XLVI. Ueber die chemische Natur des Stahls; von Professor Dr. Schafhäutl. Aus dem Artikel „Stahl“ in dem eben erschienenen 15ten Band von Prechtl's technologischer Encyklopädie. Hr. Prof. Schafhäutl hat sich bekanntlich vorzugsweise mit wissenschaftlichen Untersuchungen über den Stahl beschäftigt und Gelegenheit gehabt sich mit dem Technischen der Stahlfabrication in England, Frankreich und Deutschland vollkommen vertraut zu machen.A. d. R. Schafhäutl, über die chemische Natur des Stahls. Beschaffenheit und Bestandtheile des weißen Roheisens. Weißes Roheisen, das in einer dem Gelben sich nähernden Glühhitze mit dem Hammer bearbeitet oder geschmiedet werden kann, heißt Stahl. Wir müssen demnach zunächst die chemischen Eigenschaften des weißen Roheisens überhaupt betrachten. Es gibt von weißem Roheisen verschiedene Sorten, wovon die reinsten und besten sind: a) kleinluckiges (kleinlöcheriges), b) großluckiges (großlöcheriges), c) blumiges (strahliges), d) blätteriges oder Spiegeleisen. Keines von diesen läßt sich in irgend einem Hitzgrad gut schmieden, am allerwenigsten d. Bei einiger Vorsicht jedoch kann a so ziemlich unter dem Hammer zum Stehen gebracht werden. Behandeln wir diese Eisensorten mit Säuren, welche auf die Metalle überhaupt mehr oder weniger auflösend wirken, z.B. Salzsäure, so finden wir daß, während die Salzsäure das Eisen anzugreifen und aufzulösen beginnt, sich eine Gasart entwickelt von einem eigenthümlich stinkenden, in manchen Fällen oft an Steinöl erinnernden Geruch, die übrigens brennbar ist, und bei dem Verbrennen Wasser- und Kohlensäure gibt. Endlich hört die Säure zu wirken auf, und die Wirkung auf den Rückstand beginnt nicht mehr, wenn man auch noch so viel frische Säure zugießt. Es bleibt eine schwarzbraune stockige Masse zurück, die in freier Luft erhitzt zu glimmen anfängt, von selbst wie Zunder fortbrennt, wieder unter Entwickelung von Kohlensäure und Stickgas, und ein rothes Pulver zurückläßt. Digerirt man dieß mit Salzsäure, so zieht sie verbranntes Eisen, nämlich Eisenoxyd aus, und zuletzt bleibt ein weißes Pulver zurück, das sich wie Kieselerde verhält. Wir sehen schon daraus, daß das weiße Roheisen kein reines Eisen ist, sondern neben Eisen noch Kohle, Kiesel, Mangan und Stickstoff enthält. Sehen wir zugleich auf die Quantität des kohligen Rückstandes, so finden wir, daß dasjenige Roheisen, das sich am wenigsten widerspänstig unter dem Hammer verhält, auch am wenigsten stinkendes Gas entwickelt und am wenigsten unaufgelösten Rückstand läßt. Wir können deßhalb wohl vermuthen, daß die fremden Beimengungen es seyen, welche die Widerspänstigkeit des Roheisens unter dem Hammer veranlassen, und man erhält wohl vollkommene Gewißheit, wenn man die Bestandtheile der verschiedenen Roheisensorten in Bezug auf ihre Quantität vergleicht. Die genaue chemische Analyse gibt uns die folgenden Data: schmiedbares kleinluckiges großluckiges blumiges Spiegeleisen.    97,114    95,135    94,057 94,576     88,961 Eisen      2,171      3,182      4,258    3,721        5440 Kohle,      0,005      0,221      0,850    0,9975       4,003 Mangan,      0,182      0,533      0,084    0,1201       0,179 Kiesel,      0,532      0,927      0,749    0,5842       1,200 Stickstoff,       0,166 Kupfer,       0,166 Zinn. Wir sehen aus diesen Resultaten ganz klar, daß das schmiedbare Roheisen die größte Quantität metallischen Eisens, die geringste Quantität Kohle, nur eine Spur Mangan, dagegen im Verhältniß zur Kohle sehr viel Kiesel habe; das ihm am nächsten stehende sehr