Titel: | Fortschritte in der Eisen- und Stahlgiesserei. |
Fundstelle: | Band 295, Jahrgang 1895, S. 109 |
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Fortschritte in der Eisen- und
Stahlgiesserei.
(Vorhergehender Bericht 1893 Bd. 290 * S.
251.)
Mit Abbildungen.
Fortschritte in der Eisen- und Stahlgiesserei.
I. Materialien. Ermittelung der Eigenschaften des
Giessereistahls während des Giessens.
Seitdem man bemüht gewesen ist, den Stahl mehr und mehr zu Verbrauchsgegenständen
auszugiessen, oder auch das zum Auswalzen bestimmte Stahlmaterial ohne weiteres zum
Verarbeiten geeignet zu machen, ist man unaufhörlich bemüht gewesen, die
Giessmethoden zu erforschen und zu vervollkommnen.
Wenn nun auch das Giessen der Blöcke, die zum Auswalzen bestimmt sind, nicht
unmittelbar hierher gehört, so ist es doch angezeigt, die neueren Erfahrungen auf
diesem Gebiete anzuführen, da sie theils directe Rückschlüsse auf die Formgiesserei
gestatten, theils zu manchen Anregungen auf dem Gebiete der Formgiesserei geeignet
sind, wie auch die nachfolgenden Mittheilungen aus Jern-Kont. Ann. vom Jahre 1893 bestätigen (siehe Oesterr. Zeitschrift, S. 258).
In denselben äussert sich Sebenius in bemerkenswerter
Weise über die Darstellung von blasenfreiem Guss dahin, dass man angenommen habe,
die Blasen entständen auf die Weise, dass der Metallstrahl beim Abzapfen in die
geschmolzene Masse Luft mitführe und dass diese wenigstens theilweise zurückbleibe
und in dem Bade Blasen bilde. Die Aussenblasen sollten sich dadurch gebildet haben,
dass die Luft, welche an den mehr oder weniger rauhen Coquillwänden anhaftete, sich
in Folge der hohen Hitze ausdehnte und in die eingefüllte Stahlmasse eindrang. Diese
beiden Annahmen sollen aber sehr unhaltbar sein, da man bei näherem Eingehen findet,
dass alle möglichen Gründe dagegen sprechen. Der einzige annehmbare Grund der
Blasenbildung im Stahl ist der, dass das geschmolzene Metall ein grosses Bestreben
hat, die mit ihm in Berührung kommenden Gase zu absorbiren. Beginnt der flüssige,
mit Gasen
gesättigte Stahl zu erkalten, so kann er diese Gase nicht länger gelöst enthalten;
sie scheiden sich ab, können aber, wenn der Stahl schwer flüssig ist, nicht
vollständig an die Oberfläche emporsteigen, sondern bleiben zum Theil in der
Metallmasse zurück. Setzt man nun, wenn das Gas die Masse verlassen will, die
Stahlpartikel einer Kraft in einer bestimmten Richtung aus und die Gasblasen einer
Kraft in gerade entgegengesetzter Richtung, so kann man mit grossem Rechte annehmen,
dass man die Blasenbildung im Guss los wird. Von diesem Princip ging Sebenius bei seiner Erfindung aus; sein Apparat bestand
aus einer senkrechten Welle, die von passenden Lagern gestützt wurde. Auf dieser
Welle sassen in wagerechter Richtung befestigte, sehr starke Rahmen, in denen die
Coquillen so aufgehängt waren, dass sie beim Stillstand des Apparates senkrecht
hingen, aber beim Rotiren eine wagerechte Lage in der radialen Richtung annahmen.
Durch die Drehung des Apparates wurde so der flüssige Stahl einer Kraft ausgesetzt,
welche denselben in radialer Richtung nach aussen zu schaffen strebte, während auf
die Blasen in entgegengesetzter Richtung eingewirkt wurde. Zwar wurden die
Stahlpartikel wie die Gasblasen der Centrifugalkraft ausgesetzt; da aber diese Kraft
proportional dem Gewicht der rotirenden Masse und das Gasgewicht gegenüber dem
Stahlgewichte verschwindend klein war, so wirkte die Centrifugalkraft, praktisch
genommen, nur auf den Stahl, der kräftig gegen den Coquillboden gepresst wurde und
die Blasen austrieb, welche rasch an die Stahloberfläche empor kamen.
