Praktische Untersuchungen über technische Metalllegirungen; von A. Guettier.

XXIV. Praktische Untersuchungen über technische Metalllegirungen; von A. Guettier. Aus dem Moniteur industriel, 1848, Nr. 1255–1258 und Nr. 1261–1268. Guettier's praktische Untersuchungen über technische Metalllegirungen.

Ich habe eine sehr bedeutende Anzahl von Legirungen der in der Technik am häufigsten gebrauchten Metalle dargestellt und ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften behufs eines systematischen Studiums derselben bestimmt. Bisher hat man die Zusammensetzung der zu gewissen Zwecken bestimmten Metalllegirungen als eine fixe und nothwendige betrachtet (wonach z.B. Bronze aus 88 Kupfer und 12 Zinn für Zapfenlager, eine Legirung von 78 Kupfer und 22 Zinn für Glockengut, eine solche von 75 Kupfer und 25 Zinn für Messing etc. angewandt wird) und wich daher von diesen Verhältnissen wenig ab. Aus meinen Versuchen geht aber hervor, daß man mit anderen, ziemlich abweichenden Verhältnissen Legirungen erhalten kann, welche zu denselben Zwecken eben so geeignet sind und entweder wohlfeiler zu stehen kommen, oder sich durch größere Härte, Zähigkeit, schönere Farbe etc. empfehlen.

Meine Versuche bestanden bei jeder Legirung in drei Operationen: 1) dem Abwiegen der Metalle in bestimmten Verhältnissen; 2) dem Zusammenschmelzen derselben und 3) der Prüfung des Products. Für die Hauptversuche wurden sehr einfache Gewichtsverhältnisse festgehalten und von einer Legirung nie unter 1/4 Kilogr. (1/2 Pfd.) dargestellt, um auf die im Großen erzielbaren Resultate einen sichern Schluß ziehen zu können. Die im Tiegel zusammengeschmolzenen Metalle wurden in eine vertical stehende Form ausgegossen, wodurch man einen Stab von 0,10 Meter Länge und 0,01 Met. Dicke, sowie ein Gußstück von 0,035 Met. Durchmesser und 0,015 Met. Höhe erhielt.

Beim Schmelzen wurden folgende Regeln beobachtet:

Das schwerschmelzbarste Metall wurde immer zuerst in den Tiegel gebracht und geschmolzen; nach dem Schmelzen wurde es noch so weit erhitzt, daß es, ohne plötzlich und bedeutend zu erkalten, den Zusatz der übrigen Metalle vertrug.

Nachdem das erste Metall geschmolzen war, wurden die übrigen in der Reihenfolge ihrer Strengflüssigkeit zugesetzt, also das leichtschmelzbarste zuletzt. Würde man bei Darstellung einer Legirung das leichterschmelzbare Metall zuerst in den Tiegel geben, so könnte sich dasselbe oxydiren, verflüchtigen und den Tiegel zerreißen, wenn man es so stark erhitzen würde als nöthig wäre damit es ohne zu erstarren ein strengflüssigeres Metall aufnimmt; man erhielte dann auch einen größeren Abgang und es würde überdieß die Zusammensetzung der Legirung geändert.

Das Metall, welches einem bereits geschmolzenen zugesetzt werden sollte, z.B. Zink, wurde vorher in der Ofenflamme so weit erhitzt, als es sein Schmelzpunkt gestattete.

Nach dem Eintragen eines jeden Metalles wurde die Masse umgerührt, der Tiegel bedeckt und etwas stärker erhitzt.

Die zinkhaltigen Legirungen erhielten eine Decke von Kohlenpulver, wenn schwerschmelzbare Metalle, z.B. Eisen oder Kupfer, ein starkes und andauerndes Erhitzen derselben nöthig machten.

Bei zinnhaltigen Legirungen schadet die Kohlendecke, weil sie Schlackenbildung veranlaßt, daher man feingemahlenen feuerfesten Sand als Decke anzuwenden hat.

Vor dem Ausgießen und wo möglich auch während des Ausgießens muß das geschmolzene Metallgemisch mit einem gedörrten Holzstabe gut umgerührt werden, ja nicht mit einem Eisenstab, weil das Eisen die Eigenschaften der Legirung leicht ändern kann.

Bei Legirungen aus 3 oder 4 Metallen, z.B. aus Kupfer, Zinn, Zink und Blei ist es zweckmäßig, die drei letzteren leichtschmelzbaren Metalle zuerst für sich zusammenzuschmelzen und die erhaltene Legirung dann dem geschmolzenen Kupfer zuzusetzen.