schwierig zu bearbeitende kleinluckige Eisen nach diesem die geringste Quantität Kohle enthalte; daß überhaupt mit dem wachsenden Kohlengehalt auch die Schmelzbarkeit des Roheisens zunehme, die ein Hämmern desselben im rothglühenden Zustande ganz unthunlich macht. Wir werden ferner sehen, daß der eigentliche feinste Huntsmanstahl oder silver-steel eine noch geringere Quantität Kohle, dagegen eine viel größere Quantität Eisen und Kiesel besitze, nebst Kupfer und Arsenik; daß endlich das Stabeisen die allergrößte Quantität Eisen und die geringste Quantität Kohle enthalte. Um demnach Stabeisen in Stahl zu verwandeln, dürfte man ihm nur ein geringes Kohlenquantum mittheilen; im entgegengesetzten Fall, um nicht hämmerbares weißes Roheisen in hämmerbares oder in Stahl zu verwandeln, dürfte man ihm nur eine entsprechende Quantität Kohle entziehen. Dieß sind auch in der That die zwei Wege, die man im Großen einschlägt, um Stabeisen und unhämmerbares Roheisen in Stahl zu verwandeln. Diese Betrachtungsweise wäre für den Theoretiker hinreichend; die Praxis hat jedoch noch viele andere Umstände dabei zu berücksichtigen. Wenn wir die obigen Analysen durchgehen, so finden wir, daß die Roheisensorten noch neben Eisen und Kohle auch andere Metalle oder Metalloide enthalten, worunter Kiesel, Mangan und Stickstoff allgemein sind. Kupfer hingegen und Arsenik sind nur in einigen, namentlich den im Norden erzeugten Roheisen und Stahlsorten vorfindig. Die Erfahrung lehrt, daß beinahe jede dieser Beimengungen die Natur des Eisens in Bezug auf gewisse Qualitäten bedingt oder ändert. Selbst das beste schwedische Dannemora-Eisen ist durchaus nicht als reinstes Eisen zu betrachten, ja es enthält viel mehr Kohle, als andere gute Eisensorten. – Reines Stabeisen, das nicht mehr als ein Drittel Procent Kohle enthält, kann in keiner Hitze unserer Oefen geschmolzen werden. Man findet zwar in allen Lehrbüchern der Chemie Methoden angegeben, wie man reines Eisen durch Schmelzen im Sefström'schen Gebläseofen erhalten könne, und die Vorschriften gelingen auch bei nur einiger Vorsicht; das Eisen schmilzt nämlich und entwickelt mit Säuren kein stinkendes Wasserstoffgas. Allein analysirt man das erhaltene geschmolzene Eisen, so finden wir, daß es nun über ein Procent Kohle enthält, also sich zuerst in der heftigen Hitze des Sefström'schen Ofens mit Kohle verbunden habe und dann erst geschmolzen sey. Also die Kohle ertheilt dem Eisen die Eigenschaft, in unseren Feuern im Großen flüssig zu werden, so daß es gegossen werden kann. Je nachdem der Tiegel mehr oder weniger porös ist, und je nachdem seine innere Fläche mehr oder weniger verglaset ist, dringt mehr oder weniger Kohle durch den Tiegel. Schon Rinmann hat bewiesen, daß das Eisen, von Kohlen oder auch nur Flammen umgeben, immer Kohle absorbire, es mag in Thongefäßen eingeschlossen seyn, in welche man will. Nur ein hermetisch versiegeltes Glasgefäß macht hievon eine Ausnahme. Schmilzt man also Stabeisen, von Kieselsäure so frei als möglich, mit reiner Kohle aus Zucker bereitet zusammen, und trägt Sorge, daß das Ganze rasch schmilzt und, noch flüssig, sogleich ausgegossen wird: so erhält man eine im Bruche ziemlich gut aussehende stahlähnliche Masse, die sich äußerst weich und zähe schmiedet, aber durch Ablöschen nicht im geringsten härter geworden ist. Läßt man den Stahl länger im Flusse als nöthig, so nimmt er immer mehr und mehr die Eigenschaft an, durch Ablöschen im Wasser hart zu werden. Untersucht man ihn dann chemisch, so findet man, daß er in eben dem