Ein solcher Apparat war in Nykroppa fast ein Jahr in Gang und sollte Chargen von 3
bis 4 t machen; ein 10-t-Apparat war in der Aufstellung begriffen. Die Ausführung
hatte keine Schwierigkeiten und mit heissen Coquillen wurden alle Härtegrade
dichter; alle Grade von 0,1 bis 0,6 werden auch bei Anwendung ganz kalter Coquillen
blasenfrei; bei den Härtegraden von 0,65 bis 1,0 konnten mit kalten Coquillen kleine
Aussenblasen bis zu ⅜ bis ¾ Zoll Tiefe vorkommen; aber auch im schlimmsten Falle
konnte man immer 32 bis 35 Proc. der in den Flossen enthaltenen Blasen entfernen.
Die centrifugirten Flossen wurden mit geringerem Kohlenverbrauch und Abbrand wie
gewöhnlich geschweisst und ausgewalzt; da sie dicht waren, brauchten sie gerade nur
so sehr erhitzt werden, als es das Walzen beanspruchte. Auch der Abfall beim
Schneiden und Sägen des centrifugirten Stahles war kleiner und man sparte bisher um
50 bis 60 Proc. Der Kohlenstoffgehalt war gleichmässiger vertheilt als sonst und an
der Oberfläche war er grösser als im Kern. Der Rotator für 3 bis 4 t hatte 6750 M.
gekostet, ausschliesslich der Triebkraft.
Sebenius glaubt, dass seine Methode für manchen Guss,
z.B. von Zahnrädern und complicirten Maschinentheilen, weniger passen dürfte, wohl
aber ganz besonders zur Fabrikation von Kanonen und Kanonenkugeln geeignet sei.
Eine ganze Reihe von Methoden sind vorgeschlagen, das Gusseisen bezieh. den Gusstahl
mechanisch zu prüfen und geeignete Probestücke während des Abgiessens in kürzester
Frist herzustellen, da eine genaue wissenschaftliche Untersuchung in der kurzen, zur
Verfügung stehenden Zeit unthunlich ist. Bemerkenswerthe Mittheilungen hierüber
enthält Stahl und Eisen in Nr. 20 vom 15. October 1894
aus der Feder von Ledebur nach Th. D. West im American Machinist vom
30. August 1894. In denselben stellt der Verfasser einige neue Gesichtspunkte auf,
welche auch für deutsche Giessereileute beachtenswerth zu sein scheinen.
Statt der für die Festigkeitsprüfung gewöhnlich benutzten Quadratstäbe wendet West Stäbe von kreisrundem Querschnitt an, da ein
Rundstab gleichmässiger abkühlt als ein Quadratstab, dessen Ecken rascher als die
mittleren Theile der Begrenzungsflächen Wärme abgeben. Will man die Stäbe abdrehen,
so eignet sich die runde Form besser als die quadratische.
Stäbe von 1 Quadratzoll Querschnitt, also etwa 28,57 mm Durchmesser, und 381 mm
Gesammtlänge bei 304,8 mm freier Auflage sind gut geeignet. Die Stellen, wo der
Probestab auf den Schneiden aufliegen soll, werden durch eingegossene Kerben
bezeichnet, damit die Belastung bei der Prüfung stets in gleichem Abstande von dem
beim Giessen unten befindlichen Ende des Stabes angreift.
Die Stäbe sollen stehend, und zwar von unten gegossen werden, da beim liegenden Gusse
geringe Abweichungen in der Feuchtigkeit der Gussform, dem festeren oder lockeren
Einstampfen und der Dünnflüssigkeit des Metalls erhebliche Unterschiede in den
Prüfungsergebnissen veranlassen können. Das Modell für den Guss zweier Probestäbe
hat unter dem Einguss einen Sumpf, welcher den Zweck hat, zu verhüten, dass durch
das von oben niederstürzende Metall Sand losgerissen und in die Form geführt werde.