Es ist eine in der Praxis bekannte Thatsache, daß man immer eine größere Gleichförmigkeit des Products erlangt, wenn man zu einer aus ihren Bestandtheilen neu zusammen zu setzenden Legirung etwas alte Legirung derselben Art zusetzt, oder wenn man sie umschmilzt.

Im Allgemeinen steht fest, daß jedes Metall seine ursprünglichen Eigenschaften um so mehr verliert, je öfter es umgeschmolzen wird. Das Eisen z.B. verliert nach mehrmaligem Umschmelzen seine Weichheit und seinen sogenannten Nerv, und wird dafür härter und spröder. Das Kupfer erlangt durch mehrmaliges Umschmelzen ein feineres Korn, zugleich vermindert sich aber seine Zähigkeit. Zink, Zinn und Blei zeigen dasselbe Verhalten, doch erlangen die beiden letzten Metalle durch das erste Umschmelzen zuvor eine größere Reinheit und Zähigkeit. Diese Veränderungen sind in der Regel neuen chemischen Verbindungen zuzuschreiben, welche sich beim Umschmelzen der Metalle unter dem Einfluß der hohen Temperatur und der Luft, sowie durch die nie zu vermeidende Gegenwart von Eisen erzeugen. Dieß gilt im Wesentlichen auch von den Metallgemischen, und es ist also natürlich, daß die Legirungen durch öfteres Umschmelzen sowohl ihr Mischungsverhältniß als ihre Eigenschaften ändern.

Meine bisherigen Versuche betreffen die Legirungen von Kupfer, Zink, Zinn und Blei, welche ich in folgender Ordnung abhandle: 1) Zinn-Zink; 2) Zinn-Blei; 3) Zinn-Zink-Blei; 4) Zink-Blei; 5) Kupfer-Zinn; 6) Kupfer-Zink; 7) Kupfer-Blei; 8) Kupfer-Zinn-Zink; 9) Kupfer-Zinn-Zink-Blei.

Es versteht sich, daß die einzelnen Metalle zu den Proben so rein angewandt wurden, als sie im Handel vorkommen. Um sie noch einmal zu reinigen und behufs des leichteren Abwiegens in Stängchen gießen zu können, wurden sie stets vorher noch einmal geschmolzen. Nach diesem Umschmelzen betrug ihre Dichtigkeit:

Kupfer 8,675 Zink 7,080 Zinn 7,250 Blei 11,300

A. Legirungen aus Zinn und Zink.

Ich erinnere, daß alle folgenden Angaben das Ergebniß meiner eigenen Versuche sind und auf bisher Bekanntes oder Geltendes keine Rücksicht genommen ward.

Nr. 1. – Zinn 30, Zink 70. – Grauweiß auf dem Bruch.

Die Farbe auf dem Bruch, ein für alle Legirungen charakteristisches Kennzeichen, hängt von der Natur der Form und der Temperatur der Legirung beim Ausgießen ab; ich suchte bei allen meinen Versuchen in dieser Hinsicht eine ziemliche Gleichheit zu beobachten; diese Umstände sind auch von Einfluß auf die äußere Oberfläche und das Einsinken der Gußstücke.

Einsinken mittelmäßig. Leichtbrüchig. Bruch breitblätterig, Blätter stärker glänzend als Zink. Das Metall auf dem Boden der Form dichter als das obere. Trocken beim Feilen; nach dem Feilen bläulichglänzend. Unter dem Meißel zerspringend. Glanz matt. Oberfläche gelblichbläulich, krystallinisch.

Nr. 2. – Zinn 25, Zink 75. – Auf dem Bruch bläulichweiß. Einsinken unbedeutend. Dieses Einsinken findet wie bei Nr. 1, nur bei der Stange statt. Bruch glänzend und breitblätterig, wie beim Zink. Der untere Theil des Gußstücks enthält, wie bei Nr. 1, mehr Zinn. Die Oberfläche regenbogenfarbig strahlig.

Nr. 3. – Zinn 50, Zink 50. – Auf dem Bruch blaßweiß. Die Oberfläche sehr gleichförmig, körnig feinblätterig, regenbogenfarbig. Einsinken nicht zu bemerken. Auf dem Bruche glänzendes Korn mit kleinen Blättern und weißem Zinngrund. Fett beim Feilen, nervig und hämmerbar.