Verhältnisse, als er die Eigenschaft, sich im Wasser Härten zu lassen, erhalten, auch Kohle und Kiesel aus dem Schmelztiegel in seine Mischung aufgenommen hat. Es ist demnach eine gewisse Quantität Kiesel zu gutem Stahl gleichfalls nöthig. Bringt man jedoch mehr Kohle in den Schmelztiegel als zwei Procente, so erhält das Product die Natur des Roheisens; es zeigt Neigung, schon in der Kirschrothhitze unter dem Hammer zu zerfallen, und läßt sich also nicht gut schmieden. Schmilzt man dagegen eine gewisse Quantität Kupfer oder Arsenik mit dem Kohleneisen zusammen, so ertheilen diese dem erhaltenen Product gleichfalls die Eigenschaft, in der Kirschrothhitze unter dem Hammer in Stücke zu zerfallen, d.h. rothbrüchig zu seyn, und eben dasselbe thut auch eine große Quantität Kiesel. Verändert man jedoch das verhältnißmäßige Quantum von Kiesel, Arsenik und Kupfer in unserem Schmelzproducte, so kommen wir endlich auf einen Punkt, wo sich das Kohlenstoffeisen, trotz der Beimengung von Arsenik, Kupfer und Kiesel, noch gut in einer Kirsch- oder Hellrothhitze schmieden läßt, aber zugleich ein äußerst feines, gleichförmiges Korn, verbunden mit einer großen Festigkeit, annimmt, die es für gewisse Zwecke, namentlich für schneidende Werkzeuge, überaus tauglich macht. Schmelzen wir dagegen Phosphor mit Eisen und Kohle zusammen, so erhalten wir ein Gemenge, das sich auf dem Bruche durch sein glänzend weißes deutliches Korn sogleich von der vorhergehenden Sorte unterscheidet, eine große Dichte besitzt, eine sehr hohe Politur annimmt, und sich nur sehr schwer zerschlagen läßt, wenn es aber einmal der Gewalt des Hammers weicht, in Stücke zerspringt, ohne nur einen Eindruck vom Hammer anzunehmen. Reduciren wir die Quantität des Phosphors immer mehr, so erhalten wir zuletzt einen Stahl, der sich durch Festigkeit wohl vor allen übrigen Stahlarten auszeichnet, dem arsenikhaltigen Stahle jedoch an Feinheit des Korns nachsteht. Man findet in vielen, vorzüglich ostindischen Stahlen auch andere Metalle, namentlich: Chrom, Nickel, Wolfram, Silber, Platin, Iridium und Rhodium; die dem Stahl selbst Eigenschaften mittheilen, welche mit dem durch die oben genannten Metalle demselben ertheilten gewissermaßen übereinstimmen. Die indischen natürlichen Stahle enthalten nach De Luynes alle Nickel oder Wolfram. Stahl mit ein bis zwei Procent Rhodium gibt nach Faraday eine Verbindung, die viel härter als das beste Wooz werden soll. Es war schon eine seit lange bekannte Thatsache, daß Silber, mit Stahl verbunden, ein Gemische gibt, das selbst die besten übrigen gehärteten Stahle angreift. Beim Umschmelzen von Silberfeilspänen der Silberarbeiter, die immer mit Stahlfeile vermengt sind, erhält man, wenn diese Feilspäne nicht sorgfältig mittelst des Magnets entfernt wurden, immer ein Stahlkügelchen auf dem Boden des Schmelztiegels, das härter als jeder andere Stahl ist. Auf diesen Umstand ist schon oft aufmerksam gemacht worden, aber wie dieß bei Gelehrten oft der Fall ist, niemand nahm Notiz von der Sache, bis endlich Faraday den Versuch neuerdings wiederholte. Er machte jedoch die Erfahrung, daß das Silber 1/500 (an Gewicht) des Stahles nicht übersteigen dürfe, wenn es mit dem Stahl verbunden bleiben soll. Schon bei 1/400 ist der Stahl größtentheils nur ein Gemenge von Stahl und Silberkügelchen, welches Gemenge wegen der elektrischen Wirkung der zwei verschiedenartigen Metalle in Berührung, sehr schnell an der Luft rostet. Wird die Quantität Silber noch größer, so trennt sich der größte Theil des Silbers während des