LXIII. Verfahrungsarten zur Fabrication von gemischtem Schmiedeisen und verschiedenen Eisenlegirungen, welche sich John Morries Stirling in Blackgrange, North Britain, am 12. October 1848 patentiren ließ. Aus dem Repertory of Patent-Inventions, Juli 1850, S. 42. Stirling's Fabrication von gemischtem Schmiedeisen etc. Verfahren hämmerbares oder Schmiedeisen durch Vereinigung des Roheisens mit hämmerbarem Brucheisen zu erhalten. Ich versetze weißes Roheisen mit dem zwanzigsten bis fünften, sogar vierten Theil seines Gewichts hämmerbaren Brucheisens, indem ich das Brucheisen in die Formen bringe, in welche das Roheisen aus dem Hohofen abgestochen wird; es wird so eine theilweise Vereinigung bewirkt und das hämmerbare Brucheisen in seiner Natur einigermaaßen verändert; in dem heißen Gußeisen eingehüllt, verliert es nämlich viel von seiner Zähigkeit und wird mehr oder weniger spröde, krystallinisch oder stahlartig. Die aus dieser Mischung bestehenden Flossen werden dann auf gewöhnliche Weise gepuddelt, wobei man dafür sorgen muß, daß die Mischung anfangs vollkommen geschmolzen wird (um beide Eisensorten einander ganz einzuverleiben), denn nur in diesem Falle erzielt man ein hämmerbares Product von gleichförmiger Textur. Wegen der verschiedenartigen Beschaffenheit des Gußeisens ist es unmöglich für das beizugebende hämmerbare Brucheisen ein Maximum festzusetzen; ich habe jedoch gefunden, daß das schlechteste Gußeisen, wenn man es mit etwas weniger als dem vierten Theil seines Gewichts hämmerbaren Brucheisens versetzt, ein besseres hämmerbares Eisen liefert, als dasselbe Gußeisen für sich allein durch das Frischen. Man kann das hämmerbare Eisen mit dem Gußeisen auch auf die Art verbinden, daß man beide in einem Flammofen zusammenschmilzt, und die geschmolzene Mischung dann in Flossenformen oder sogleich in den Puddelofen auslaufen läßt. Die bequemste und am wenigsten kostspielige Methode das hämmerbare Brucheisen mit dem Gußeisen zu vereinigen, besteht aber darin, das Roheisen direct aus dem Hohofen auf das in einem Flammofen enthaltene hämmerbare Brucheisen auslaufen zu lassen, nachdem letzteres zuvor erhitzt worden ist, jedoch nicht so stark daß die Stücke desselben einander adhäriren, was seine Auflöslichkeit im Gußeisen verhindern würde. Die Hitze wird dann gesteigert und fortgesetzt bis das gemischte Metall ganz flüssig geworden oder vollkommen geschmolzen ist, so daß man keine Brucheisenstückchen mehr fühlen oder beobachten kann; alsdann kann man die Metallmischung in einen Puddelofen oder in Formen auslaufen lassen. Wenn man eine bessere Qualität von Gußeisen anwendet als das weiße ist, so setzt man mehr hämmerbares Eisen zu, wenigstens ein Zehntel (weil sonst die gußeisernen Herdplatten beim Puddeln zu schnell zerstört werden) und nicht über ein Viertel bis ein Drittel des angewandten Gußeisens. Im Allgemeinen muß man dem Roheisen im Verhältniß seiner Reinheit mehr hämmerbares Eisen zusetzen. Das nach meiner Methode erzeugte hämmerbare Eisen ist dem gewöhnlichen in den wesentlichen Eigenschaften bei weitem vorzuziehen, nämlich in Bezug auf Dehnbarkeit, Faserigkeit, Festigkeit und leichtes Bearbeiten durch Hämmern oder Schmieden; auch ist es durch plötzliches Abkühlen leichter und sicherer zu härten als das gewöhnliche Schmiedeisen. Wo man sich leicht Bruchstahl verschafft, kann man solchen allein oder nebst hämmerbarem Brucheisen dem Gußeisen