Nr. 4. – Zinn 70, Zink 30. – Auf dem Bruch reinweiß. Kein Einsinken. Klang matt. Die Oberfläche körnig, mattweiß, mit gelblichen Flecken. Bricht sehr schwer. Läßt sich gut hämmern und meißeln. Fett beim Feilen. Bruch, wie der des Zinns, ohne Krystallisation und ohne Glanz. Die Politur hat etwas Glanz, der jedoch matter ist als beim Zinn. Die Mischung ist vollkommener als bei den vorhergehenden Legirungen.

Nr. 5. – Zinn 75, Zink 25. Auf dem Bruch zinnweiß, aber ohne Glanz. Kein Einsinken. Oberfläche körnig, mit glänzenden Flecken. Fetter beim Feilen als Nr. 4. Sehr hämmerbar, aber dem Hammer größern Widerstand leistend und mit dem Meißel schwerer zu bearbeiten als Nr. 4. Läßt sich zusammenbiegen, ohne wie das Zinn zu schreien.

Nr. 6. – Zinn 10, Zink 90. – Die Stange zeigt auf dem Bruch dieselben Eigenschaften wie das Zink. Etwas fetter beim Feilen und der Bruch nach dem Feilen von minder mattem Grau. Der untere Theil des Gußstücks besteht fast nur aus Zinn und ist sogar noch weicher als reines Zinn.

Nr. 7. – Zinn 90, Zink 10. – Die Stange hat den Bruch wie Zinn. Das Gußstück mußte ganz abgeschnitten werden, um es loszumachen. Die Legirung ist nicht so fett beim Feilen wie das reine Zinn. Das Gußstück war in der Mitte beträchtlich eingesunken mit Beibehaltung seiner scharfkantigen Ränder. Diese Legirung ist sehr hämmerbar, obgleich nicht weich unter dem Hammer.

Nr. 8. – Zinn 1, Zink 99. – Bruch wie beim reinen Zink, nur die Blätter etwas breiter. Glanz nach dem Feilen etwas stärker. Einsinken in der Mitte des Gußstücks ziemlich stark. Auch hier das Zinn größtentheils unten abgeschieden wie bei Nr. 6, jedoch in keiner so dicken Schicht, weil weniger Zinn in der Legirung ist; die untere Schicht ist bleigrau und wird durch den Nagel des Fingers geritzt.

Nr. 9. – Zinn 99, Zink 1. – Bruch etwas körnig, nicht so matt und nicht so hackig wie beim reinen Zinn. Politur auch minder glänzend. Das bei der Stange ziemlich deutliche Einsinken ist unmerklich beim Gußstück, dessen Oberfläche schwach schillert.

Allgemeine Bemerkungen. – Die Legirungen, in welchen das Zink vorherrscht, zeigen auf dem Bruch große glänzende Blätter, ähnlich dem Graphit; eine sehr kleine Menge dem Zink zugesetzten Zinns bewirkt diese Krystallisation. Im Aeußern besitzen diese Legirungen ein gelblichweißes moiréartiges Ansehen.

Bei massiven Stücken, in welchen das Zink vorherrscht, tritt sehr leicht eine Trennung der Bestandtheile ein und dieses Bestreben nimmt in dem Grade zu, je weniger Zinn zugesetzt wird, daher es bei Nr. 8 merklicher ist als bei Nr. 6. Auch ist die Erscheinung als eine sonderbare zu erwähnen, daß das in das Zink gekommene und darin zu Boden gesunkene Zinn die es auszeichnenden Merkmale verliert, matt und bläulich wird wie Blei und eben so weich.

Die Farbe des Zinks, des rohen oder gefeilten, erhält einen höhern Glanz im Verhältniß der zur Legirung kommenden Menge Zinns.

Die sehr zinnhaltigen Legirungen werden im Verhältniß des Zinkzusatzes körniger.

Die Legirung Nr. 3 (50 + 50) hat den Bruch des Eisens, nur ist die Farbe matter und blasser.

Eine Legirung von 99 Zinn und 1 Zink hat auf dem Bruch schon nicht mehr das hackige Ansehen des Zinns; der Bruch ist mattgrau und feinkörnig.

Die Dichtigkeit der Legirungen aus Zinn und Zink ist proportional der mittleren Dichtigkeit der beiden Metalle; die sehr zinnhaltigen sind folglich die schwerern.

Der Abgang ist bei sehr zinkhaltigen Legirungen größer; da das Zinn erst in den Tiegel kam, nachdem das Zink geschmolzen war, so muß er hauptsächlich der Verflüchtigung des Zinks zugeschrieben werden.

Ein Zusatz von nur 1 Proc. Zinn zum Zink genügt, um letzterm eine größere Festigkeit zu geben, ohne ihm an seiner Härte zu benehmen.