Erkaltens vom Stahl (wie das Zinn vom Kupfer in den Gußköpfen der Kanonen) und Silberkugeln erscheinen da an allen Seiten. Vermittelst Schwefelsäure oder Salzsäure kann man das Eisen trennen, und die Silberfäden bleiben dann wie eingewirkt in der Oberfläche zurück. Wir haben gesehen daß alle Stahle in der Hauptsache aus Kohle und Eisen, mit geringen Quantitäten anderer Metalle verbunden, bestehen, und wir müssen uns daher den Kohlenstoff unter allen im Stahl enthaltenen Metallen verhältnißmäßig vertheilt denken, so daß wir z.B. im oben angeführten Gußstahl ein Gemenge von Kohlenstoff-Eisen, Kohlenstoff-Kiesel, Kohlenstoff-Kupfer und Kohlenstoff-Arsenik besitzen. Dadurch unterscheidet er sich auch wie ungehämmertes weißes Roheisen vom grauen Roheisen des Gargangs, in welchem Kieseleisen und Alumineisen die charakteristischen Bestandtheile sind.Vergleiche meine Abhandlung: On the combinations of carbon with silicon of iron etc. im London and Edinburgh philosph. Magazine, 1839–40. Bd. 15 und 16; übersetzt in Erdmann's Journal für prakt. Chemie, 17. Bd., S. 139, und 20. Bd. Neue Ansicht über die Stahlbildung und Beweise dafür. Der Schmelzpunkt jedes dieser Carburete liegt in einem anderen Grad der Thermometer-Scala; daher ist jede Stahlmasse, die wir durch das Zusammenschmelzen dieser verschiedenen Carburete erhalten, mehr ein Gemenge, als ein Gemische. Jedes dieser einzelnen Carburete besitzt einen verschiedenen Grad der Härte und Auflöslichkeit in Säuren, was sich am schönsten kund gibt, wenn man ein solch' zusammengeschmolzenes Gemenge mit Salpetersäure bestreicht. Die hervorragendsten oder Haupt-Carburete nehmen in der Masse verschiedene Stellen ein, die sich auch wegen ihrer verschiedenen Zusammensetzung und Auflöslichkeit durch ein krystallinisches Gefüge, durch verschiedene Töne oder Schattirungen kund geben, wie man dieß an der Oberfläche eines mit Säure behandelten Stückchen Wootz oder indischen Stahles sieht. Wird ein solches Stückchen auf gewöhnliche Weise ausgeschmiedet, so ziehen sich diese harten und weichen neben einander liegenden Carburete in die Länge, in welcher harte und weiche Fasern neben einander liegen. Da man, wenn man einen solchen Stab zu einer Klinge verarbeiten wollte, oft zur Schneide ganz weiche Fasern bekommen würde, so war man genöthigt, die Stange nach den verschiedensten Richtungen um ihre eigene Achse zu winden, zu drehen und zu schmieden, so daß die verschiedenartigen Fäden mit einander gemengt wurden. Dadurch entstanden nun diese mannichfaltigen wunderschönen krausen Zeichnungen auf den orientalischen Säbelklingen, die man Damast, indisch Joar oder Giohar, und die Klingen selbst damascenirt genannt hat, weil sie zuerst aus Damascus in Syrien zu uns gebracht wurden. Diese Klingen, welche, da ihr Material viel kohlenhaltiger als unser Stahl ist, schon deßhalb viel härter, aber auch fester als alle die unseren sind, haben seit undenklichen Zeiten eine beinahe fabelhafte Berühmtheit im Oriente erlangt, welche sich umsomehr erhielt, als die Kunst, solche Klingen zu erzeugen, gegenwärtig im Orient verloren gegangen ist. Wie oft man auch diesen Stahl umschmelzt, die verschiedenartigen Carburete werden sich nach dem Erkalten immer wieder durch Säure sichtbar machen lassen. Da es hiebei bloß auf eine Vermengung von zwei verschiedenartigen Carbureten ankommt, so bildet sich auch bei Gegenwart bloß eines der obigen Metall-Carburete (das Gemeinste ist das Kiesel-Carburet oder der Kohlenstoff-Kiesel) ein Doppel-Carburet, wenn man überhaupt Eisen mit