In dem Sumpfe sammelt sich sofort flüssiges Metall, welches den Stoss aufnimmt und
so die Form schützt. Der Einguss hat 16 mm Durchmesser, die Einmündungen sollen
nicht über 13 mm weit sein, um sich leicht abbrechen zu lassen. Zwei leere
senkrechte Räume dienen zum Messen der Dünnflüssigkeit des eingegossenen Metalls.
Sie sind 203 mm hoch und 19 mm weit, während ihre untere Mündung nur 3 mm misst. Je
dünnflüssiger das Metall ist, desto höher steigt es in diesen Räumen empor.
Da das flüssige Metall an dem unteren Ende der Probestäbe stärker als an dem oberen
Ende treibt, sind die Modelle zu den Stäben unten etwa 0,8 mm im Durchmesser
schwächer gehalten als oben. Der Sand wird ziemlich fest eingestampft; wenn derselbe
Arbeiter stets zur Herstellung der Gussformen benutzt wird, erlangt er bald die
erforderliche Uebung, das Einstampfen so zu regeln, dass die Stäbe an beiden Enden
gleich stark ausfallen.
Sollen die Stäbe vor dem Prüfen abgedreht werden, so gibt man ihnen in der Mitte eine
Verdickung, indem man vor dem Einformen einen aus zwei Hälften bestehenden
Hohlcylinder an der betreffenden Stelle um das Modell herum legt.
Um auch die Neigung des Gusseisens zum Weisswerden (Abschrecken) prüfen zu können,
legt man zwei halbcylindrische Gusschalen von 76 mm Länge und 11 mm Stärke, welche
den unteren Theil des Modells umschliessen, vor dem Einstampfen in den Formkasten
ein.
Die Modelle zu den Probestäben und dem Eingüsse sind nur lose mit dem Modell zu den
Einlaufen und dem Kanal verbunden und ragen mit ihren oberen Enden aus der Stirnwand
des Formkastens heraus. Wenn nun das Einstampfen beendet ist, zieht man sie, bevor
man den Oberkasten abhebt, von hier aus der Gussform heraus, um jedes Beklopfen des
Modells zu vermeiden und ganz genaue Abgüsse ohne die sonst unvermeidliche Gussnaht
an den Fugen der Form zu erhalten. Alsdann wird der Oberkasten abgehoben, und nun,
nachdem auch die Modelle herausgenommen sind, werden in der Gussform mit Hilfe einer
Lehre Marken angebracht, welche ein genaues Messen der Schwindung des Gusseisens
ermöglichen. In dem Abgüsse sind diese Marken kleine Zapfen in bestimmtem Abstande
von einander. Die eine dieser Marken befindet sich in dem abgeschreckten Theile des
Probestabes, und die Gusschale trägt eine entsprechende Vertiefung als Gussform für
die Marke. Demnächst werden die Gussformhälften zusammengesetzt, verklammert und
abgegossen.
Trocknen der Gussform ist bei weichem Gusseisen nicht unbedingt erforderlich, aber um
so zweckmässiger, je härter es ist.
Man lässt den Abguss in der Form erkalten, bis er mit der Hand sich anfassen lässt,
und nimmt ihn dann heraus. Zunächst wird die Schwindung in der angedeuteten Weise
gemessen. Ueber die untere Marke wird eine mit entsprechender Oeffnung versehene
Lehre gesteckt; ein Mikrometer an dem oberen Ende der Lehre dient zur ganz genauen
Ermittelung des Abstandes der Marken von einander.
Dasselbe Mikrometer wird benutzt, um nach vorgenommener Bruchprobe den Durchmesser
der Stäbe an der Bruchstelle zu messen.
Um die Tiefe der Härtung an der abgeschreckten Stelle zu messen, legt man den Stab,
nachdem er auf seine Bruchfestigkeit geprüft wurde, an der gehärteten Stelle auf die
Kante eines Ambosses und schlägt ihn durch. Er zerspringt leicht, wenn man die
Kerbe, mit der er, wie erwähnt, bei der Bruchprobe auf den Schneiden aufliegt, nach
oben hält und nun den Schlag ausführt.