Ein Zusatz von 1 Proc. Zink zum Zinn macht dieses minder biegsam und benimmt ihm die Eigenschaft beim Biegen zu schreien.

Das zu einer festen und wohlfeilen Legirung zu wählende Verhältniß ist 50 Zinn und 50 Zink. Mehr Zink gibt eine nicht so gut gemischte, zur Krystallisation geneigtere und sprödere Legirung; mehr Zinn ein zu fettes, zu biegsames Metall. Doch eignet sich zu dünnen Gegenständen, welche Festigkeit besitzen müssen, die Legirung von 70 Zinn und 30 Zink sehr gut. Die Legirungen zwischen dieser und derjenigen von 50 + 50 besitzen viel Festigkeit und Zähigkeit; sie sind im Verhältniß ihres größern Zinngehalts hämmerbarer.

Ein Zusatz von 1 Zink zu 99 Zinn macht letzteres, ohne daß es an Hämmerbarkeit verliert, härter, minder biegsam und zäher.

Die wohlfeilen Legirungen mit großem Zinkgehalt eignen sich nur zum Gießen massiver Gegenstände. Bis zu dem Verhältniß von 30 Zinn und 70 Zink bleiben sie beinahe eben so spröde wie Zink. Das Verhältniß von 25 Zinn und 75 Zink, welches eine minder biegsame Legirung als das Zinn, und eine minder spröde als das Zink gibt, dürfte sich besonders für Gußmodelle eignen.

B. Legirungen aus Zinn und Blei.

Nr. 1. – Zinn 75, Blei 25. – Bruch grauweiß; sich mit Hülfe des Hammers weit weniger hackig trennend als reines Zinn. Trockner als letzteres. Fetter beim Feilen als Zinn, und minder fett als Blei. Minder biegsam und hämmerbarer als Zinn. Sehr dehnbar. Einsinken kaum bemerklich. Glanz nach dem Feilen etwas matter als beim Zinn. Die Stange schreibt nicht auf Papier.

Nr. 2. – Zinn 25, Blei 75. – Auf dem Bruch deutlicher hackig als Nr. 1; mehr gerissen als gebrochen. Die Fläche beim Zerreißen hat das Ansehen jener des Bleies, ist jedoch viel glänzender. Hämmerbar. Sehr leicht in die Länge zu hämmern, wie Blei. Fett beim Feilen, doch nicht so an der Feile haftend wie das Blei. Schreibt deutlich auf Papier. Nicht unbedeutendes Einsinken bei der Stange, unmerkliches beim Gußstück. Schwache Regenbogenfarben auf der Gußfläche. Die gefeilten Flächen von mattem Glanz.

Nr. 3. – Zinn 50, Blei 50. – Mit dem Hammer nach dem Einschnitt mit der Feile leicht zu zerbrechen; Bruch trockener als bei Nr. 1. Etwas weniger leichter zu hämmern, doch eben so dehnbar und fest wie Zinn. Feilspäne minder glänzend, aber fetter als die des Zinns; eben so hart zu feilen wie dieses. Geringes Einsinken, Gußstück und Stange von der Farbe des Zinns. Schwach auf Papier abfärbend.

Nr. 4. – Zinn 90, Blei 10. – Bruch wenig hackig, dem von Nr. 1 gleich. Nach einem Feilstrich ziemlich leicht zu zerbrechen. Der mit der Feile gegebene Glanz bleibt ziemlich derselbe wie beim Zinn. Bei der Stange kaum sichtbares Einsinken; beim Gußstück keines. Die Legirung gibt etwas gröbere Feilspäne als Zinn, ist etwas weicher, kömmt aber im Gefüge diesem sehr nahe. Färbt auf Papier nicht ab.

Nr. 5. – Zinn 10, Blei 90. – Grauweißer Bruch, deutlich hackig wie bei Nr. 2. Weich wie dieses, doch bei weitem nicht so weich wie reines Blei. Färbt auf Papier beinahe eben so stark ab wie Blei. Fett beim Feilen; die Feilspäne haften stark aneinander. Fester und nicht so biegsam wie Blei. Ritzbar durch den Fingernagel wie Nr. 2. Nr. 1 und 4 lassen sich nicht so ritzen; Nr. 3 nur wenig.

Allgemeine Bemerkungen. – Die Legirungen aus Zinn und Blei sind leicht herzustellen. Sie ertheilen in der Regel dem Blei mehr Festigkeit, ohne dabei die Eigenschaften des Zinns bedeutend zu verändern. Man kann die Menge des darin enthaltenen Bleies ziemlich annähernd durch das Verhalten der Legirungen beim Zerschneiden mit der Schere, beim Graviren mit dem Stichel und durch das Abfärben auf Papier erkennen.