einer großen Quantität kieselhaltiger Kohle zusammenschmilzt. Indessen wird auch nebenbei Kiesel aus der Schmelztiegelmasse aufgenommen, wenn der Kiesel in der Kohle mangelt. Da sich auf diese Weise immer Carburete bilden, welche sich durch verschiedene Schmelz- und Erstarrungspunkte auszeichnen, so werden sie sich immer so viel als möglich von einander trennen, sobald die geschmolzene Verbindung zu erstarren anfängt. Geschieht die Abkühlung nicht zu schnell, so haben die bloß unter einander gemengten Verbindungen Zeit, sich in kleinere oder größere Massen zu gruppiren, wie dieß bei allen Legirungen beobachtet werden kann, und dieser Umstand ist hinreichend, einen sehr deutlichen und großartigen Damast hervorzubringen, wie ihn neuerdings Breant hergestellt hat. Es ist indessen nicht richtig, wenn Breant meint, der gewöhnliche Stahl sey eine einfache Verbindung von Kohle und Eisen, und erst dann, wenn man mehr Kohle mit dieser Verbindung zusammenschmelze, entstehe eine zweite Kohlenstoffverbindung und dadurch Damascener Stahl. Die Kohlenstoffverbindung im Damascener Stahl hat immer als Basis ein anderes vom Eisen verschiedenes Metall, denn auch bei Stahl, der weniger Kohle enthält als gewöhnlich harter Gußstahl, bilden sich, Breant's Meinung entgegen, sehr leicht damascenirende Verbindungen. Ich schmolz z.B. in einem Sheffield'schen Gußstahlofen 10 Pfd. Eisen in Stücken, mit 8 Unzen Zucker zusammen, als der Tiegel in völliger Weißgluth war. Es wurden zuerst in 3 bis 4 Quadratzoll haltende Theile zerschnittenes Stabeisen hineingebracht, und hierauf der Zucker in Papier gewickelt, während ein Arbeiter den Deckel mit der Zange bereit hielt, um den Tiegel sogleich zu bedecken. Nach drei Stunden war die Masse geschmolzen. Sie wurde in einen gewöhnlichen parallelepipedischen Einguß gegossen. Beim Schmieden zeigte sich das Eisen weich wie Blei, härtete aber durchaus nicht. Nachdem die Dosis Zucker aufs Dreifache gesteigert worden war, erhielten wir einen krystallinischen König. Hierauf wurde dieselbe Quantität Eisen mit 8 Unzen Zucker und 2,6 Drachmen geglühtem Kienruß geschmolzen. Die Masse kam zur selben Zeit in Fluß, und wurde in die parallel-epipedische Form gegossen, die gewöhnlich dazu bestimmt ist, den geschmolzenen Gußstahl aufzunehmen. Der erstarrte Einguß, unter dem Hammer ausgeschmiedet, härtete aber nur bis zum 1/3 Theil des Radius des Stabes; das Innere, der Kern nämlich, war weich, gleich dem besten Tabergeisen – viel weicher und zäher, als das ursprünglich englische Eisen sich verhält. Wurde die Quantität geglühten Kienrußes vermehrt, so wuchs auch die Dicke der stählernen Rinde, bis endlich bei 4 1/2 Quentchen Kienruß die ganze Masse in Stahl verwandelt wurde. Auch das beste schwedische Eisen, das im Cementirofen behandelt den allerbesten Stahl gab, fand sich nach dem Schmelzen mit Kohle im Stahltiegel immer aus Theilen zusammengesetzt, die sehr guter Stahl waren und andere, die nicht gut härten wollten. Die Ursache ist wohl einleuchtend. Schwedisches Eisen, im Cementofen bloß erweichend, aber nicht schmelzend, nimmt zuerst aus der dasselbe umgebenden Kohle bloß reinen Kohlenstoff auf (und dieß ist als eigentlicher Charakter der Cementation wohl im Auge zu behalten), während beim Zusammenschmelzen des Eisens mit Kohle sich zuerst das Eisen durch den Cementationsproceß mit reiner Kohle verbindet, wobei die aschenhaltige Kohle zurückbleibt, welche mit dem weißglühenden Tiegel in Berührung noch mehr Kiesel aufnimmt, beinahe in demselben Augenblick, wo sie sich als