einverleiben, um für besondere Zwecke, z. B. für Radreifen, ein hämmerbares Eisen zu erhalten, welches an und für sich schon härter als gewöhnliches Schmiedeisen ist und welches sich durch plötzliches Abkühlen auch besser härten läßt. Verbesserung des gemischten hämmerbaren Eisens für besondere Zwecke durch Zusatz kleiner Mengen von Zinn, Zink, Kupfer oder Mangan. Zusatz von Zinn. — Um ein hämmerbares Eisen zu erhalten, welches bei weitem weniger faserig und zugleich härter als gewöhnliches Schmiedeisen ist, versetzt man die oben erwähnten Mischungen von Guß- und Schmiedeisen mit einem halben Procent ihres Gewichts Blockzinn, am besten im Puddelofen. — Der Zusatz von 1 Procent Zinn liefert ein Metall von krystallinischem Bruch, welches sich aber, so lange es heiß ist, gut unter dem Hammer und in dem Walzwerk bearbeiten läßt, da es dicht und feinkörnig ist. Diese Verbindung empfehle ich besonders für die obere Fläche der Eisenbahnschienen und zu allen Zwecken wo ein Schmiedeisen wünschenswerth ist welches sich nicht abblättert. Zusatz von Zink. — Durch einen Zusatz von Zink (in metallischem Zustand oder als Galmei) wird die Mischung von hämmerbarem Eisen und Gußeisen ebenfalls verbessert; sie erhält nämlich mit Beibehaltung ihrer Dehnbarkeit und Faserigkeit eine glänzendere Farbe und reinere Oberfläche. 1 Gewichtstheil Galmei auf 100 Theile des gemischten Eisens ist ein zweckmäßiges Verhältniß. Zusatz von Kupfer. — Durch einen Zusatz von ½ bis 1 Procent Kupfer wird das gemischte hämmerbare Eisen härter. Zusatz von Mangan. — Wenn man das gemischte hämmerbare Eisen mit 1 Procent seines Gewichts Braunstein versetzt, so beschleunigt dieß den Puddelproceß und das gewonnene Eisen wird stahlartiger und härter. Es eignet sich daher besonders für solche Zwecke, wo eine harte äußere Schicht erforderlich ist; man setzt hiezu den äußern Theil der Packete, welche zu Stäben, Schienen, Platten etc. gewalzt werden sollen, aus dem manganhaltigen gemischten Eisen zusammen, während man für das Innere des Packets gewöhnliches hämmerbares Eisen verwendet, welches im Präparirwalzwerk nicht so hart wird und von seiner faserigen Textur nicht so viel verliert wie mein gemischtes Schmiedeisen. Auf diese Weise erhält man Stäbe, Schienen, Platten etc. welche nach dem Walzen eine harte äußere Oberfläche besitzen, ohne die faserige Structur durch ihre ganze Dicke gänzlich verloren zu haben. Wünscht man Stäbe zu erhalten, welche durchaus hart, körnig und krystallinisch sind, so setzt man das Packet gänzlich aus dem manganhaltigen gemischten Schmiedeisen zusammen. Legirung von Zink und Eisen. Um eine Legirung von Zink und Eisen hervorzubringen, verfahre ich folgendermaaßen: nachdem ein Kupolofen zum Schmelzen von Guß- oder Stabeisen oder von einer Mischung beider benutzt und dann abgestochen worden ist, bringe ich in den Ofen (während das Gebläse ruht) eine seiner Größe angemessene Quantität Zink, welches leicht schmilzt, im geschmolzenen Zustand durch die Kohks oder das sonstige Brennmaterial zieht und mit den Seiten des Ofens in Berührung kommt, denen gewöhnlich Theile des zuvor geschmolzenen oder noch schmelzenden Eisens anhängen, wobei eine Legirung von Zink und Eisen entsteht. Zu den meisten Zwecken darf dieselbe nicht weniger als vier und nicht mehr als sieben Procent Eisen enthalten. Wenn man daher bei der Analyse der Legirung findet, daß sie über sieben Procent Eisen enthält, so