Nr. 4 (Zinn 90, Blei 10) schreibt nicht auf Papier. Nr. 1 (Z. 75, B. 25) nur wenig. Zwischen diesen beiden Gränzen, gegen 85 Z. und 15 B., verschwindet jede Spur eines Abfärbens auf Papier, wonach sich in der Praxis bis zu diesen Mengenverhältnissen die Gegenwart von Blei erkennen läßt.

Die Blei-Zinn-Legirungen sinken weniger ein als jedes dieser beiden Metalle für sich; sie sind etwas weniger fließend und die gegossenen Stücke haben weichere Oberflächen als von den einzelnen Metallen.

Blei, dem Zinn zugesetzt, erhöht dessen Hämmerbarkeit und Streckbarkeit, vermindert aber seine Zähigkeit und ertheilt ihm zugleich die Eigenschaft beim Hin- und Herbiegen schneller zu brechen.

Bei der Legirung Nr. 4 (90 Z., 10 B.) behält das Zinn sein Knirschen, vielleicht in geringerem Grade als im reinen Zustande, doch hinreichend, um ungeübte Käufer irre leiten zu können. Diese Eigenschaft der Legirung Nr. 4, welche übrigens noch andere Aehnlichkeiten mit dem reinen Zinn besitzt, erklärt die im Handel öfters vorkommenden Verfälschungen des Zinns. Die Probe auf Papier ist, wie das Knirschen, solcher Verfälschung förderlich. Das Zink verhält sich in dieser Hinsicht ganz anders als das Blei, da 1 Proc. davon schon hinreicht, um das sogenannte Knirschen des Zinns zu vernichten.

Die Legirung Nr. 1 (75 Z., 25 B.) knirscht beim Biegen nicht. Biegt man sie im rechten Winkel, so zeigt sie deutlich einen Riß, der, wenn man die Stange wieder gerade biegt, sich noch weiter öffnet. Diese Erscheinung findet nicht statt, wenn reines Zink ein einzigesmal gebogen wird. Sogar bei der Legirung Nr. 4 ist sie nicht mehr wahrzunehmen, obwohl diese spröder ist; auch zeigt diese Legirung im Bruche ein anderes Ansehen als reines Zinn.

Namentlich durch den Bruch kann die Legirung Nr. 4 vom reinen Zinn unterschieden werden; berücksichtigt man noch, daß das Knirschen etwas schwächer, das Abfärben etwas stärker, das Gefüge etwas dunkler, der Glanz etwas geringer ist, so besitzt man Mittel genug, um nicht betrogen zu werden. Aber alle diese Merkmale müssen zusammentreffen und erfordern ein geübtes Auge zu ihrer Erkennung. Je weniger Blei die Legirung enthält, desto schwieriger ist seine Gegenwart zu erkennen; in der That kommt im Handel selbst unter den sogenannten reinsten Sorten wenig Zinn vor, welches kein Blei enthielte.

Das Gefüge des Zinns auf den in Berührung mit der Luft gegossenen Stellen liefert ebenfalls ein Mittel die Gegenwart von Blei zu erkennen. Bei Legirungen, welche eine nicht unbedeutende Menge Bleies enthalten, ist das Gefüge weniger krystallinisch; das Metall ist mit einem körnigern und mehr gerunzelten Häutchen überzogen, und ist weniger spiegelnd, kurz es hat einen dunklern, mehr metallischen Glanz. Neben diesen Merkmalen kann der Käufer, ohne eine chemische Analyse vorzunehmen, noch andere Unterscheidungsmittel der Blei-Zinn-Legirungen benutzen; so können sie z.B. nach ihrer Dichtigkeit beurtheilt werden, welche der mittlern Dichtigkeit der beiden legirten Metalle proportional ist. Auch kann man die Legirungen, welche Blei als wesentlichen Bestandtheil enthalten, daran erkennen, daß sie sich an der Luft mit einem weißlichen Staub, Bleioxyd, überziehen.

Eine Legirung, welche auf 70 Th. Zinn 100 Th. Blei enthält, eignet sich schon nicht mehr so gut zum Verlöthen als die zinnreichern Legirungen; für grobe Gegenstände benutzt man aber nicht selten noch Legirungen, welche auf 70 Theile Blei nur 30 Th. Zinn enthalten.

(Die Fortsetzung folgt im nächsten Heft.)