Die Neigung des Gusseisens zum Lunkern wird in folgender Weise gemessen: Die Gussform
ist oben offen; das obere Ende der Gussform wird durch die Formkastenwand gebildet;
welche hier auf 25,4 mm Dicke verstärkt und so weit ausgebohrt ist, dass die Modelle
bequem hineinpassen. Füllt man nun beim Giessen die Gussform bis zum oberen Rande
an, so bewirkt hier die Berührung mit dem Formkasten eine rasche Erstarrung, während
das darunter befindliche Metall länger flüssig bleibt, allmählicher schwindet und
dabei unterhalb jenes zuerst erstarrten Deckels einen Saugtrichter bildet. Nach dem
Erkalten wird der Abguss aufrecht gestellt, und aus einem Messglase, wie man es in
chemischen Laboratorien benutzt, giesst man tropfenweise Wasser in die Höhlung, bis
sie vollständig angefüllt ist. Die Menge des verbrauchten Wassers dient als Maass
für die Neigung zum Saugen; je grösser diese ist, desto grösser muss bei der
Benutzung des Gusseisens für die Giesserei der verlorene Kopf sein, desto länger
muss man nachgiessen, wenn man dichte Abgüsse erlangen will.
Mehrfach ist trotz aller bisher angestellter Versuche die Thatsache bezweifelt
worden, dass das Gusseisen ebenso wie das Wasser beim Erstarren sich zunächst
ausdehnt, bevor die Schwindung vor sich geht. West
beschreibt in seiner Abhandlung einige von ihm mit dem gleichen Erfolge wiederholte
Versuche, welche in anschaulicher Weise den Vorgang vor Augen führen und zugleich
ein Messen der stattfindenden Ausdehnung ermöglichen. Sie mögen zum Schlusse auch
hier Erwähnung finden.
Am einfachsten ist folgender Versuch: A in Fig. 1 ist die Gussform für eine Gusseisenmassel von
ungefähr 2,5 m Länge, auf der einen Seite durch eine feststehende Stein wand B, auf der anderen Seite durch einen Ziegelstein C begrenzt. Gegen den Ziegelstein legt sich ein
Eisenstab D von 1,8 m Länge und 38 mm im Quadrat stark,
dessen eines Ende im Abstande von ungefähr 0,6 m vom Ziegelsteine zwischen zwei
eingerammten Stäben drehbar eingeklemmt ist, während das andere Ende auf einem
Ziegelsteine aufruht. Nunmehr wird das flüssige Metall eingegossen. Nach einigen
Minuten gewahrt man, wie der Eisenstab allmählich aus seiner ursprünglichen Lage in
die punktirt gezeichnete verschoben wird. Genauere Messungen ermöglicht die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung. A ist eine im Herde hergestellte Gussform für einen
Eisenstab von 1,21 m Länge, 98,5 mm Tiefe und 70 mm Breite. Sie ist an der einen
Seite durch einen Ziegelstein B geschlossen, welcher
durch einen Eisenblock C von ungefähr 500 k Gewicht in
seiner Lage festgehalten wird, an der gegenüberliegenden Seite durch ein Stück
Gaskohle D, welche derartig in dem Herdsande befestigt
ist, dass sie durch den Druck des flüssigen Metalls nicht, wohl aber durch die
stattfindende Ausdehnung des erstarrenden Abgusses verschoben werden kann. Die
Gussform und die Gaskohle sind mit einer kleinen galvanischen Batterie und einem
Galvanometer (in der Abbildung nicht angegeben) in solcher Weise verbunden, dass der
Strom hindurchgeht, so lange der Abguss und die Gaskohle sich in Berührung befinden,
aber unterbrochen wird sobald die Berührung aufhört. K
ist ein Ständer mit einer in 1/16 Zoll getheilten Scala an dem oberen Ende und
einem Zeiger I, welcher bei L seinen Drehungspunkt hat und unten eine wagerecht stehende, gegen die
Gaskohle stossende Nadel F trägt. Der längere Arm des
Zeigers ist 24 Zoll, der kürzere 6 Zoll lang, also Verhältniss 1 : 4. Der Ständer
K wird vor dem Beginn des Versuchs so aufgestellt,
dass die Nadel eben die Kohle berührt und der Zeiger auf Null steht. Bei einem
Versuche mit dieser Vorrichtung wurden nun folgende Beobachtungen gemacht.