muß man sie durch zugesetztes Zink auf diesen Gehalt herabbringen; enthält sie aber weniger als vier Procent Eisen, so setzt man ihr die geeignete Menge einer eisenhaltigeren Legirung zu. Die so erzeugte Legirung von Zink und Eisen läßt sich mit Vortheil anstatt Zink zur Darstellung von Metalllegirungen benutzen, welche für viele Zwecke das Messing, Kanonenmetall und andere jetzt gebräuchliche Legirungen von Kupfer, Zinn, Zink und Blei ersetzen können. Legirung von Kupfer und Mangan. Um eine Legirung von Kupfer und Mangan (als Zusatz für die Eisenlegirungen) zu erhalten, schmelze ich zuerst das Kupfer, versetze es dann mit 1 bis 2 Procent seines Gewichts Braunstein, und halte die Oberfläche des Metalls mit einem reducirenden Fluß bedeckt, damit sich der Braunstein zu Mangan reduciren kann und auch um den Zutritt der Luft zum Metall zu verhindern. Goldähnliche Eisenlegirung. Um eine Legirung zu erhalten, welche dem Gold sehr ähnlich ist und sich wie dasselbe bearbeiten und graviren läßt, versetze ich die Legirung von Kupfer und Mangan im geschmolzenen Zustande mit dem sechsten bis vierten Theil ihres Gewichts der Legirung von Zink und Eisen. Wenn man 4 Theile der Legirung von Mangan und Kupfer mit 1 Theil der Legirung von Zink und Eisen versetzt, so erhält man ein Metall, welches dem 22 karätigen Gold sehr ähnlich ist. — Da sowohl das Eisen als das Mangan diese Legirung hart machen, so muß man das Verhältniß des einen oder andern oder beider den verschiedenen Zwecken anpassen wozu die Legirung bestimmt ist; soll dieselbe z. B. gewalzt werden, so muß man eine kleinere Menge des Eisens oder Mangans oder beider anwenden. — Die angegebenen Verhältnisse der Zink-Eisen- und der Kupfer-Mangan-Legirung liefern übrigens nach meiner Erfahrung ein leicht zu bearbeitendes Metall von schöner Farbe, welches sowohl die Hämmerbarkeit als die Dehnbarkeit in einem ausgezeichneten Grade besitzt und eine schöne Politur annimmt. Man kann ein Metall von sehr guter Farbe erhalten, wenn man einerseits bloßes Zink anstatt der Legirung von Zink und Eisen; und andererseits bloßes Kupfer anstatt der Legirung von Kupfer und Mangan anwendet. Alle Legirungen von Kupfer und Mangan mit Zink und Eisen werden durch ein halbes Procent ihres Gewichts Zinn viel härter; ich steigere den Zinnzusatz zu diesem Zweck nach Umständen auf 2 bis 4 Procent. Metalllegirung für Zapfenlager. Für Zapfenlager und andere Maschinentheile, welche der Reibung ausgesetzt sind und die man jetzt aus Bronze, Messing etc. anfertigt, ist die goldähnliche Eisenlegirung mit einem Zusatz von 1 bis 3 Procent Blei, ganz besonders deßhalb geeignet, weil sie das Heißwerden der reibenden Flächen verhütet oder wenigstens bedeutend vermindert. Silberähnliche Gisenlegirung. Eine Legirung welche die Farbe, den Glanz und viele Eigenschaften des Silbers besitzt, liefert folgende Mischung: 10 Theile Kupfer, 2 Theile Nickel, 6 Theile Legirung von Zink und Eisen; oder 8 Theile Kupfer, 2 Theile Nickel, 4 Theile Legirung von Zink und Eisen. Diese Verhältnisse eignen sich für mannichfaltige Zwecke; ein viel größeres Verhältniß der Zink-Eisen-Legirung macht das Metall zu hart für das Walzen auf gewöhnliche Weise, eignet sich aber für Güsse, wobei ein schön weißes und glänzendes Metall verlangt wird. Zuviel Kupfer schadet der Farbe des Metalls und macht es gelblich; ein Ueberschuß von Nickel vertheuert es. Zum Walzen finde ich