eine eigenthümliche Kiesel-Legirung mit dem Eisen verbindet, welches durch den reinen Kohlenstoff in Fluß gerathen ist. Diese Kiesel-Kohlenverbindung ist es, welche sich mit dem geschmolzenen Kohleneisen mengt, und sich immer wieder mehr oder weniger ausscheidet, je nachdem die Masse langsam oder schneller erstarrt. Sie ist es, welche mit jenen silberweißen Zeichnungen den Damascener Stahl durchwirkt, wenn seine Oberfläche mit Säuren behandelt wird. Noch verwickeltere Verbindungen erzeugen sich, wenn Eisen in großen Stücken mit Kohle zusammengeschmolzen wird. Der gewöhnlichen Theorie gemäß sollte man glauben, die Kohle würde sich da, wo sie das weißglühende Eisen berührt, mit dem Eisen verbinden, dasselbe in Fluß bringen, dieses fließende Eisen das übrige noch nicht im Flusse sich befindende gleichfalls flüssig machen, bis man zuletzt, vorzüglich wenn man mit einem Stabe umrührt, eine völlig gleichförmige Masse erhalten hätte. Allein dem ist nicht so. – Dasjenige Eisen, welches mit der Kohle in unmittelbare Berührung kommt, erzeugt unsere eben beschriebene Verbindung und gibt, wenn sie mit weniger kohlenhaltigem Eisen in Berührung kommt, diesem nur einen gewissen Theil Kohle ab, während es den Kiesel zurückbehält. Eine definitive Verbindung, in welcher die Kohle sich vermindert hat, Eisen und Kiesel sich aber in eben dem Verhältnisse vermehrt haben, bleibt immer unzersetzt, und findet sich entweder, wenn das flüssige Eisen im Tiegel nicht Kohle genug hat, als Klumpen auf dem Boden des Schmelztiegels, oder es scheidet sich immer in derselben Verbindung wiederum während des Erkaltens ab. Diese Abscheidung geschieht desto leichter und vollkommener, je flüssiger die eine Kohlenverbindung ist, welche die andere aufgelöst oder vielmehr bloß eingemengt enthält, und je langsamer sie erkaltet: so daß es bei einem sehr ungleichen Flüssigkeitsverhältnisse schwer ist, auch bei der schnellsten Abkühlung die Trennung beider Verbindungen von einander zu verhüten, wie wir oben an einem Beispiele gesehen haben, wo der mittlere Theil eines Stahlprisma immer von der leichtflüssigsten Eisenmasse, die Außenseite hingegen von dem eigentlichen Stahl eingenommen wurde. Wächst die Zähflüssigkeit der einen Verbindung durch Beimengung verschiedener fremdartiger Carburete, so kann man den Tiegel, in welchem die Mengung geschmolzen wurde, von der Weißglühhitze langsam bis zum Hellrothglühen erkalten lassen, ohne daß sich die Carburete vollständig von einander trennen – ein Umstand, durch den schon in den allerältesten Zeiten die Hervorbringung des Kohlendamastes von selbst veranlaßt werden mußte, weil ohne diesen Damast die aus solchem Stahl geschmiedeten Klingen nicht zu brauchen gewesen wären. Die eben ausgesprochene Bildung verschieden zusammengesetzter Carburete ist die Ursache, daß Stahl durch unmittelbares Zusammenschmelzen in Tiegeln erzeugt, nie eine solche gleichförmige Flüssigkeit erlangt, als Cementstahl aus bestem Dannemora-Eisen, welches während der Cementation bloß erweichend, Kohlenstoff allein aus der Kohle aufnimmt, von der es umgeben ist, und den Kiesel und das Alkali zurückläßt; ja ein nur einigermaßen geübter Stahlschmelzer wird aus der Art des Flusses verschiedener Stahlsorten sogleich erkennen, ob er künstlich zusammengesetzten Stahl oder Cementstahl im Tiegel habe. Bringt man jedoch durch hinreichenden Kohlenzusatz eine solche künstliche Stahlmasse in vollen Fluß, so wird sie wegen des überwiegenden Kohlenquantums so schwer im Feuer zu bearbeiten oder zu schmieden seyn, daß