Textabbildung Bd. 295, S. 111
Fig. 1.
Textabbildung Bd. 295, S. 111
Fig. 2.
Zeitdauer des Eingiessens 17 Secunden. 1 Minute nach dem Eingiessen stand der Zeiger
noch auf Null. 1 Minute 30 Secunden nach dem Eingiessen war der Zeiger um 1/16 Zoll, 1
Minute 50 Secunden um ⅛ Zoll, 3 Minuten 10 Secunden um ¼ Zoll, 5 Minuten 20 Secunden
um ⅜ Zoll, 8 Minuten 5 Secunden um 7/16 Zoll, 11 Minuten 30 Secunden um 15/32 Zoll, 12
Minuten 5 Secunden um ½ Zoll weiter gerückt. Von diesem Zeitpunkte stand der Zeiger
unverrückt; 25 Minuten 15 Secunden nach dem Eingiessen zeigte das Galvanometer, dass
die Berührung der Gaskohle mit dem Abgüsse aufgehört hatte; die Schwindung hatte
jetzt begonnen.
Die beschriebenen Versuche liefern auch den Beweis, dass es fehlerhaft ist, die
Probestäbe, welche zum Messen der Schwindung dienen sollen, zwischen festliegenden
Endflächen zu giessen, wie es häufig geschieht. Die Stäbe können sich nicht
ausdehnen, und das Ergebniss wird unrichtig.
Ohne Zweifel bieten die so dargestellten Stäbe bei einiger Uebung und
praktischer Erfahrung eine Reihe zuverlässiger Anhaltspunkte über die Beschaffenheit
des zu erwartenden Giessereimateriales und dessen Eigenschaften bezüglich der
bevorstehenden Verarbeitung. Eine erspriessliche Praxis ist hier um so eher zu
erzielen, als die Probestäbe aufgehoben werden zu etwaigen nachträglichen
Vergleichungen.
Wir lassen hier noch einige neuere Angaben über die Grösse des Schwindemaasses
folgen. Jüngst gibt für die verschiedenen Eisensorten
nachfolgende Tabelle an:
Graphit
GesammterKohlen-stoff
Silicium
Mangan
Phosphor
Schwinde-maass
Hellgrau, feinkörnig
2,08
2,80
2,29
0,86
0,81
1/105
Grau, feinkörnig
2,22
2,71
2,24
0,45
0,93
1/98
Hellgrau, feinkörnig
2,38
2,88
3,21
1,86
0,90
1/95
2,89
3,43
1,46
0,75
0,93
1/93
2,53
3,45
1,63
1,75
0,85
1/89
2,64
3,44
1,39
2,20
0,86
1/78
Weissgrau
1,97
1,97
9,50
0,62
0,33
1/70
Weiss
0,49
3,14
0,84
0,26
0,73
1/65
Weiss
–
3,61
0,99
3,23
0,67
1/58
Nach Uhland's Rundschau kann man im Allgemeinen
nachstehende Zahlen für das Schwindemaass annehmen:
bei
grauem Roheisen
1/96
„
Tiegelstahl
1/65
„„
Flusseisen (weicher Stahl)Weisseisen, gewöhnlichem
1/55 bis
1/60
„
reinem Eisen
1/41
Diese Zahlen können auf absolute Genauigkeit allerdings keinen Anspruch machen, denn
es ist bekannt, dass je heisser das Eisen gegossen wird, um so stärker auch das
Schwindemaass ist. Ein geübter Giesser wird jedoch nur selten von den obigen Angaben
abweichende Verhältnisse erzielen, da er es in der Hand hat, das flüssige Eisen zur
richtigen Zeit zu benutzen und erst dann zu vergiessen, wenn es bis zum praktisch
brauchbaren Grade abgekühlt ist, d.h. wenn es noch hinreichend dünnflüssig ist, um
die Formen genau auszufüllen, aber hinreichend abgekühlt ist, um wenig zu
schwinden.
(Fortsetzung folgt.)