses Verfahren würde man das bisherige, sehr langsam vor sich gehende Abkühlen der Stempel in dem Glühfeuer zwischen jeder Senkung, mithin Zeit und Brennmaterial ersparen. Leider werden bei Anwendung dieses abgekürzten Verfahrens die Kreissprünge nicht vermieden. Dabei ist aber nicht zu verkennen, daß das Gerathen der Operation immerhin von der Geschicklichkeit des Arbeiters abhängig bleibt, ein Uebelstand, der sich nicht beseitigen läßt und die Arbeiten, im Großen aus diese Weise ausgeführt, unsicher macht.