obige Verhältnisse sehr geeignet. Man erhält ein noch vorzüglicheres Metall, wenn man zusammenschmilzt: 6 Theile Kupfer, 2 Theile Nickel und 4 Theile Legirung von Zink und Eisen. In allen Fällen muß man das Nickel und Kupfer zuerst schmelzen, dann die Legirung von Zink und Eisen zugeben und eine Decke (von reducirendem Fluß) anwenden. Zusatz. Die wichtigste praktische Neuerung in der Eisenfabrication ist die patentirte Methode des Hrn. Morries Stirling, dem Gußeisen eine größere relative Festigkeit zu ertheilen. Das Verfahren ist höchst einfach; man braucht bloß Stücke von hämmerbarem Brucheisen in die Formen zu bringen in welche das Metall aus dem Hohofen ablauft; das geschmolzene Gußeisen umgibt das feste Brucheisen, welches sich ihm einverleibt und die so erhaltene Masse wird in den Preiscouranten der Eisenhütten unter der Benennung „Stirling's patent toughened pig“ aufgeführt. In diesem Zustand wird das Eisen an die Consumenten verkauft, und wenn man es dann im Kupolofen zum Gebrauch umschmilzt, tritt die Mischung in chemische Verbindung, ihr Kohlenstoffgehalt wird geringer, ihre Structur verändert sich und ihr Korn erhält eine andere Form. So zusammengesetztes Gußeisen ist feinkörnig und hat ohne Beeinträchtigung seiner Schmelzbarkeit eine außerordentliche relative Festigkeit erlangt. Während also das zusammengesetzte Gußeisen ebenso leicht zu verwenden ist wie das gewöhnliche, besitzt es die wesentlichen Eigenschaften des Schmiedeisens und ist daher für den Bau von Eisenbahnen, eisernen Brücken etc. überhaupt alle Zwecke wo relative Festigkeit und Leichtigkeit verlangt werden, ein höchst schätzbares Material. Die relative Festigkeit des gemischten Eisens ist je nach dem zugesetzten Schmiedeisen verschieden; sie ist durchschnittlich um 60 bis 70 Procent größer als beim gewöhnlichen Gußeisen, während ihre Zunahme im Maximum nach den angestellten Versuchen 120 Procent beträgt. Beim Beginn seiner Versuche beabsichtigte Hr. Stirling bloß das schlechte Gußeisen zu verbessern, nämlich dem schwächeren und leichtflüssigeren Roheisen dieselbe relative Festigkeit wie den besseren Sorten zu ertheilen; im Verlauf seiner Versuche kam er aber auf die merkwürdige Thatsache, daß alle Roheisensorten durch Beimischung von schmiedbarem Brucheisen eine bei weitem größere relative Elasticität erlangen als das beste Gußeisen besitzt. In Hodgkinson's Versuchen finden wir, daß um einen Stab Blanaevon-Roheisen von 1 Zoll im Quadrat, und 4 Fuß 6 Zoll zwischen den Unterlagen, zu brechen, durchschnittlich nur 454 Pfd. erforderlich sind; das höchste Resultat war 578 Pfd. Bei Stirling's eigenen Versuchen mit seinem gemischten Eisen wurde das zerbrechende Gewicht von 868 Pfd. erreicht; während Hr. Rennie mittelst Stirlings Methode über 900 Pfd. erhielt, so daß man im Mittel 750 Pfd. annehmen kann. Das für gemischtes Eisen anzuwendende Verhältniß von Schmiede- und Gußeisen hängt ganz von der Beschaffenheit des letzteren ab. Das schottische Roheisen erfordert den größten Zusatz von hämmerbarem Brucheisen; das Walliser den geringsten, und das Eisen aus Staffordshire hält die Mitte. Bei schottischem Roheisen Nr. 1, heiß erblasen, muß man nach seiner verschiedenen Güte dem Centner 24 bis 40 Pfd. Pfund Schmiedeisen zusehen; Nr. 2 erfordert weniger — 20 bis 30 Pfund; Nr. 3, heiß erblasen, eignet sich für die meisten Zwecke nicht zur Vermischung, ausgenommen für sehr große Gußstücke, wofür der Zusatz von 15 bis 20 Procent schmiedbarem Brucheisen ein vortreffliches Eisen liefert. Alle Sorten von Staffordshire und Walliser Roheisen erfordern einen bedeutend geringeren Zusatz. Die neue Erfindung wird um so leichter Eingang finden, weil sie die Eisenpreise gar nicht steigert; so erhöht sich der Preis einer Tonne schottischen Roheisens = 2 Pfd. Sterl. 