sie wegen ihrer nicht lohnenden schwierigen Bearbeitung im Großen fürs praktische Leben nicht mehr wohl brauchbar wird. Der Weg der Cementation ist also, Erfahrungen eines haben Jahrhunderts gemäß, der einzige lohnende für die Stahlfabrication im Großen. Einen weiteren Beweis von dem Nebeneinanderliegen verschiedener Carburete gibt die Behandlung auch des gleichförmigsten Stahls mit Säuren. Ich nahm z.B. einen Theil der abgebrochenen Schneide eines in Rodgers Stahlfabrik zu Sheffield in England geschmiedeten und gehärteten Rasirmessers, und brachte ihn in ziemlich concentrirte Salzsäure. Er wurde nach mehreren Tagen herausgenommen, und fand sich sehr ungleichförmig angegriffen, mit den mannichfaltigsten Gruben und Höckern bedeckt. Das wohlgewaschene und getrocknete Stückchen wurde nun im Diamantenmörser in kleine Theile zerbrochen. Die erhaltenen kleinen Theilchen richteten sich in ihrer Größe ziemlich nach der Form der Gruben, und bestanden zum Theil aus verschiedenen pulverisirbaren, zum Theil aus weichen Körnern, die sich wie Eisen unter dem Hammer zu Blättchen ausdehnen ließen. Von der richtigen Zusammensetzung hauptsächlich dieser zwei Hauptcarburete hängt die eigentlich gute Beschaffenheit des Stahls ab, und diese beiden Carburete können durch unmittelbare Zusammensetzung des Stahls aus Stabeisen und Kohle dann erhalten werden, wenn das Stabeisen selbst schon zuvor von gehöriger Beschaffenheit ist. Schmilzt man nämlich gewöhnliches Stabeisen mit reiner Kohle zusammen, oder läßt man Kohle in der Weißglühhitze von diesem Stabeisen selbst absorbiren, ohne daß der erzeugte Stahl in Fluß geräth, also durch eine Operation, die man Cementation nennt: so kann man zwar eine gleiche Quantität Kohle mit einer verhältnißmäßigen Quantität Eisen von allen Stabeisensorten verbinden, aber diese gewöhnlichen Eisensorten nehmen bei gleichem Kohlengehalt etwas andere Eigenschaften an, als bestes Stahleisen, z.B. von Dannemora. Schon der Bruch des cementirten gewöhnlichen Eisens verräth eine gewisse Mattheit und zeigt einen Stich ins Bläuliche, den man an keinem guten Cement- oder Gußstahl bemerkt. Wird ferner z.B. schwedisches Dannemora-Eisen nach seiner Verwandlung in Stahl bei einem Gehalt von 3/4 Proc. Kohle zu Stahl der härtesten Sorte, der sich noch sehr gut unter dem Hammer bearbeiten und in die feinsten Stäbe ausrecken läßt, so wird gewöhnliches Stabeisen mit demselben Kohlengehalt und bei gleicher Härte nicht mehr unter demselben Hammer zu bearbeiten seyn, ohne in Stücke zu zerfallen oder wenigstens so viele Kantenrisse zu bekommen, daß ein reiner Stab daraus nicht zu erhalten ist. Die Kohle scheint mit diesem Eisen viel lockerer verbunden zu seyn, als mit dem schwedischen, und selbst mit diesem viel lockerer, als mit dem Eisen des Stahls, der unmittelbar aus dem Roheisen durch Entziehung von Kohlenstoff bereitet wird. Der letztere läßt sich am öftesten in der Schweißhitze behandeln, ohne seinen Kohlenstoff zu verlieren. Ferner wird derselbe Stahl bei gleicher Härte dennoch nicht dieselbe Festigkeit besitzen, und entweder schon während des Härtens Risse bekommen, oder die Schneide eines daraus geschmiedeten Rasirmessers schon beim Schleifen, oder wenigstens beim Gebrauch ausbrechen. Ich habe bis jetzt, trotz meinen vielfach abgeänderten mannichfaltigen Versuchen, kein Mittel finden können, welches der Kohle zugesetzt, die Eigenschaften des auf diese Weise erzeugten Stahls hätte verbessern können. Der durch Cementation oder durch unmittelbares Zusammenschmelzen erzeugte Stahl