Versuche über eine Aenderung der physikalischen Eigenschaften von Stahl und Eisen im Wechselkraftfeld. Von Ingenieur Konrad Windmüller, Studienrat. WINDMÜLLER, Versuche über eine Aenderung der physikalischen Eigenschaften von Stahl und Eisen. Bei allen Metallen, denen durch Wärmebehandlung, z.B. durch Härtung, oder durch mechanische Bearbeitung eine Erhöhung ihrer Festigkeitseigenschaften gegeben wird, werden Spannungen zwischen den einzelnen Materialpartien hervorgerufen, die durch eine molekulare Zwangslage bedingt sind. Für die Technik sind derartige Spannungen durchweg als schädlich zu bezeichnen, ihre möglichste Aufhebung ist daher erwünscht. Der Gedanke lag nahe, zu versuchen, ob nicht durch eine Umlagerung der Moleküle in einem Wechselkraftfeld diese schädlichen Materialspannungen bei Stahl und Eisen aufzuheben oder wenigstens zum Teil zu beseitigen wären. Für eine genügende Kühlung des Untersuchungsmaterials müßte gesorgt werden, da man sonst bei der auftretenden Ummagnetisierungswärme keine einwandfreien Resultate erhalten konnte. Bei den vorgenommenen Versuchen wurden nun einmal Härte und Zähigkeit hochgehärteter Stahlkugeln vor und nach der Behandlung im Wechselkraftfeld bestimmt, weiter wurde der elektrische Leitungswiderstand von Stahl- und Eisendrahtsorten bei der Anlieferung und nach wiederholter Ummagnetisierung im Wechselfeld festgestellt. Die Versuche, die nur als Vorversuche anzusehen sind, haben aber immerhin für die Technik wichtige Resultate ergeben, sie haben ferner die allgemeine theoretische Auffassung bestärkt. Die Versuche haben gezeigt, daß durch die genannte Behandlung die Zähigkeit hochgehärteter Stahlkugeln zum Teil recht erheblich erhöht wurde, ohne die Härte des Materials irgendwie ungünstig zu beeinflussen, sie haben ferner gezeigt, daß der elektrische Widerstand von Stahl- und Eisendrähten durch die Behandlung im Wechselkraftfeld sich ändert, und daß der Mangan- und Kohlenstoffgehalt hierbei einen bestimmten Einfluß auszuüben scheint. Die Versuche wurden mit einzölligen hochgehärteten Stahlkugeln der Deutschen Waffen- und Munitionsfabriken, Berlin, vorgenommen, die zwei gesonderten Lieferungen entstammten. Die Kugeln wurden einzeln in eine Messinghülse derartig zwischen den Polen eines aus sehr weichem ausgeglühten schwedischen Schmiedeeisen bestehenden Elektromagneten fest glagert, daß sie von einem starken homogenen Feld bei möglichster Vermeidung aller schädlichen Räume durchflutet wurden. Hierbei wurden die Kugeln teils fünf, teils zehn Minuten hindurch etwa neunzig Ummagnetisierungen in der Sekunde ausgesetzt. Der Wert für die Induktion B wurde aus den Dimensionen des Elektromagneten berechnet und betrug etwa 20000 Gauß. Die Messinghülse mit dem Stahlkugeln wurde während des Versuches durch dauernd zuströmendes Leitungswasser gekühlt. Die Ableitung der auftretenden Ummagnetisierungswärme muß eine durchaus genügende gewesen sein, da die behandelten Kugeln die gleiche Härte wie die angelieferten aufwiesen. Eine einigermaßen unzulässige Erwärmung des Versuchsmaterials hätte nach der Behandlung eine Verringerung der Härte zur Folge haben müssen. Auf eine Erklärung der Begriffe „Zähigkeit“ und „Härte“ kann hier nicht eingegangen werden. Ich möchte auf die diesbezüglichen grundlegenden Veröffentlichungen von Stribeck (Zeitschr. d. Ver. Deutsch. Ing., 1900, Seite 73 u. f.) und von Schwinning (ebenda, 1901, Seite 332–336) hinweisen. Man bezeichnet als Maß für die Zähigkeit die Arbeitsaufnahme bezogen auf die Volumeneinheit einer zwischen zwei gleichen Kugeln gedrückten Kugel bis zum Eintritt des ersten Sprunges. Ausgedrückt wird dieser Wert in mmkg. Von der ersten Sendung wurden nun vier Paar Kugeln im Anlieferungszustande untersucht, dieselben zeigten bei einer Härte p = 780 einen Mittelwert für die; Zähigkeit z = 32 mmkg. Zwölf Paare von den Kugeln der ersten Sendung hatten nach der Behandlung die gleiche Härte wie die angelieferten Kugeln und einen mittleren Zähigkeitswert z = 47 mmkg. Es wurde als nach der Behandlung im Wechselkraftfeld eine Erhöhung der Zähigkeit von 47% bei gleichbleibender Härte des Kugelmaterials festgestellt. Ein nennenswerter Unterschied für die Einzelwerte von z bei einer Behandlungsdauer von fünf oder von zehn Minuten konnte nicht gefunden werden, ebenso war kein Einfluß auf die Zähigkeitswerte bei einer veränderten Lagerung der Probekugeln während der Versuchsdauer zwischen den Polstücken des Behandlungsmagneten festzustellen. Von der zweiten Sendung wurden vierzehn Paar Kugeln im angelieferten Zustande untersucht. Dieselben zeigten die gleiche Härte wie die Kugeln der ersten Sendung und denselben Mittelwert für die Zähigkeit z = 32 mmkg. Bei elf Paar Kugeln