10 Shill. durch den Betrag des zuzusetzenden hämmerbaren Eisens und die Patentgebühr nur um 10 bis 15 Shill.; das so erzielte Eisen hat aber eine um 60 Procent größere relative Festigkeit als Eisen welches 3 Pfd. Sterl. 15 Shill. und 4 Pfd. Sterl. per Tonne kostet. Bei dem besten Roheisen ist die Verbesserung freilich nicht so auffallend wie bei den schlechtesten Sorten, obgleich Hrn. Rennie's Versuche zeigen, daß sogar das beste Blae-navon-Roheisen um 67 Procent verbessert wird. In der That beweisen sämmtliche angestellte Proben, daß durch Beimischung von Schmiedeisen alle Roheisensorten auf das Maximum ihrer relativen Festigkeit gebracht werden können; man hat nur den erforderlichen Zusatz von hämmerbarem Brucheisen zu ermitteln, wobei das zerbrechende Gewicht auf 700 bis 800 Pfd. per Quadratzoll gesteigert wird. Die Commission welche von der brittischen Regierung mit Untersuchungen über das beim Eisenbahnbau verwendete Eisen beauftragt wurde,Der Bericht dieser Commission wurde im polytechn. Journal Bd. CXVI S. 120, 193 und 264 mitgetheilt. hat mit dem neuen Eisen sorgfältige Versuche angestellt. Bei den Versuchen über die absolute Festigkeit erforderte die zweite Qualität des gemischten Eisens 11,502 Tonnen per Quadratzoll Querschnitt zum Zerreißen (während das höchste Resultat mit Blaenavon-Roheisen 7,466 Tonnen war). Die durchschnittliche Festigkeit des Zerdrückens war bei der zweiten und dritten Qualität des gemischten Eisens respective 54 und 64 Tonnen (bei Blaenavon-Roheisen Nr. 2 war sie 49 Tonnen). Die Mischung zum Probiren der Querfestigkeit bestand aus Staffordshire-Roheisen Nr. 1 mit 15 Procent hämmerbarem Eisen, welche das gemischte Metall dritter Qualität bildet. Die Dimensionen der Stäbe waren: Länge 10 Fuß 17/120 Zoll; Gewicht 119 Pfd.; Gewicht zwischen den Unterlagen 106,97 Pfd.; Höhe 2 Zoll; Breite 1,97 Zoll. Die mittleren Resultate mit einer Belastung von 1344 Pfd., gaben eine Durchbiegung von 1,939 Zoll und eine bleibende Biegung von 0,223 Zoll. Das mittlere zerbrechende Gewicht war 1470 Pfd., mit einer äußersten Biegung von 2,178 Zoll. Sachverständige können diese Resultate leicht mit anderen Eisensorten vergleichen. Man hat in Schottland eine große Reihe von Versuchen über die Verbesserung des Dundyvan-Eisens nach Stirlings Methode angestellt. Das mittlere zerbrechende Gewicht des gewöhnlichen Dundyvan-Roheisens — in Stangen von 1 Zoll im Quadrat, und von 2 Fuß 3 Zoll Länge zwischen den Unterlagen — ergab sich durch Versuche bei Nr. 1 zu 860; bei Nr. 2 zu 926 und bei Nr. 3 zu 892 Pfd. Dasselbe Roheisen Nr. 1, mit 32 Pfund hämmerbarem Brucheisen auf den Centner versetzt, erforderte 1434 Pfd. zum Abbrechen; das Roheisen Nr. 2 mit 29 Pfd. Brucheisen auf den Centner versetzt, ergab als Resultat 1419 Pfd. Die relative Festigkeit des Gußeisens, welche man bisher durch Zusammenschmelzen verschiedener Roheisensorten zu erhöhen bemüht war, kann also jetzt nach Stirling's Methode ohne Vergleich weiter getrieben werden, (Practical Mechanic's Journal, August 1850, S. 97.)