dieser letzteren Sendung wurde jedoch nach der Behandlung ein Mittelwert für z von nur 37 mmkg gefunden. Bei der zweiten Sendung konnte also bei gleichbleibender Härte eine Verbesserung des Probematerials von nur 16% nach der Behandlung festgestellt werden. Ob die chemische Zusammensetzung der beiden Probesendungen eine verschiedene, konnte nicht geprüft werden. Es wäre wünschenswert, wenn die Versuche unter Berücksichtigung der chemischen Analyse des Versuchsmaterials an geeigneter Stelle in größerem Maßstabe und vielleicht bei Einwirkung noch stärkerer magnetischer Wechselfelder fortgesetzt würden. Dem Verfasser steht zurzeit eine zweckmäßig eingerichtete Versuchsstelle nicht zur Verfügung. Um weiter festzustellen, ob die Behandlung im Wechselkraftfeld tatsächlich eine molekulare Umlagerung der Eisenteilchen zur Folge habe, wurde der elektrische Leitungswiderstand von Stahl- und Eisendrahtproben im angelieferten Zustand und nach der Behandlung bestimmt. Nach der Theorie können die Molekularmagnete, also die Eisenmoleküle selber, durch wechselnde magnetische Einwirkung dauernd beeinflußt werden. Es ist dann z. B. anzunehmen, daß der elektrische Widerstand eines Eisendrahtes, dessen Moleküle durch die verschiedenen Phasen der Bearbeitung in einer gewissen Zwangslage verharren, sich ändert, wenn man den Draht in ein genügend starkes Wechselkraftfeld eintauchen läßt und so durch eine molekulare Erschütterung die Lage der kleinsten Teilchen des Drahtes zu einander verschiebt. Um den Einfluß einer solchen Ummagnetisierung zu ermitteln, wurden je drei Versuche mit einer Stahldrahtprobe und vier Eisendrahtproben, also im ganzen mit fünfzehn Drahtproben ausgeführt. Die Messungen der Widerstände wurden mit einer Thomsonschen Doppelbrücke zwischen Messerschneidekontakten bei 23 cm Abstand und einer Zimmertemperatur von 15,5° C vorgenommen. Bei den Messungen wurde noch die sechste Stelle hinter dem Komma beachtet. Die gemessenen Widerstandswerte lagen zwischen den Größen 0,00401 Ohm und 0,02285 Ohm. Die Versuchsdrähte wurden nun fünf Minuten lang in das Feld einer mit Wechselstrom von 8,2 Amp. und 60 Perioden beschickten Spule von 797 Windungen getaucht. Aus den Spulendimensionen wurde eine Kraftlinienzahl 59500 berechnet. Nach der Behandlung wurde der Draht widerstand der fünfzehn Proben abermals bei derselben Länge und der gleichen Zimmertemperatur von 15,5° C bestimmt. Hierbei wurde bei den einzelnen Drähten im Mittel eine Veränderung des Widerstandes von 0,21% bis zu 1,42% festgestellt. In der Tabelle ist die chemische Zusammensetzung der einzelnen Proben und die Aenderung des Widerstandes angegeben. Marke Material C. Mn. Si. P. S. AenderungdesWider-standes A Weicher Stahldraht 1,28 % 0,11 % 0,09 % 0,02 % 0,02 % 1,42 % B Harter Eisendraht 0,07 % 0,38 % Spuren 0,07 % 0,09 % 0,5 % C Weicher Eisendraht 0,04 % 0,48 % – – – 0,21 % D Weicher Eisendraht 0,05 % 0,41 % Spuren 0,05 % 0,04 % 0,26 % E Weicher Eisendraht 0,09 % 0,36 % Spuren 0,16 % – 1,13 % Aus den gefundenen Resultaten ist zu ersehen, daß bei den Proben mit dem größten Kohlenstoffgehalt die größte Widerstandszunahme beobachtet wurde. Umgekehrt verhält sich dagegen Mangan. Je geringer der Mangangehalt, um so größer ist die Widerstandsänderung des Materials nach der Behandlung. Die geringen Beimengungen der anderen Stoffe (Si, P, S) scheinen keinen Einfluß auf die Aenderung des Widerstandes ausgeübt zu haben. Um die Beziehungen zwischen Kohlenstoff- und Mangangehalt und der Widerstandsänderung nach der Ummagnetisierung genauer übersehen zu können, sind die gefundenen Werte ihrer Größe nach besonders zusammengestellt: Marke Material C. Mn. Aenderung desWiderstandes C Weicher Eisendraht 0,04% 0,48%   0,21% D Weicher Eisendraht 0,05% 0,41%   0,26% B Harter Eisendraht 0,07% 0,38% 0,5% E Weicher Eisendraht 0,09% 0,36%   1,13% A Weicher Stahldraht 1,28% 0,11%   1,42% Zum Schluß sollen die Resultate noch einmal kurz zusammengefaßt werden: Nach der Behandlung im Wechselkraftfeld wurde die Zähigkeit hochgehärteter Stahlkugeln um 16%, im andern Fall um 47% erhöht ohne die Härte des Materials zu verringern. Der elektrische Widerstand von Eisen- und Stahldrahtproben zeigte nach der gleichen Behandlung eine Aenderung von 0,21% bis 1,42%. Bei zwölf von fünfzehn Proben war eine Erhöhung des Widerstandes, bei drei weichen Eisendrahtproben eine Verringerung des Widerstandes festzustellen. Letztere betrug 0,27%, 0,16% und 1,63%. Der Kohlenstoff- und Mangangehalt hatte auf die Widerstandsänderung einen ganz bestimmten Einfluß. Es wäre zu wünschen, daß die Versuche an geeigneter Stefle in größerem Maßstab ausgeführt würden. Dies anzuregen, ist der Zweck der vorliegenden Veröffentlichung.