erhält seine Eigenschaften bloß von der eigenthümlichen Beschaffenheit des dazu verwendeten Stabeisens. Das zur Cementation brauchbare Stabeisen von Dannemora erster Sorte mit dem Zeichen (L), bei den englischen Arbeitern Hoop L genannt, zu breiten Stangen unter dem Hammer ausgeschmiedet, ist in der Regel brüchig, wie Stahl, und besitzt einen eigenthümlich saftig-körnigen Glanz auf dem Bruche, wenn eine solche Stange eingehauen und dann wie Stahl auf einem Amboß rasch abgeschlagen wird. Bei dem schwedischen Stahleisen zweiter Sorte, nach der aufgeschlagenen Zeichnung oo in England double bullets genannt, ist dieser körnige Bruch durchaus der vorherrschende, und nur bei dem Eisen erster Sorte wechseln die kurzbrechenden körnigen Stellen mit Stücken blättrigen Gefüges. Auch diese Blätter haben einen eigenthümlichen saftigen, doch dabei etwas matten Glanz, und ein etwas zähbleiartiges Ansehen. Seine Dichtigkeit ist 7,81, also größer, als die des gewöhnlichen Stabeisens. Uebergießt man Feilspäne von schwedischem Dannemora-Eisen, und Feilspäne von Stabeisen aus Thoneisensteinen erblasen und im Puddling-Ofen verfrischt, mit mäßig verdünnter Chlorwasserstoffsäure, so ist der Angriff der Säure auf das durch Puddlingfrischen erhaltene Eisen viel rascher, als auf das Dannemora-Eisen. Es scheiden sich beim Puddeleisen während der Auflösung oft ziemlich große schwarze, in der Flüssigkeit schwimmende Flocken ab, und nach vollendeter Auflösung sind die Späne größtentheils oder ganz verschwunden, während beim schwedischen Eisen eine Kohlenkiesel-Eisenverbindung ganz in Form der Späne auf dem Boden zurückbleibt. Will, man beim gewöhnlichen Eisen dieselbe Erscheinung hervorbringen, so muß man die Säure viel mehr verdünnen, und beim schwedischen Eisen die Salzsäure so concentrirt als möglich nehmen, wenn wir den Rückstand nach der Auflösung vermindern und die stockigen Erscheinungen in der Flüssigkeit hervorrufen wollen. Der Rückstand selbst gesammelt, nimmt an der Luft eine dunkelbraune Farbe an, und übergießt man ihn mit kaustischem concentrirten Ammoniak, so entwickelt sich kein Wasserstoffgas; ein Beweis, daß sich nichts im Stabeisen befunden, was an das graue Gußeisen erinnerte, also kein Alumin u. dergl., wie ich in meiner Abhandlung über Eisen und Stahl dargethan.London and Edinburgh Philosophical-Magazine, 1839, Vol. 15 and 16. – Erdmann's Journal für praktische Chemie, Bd. 17, S. 139 und Bd. 10. Der Rückstand jedoch geglüht, färbt sich unter Entwicklung von Kohlensäure, Kohlenoxydgas und Stickgas roth vom oxydirten Eisen. Zieht man dieß mit Salzsäure aus, glüht es wieder, und wiederholt die Operation des Ausziehens mit Salzsäure, so bleibt nichts als weiße Kieselerde zurück, kein Graphit, oder wie man dieß nannte, freier ungebundener Kohlenstoff, den man neulich auch darin gefunden haben wollte. Schon seine größere Dichtigkeit läßt uns vermuthen, daß dieß Eisen den chemischen Auflösungsmitteln besser widerstehen wird, als das lockere englische Eisen, aus Thoneisensteinen erblasen. Bestimmen wir jedoch noch überdieß seine chemischen Bestandtheile quantitativ, so finden wir auch eine von dem englischen Eisen abweichende chemische Zusammensetzung.Es existiren so viel mir bekannt, gegenwärtig bloß drei Analysen des schwedischen Dannemora-Eisens; die eine von Gay-Lussac und Wilson (eigentlich bloß von Wilson), die andere von Thomson, und die dritte im Laboratorium des Bergwerks-Departements zu Berlin gemacht. Bei allen diesen Analysen ist der Kohlengehalt viel zu gering angegeben, denn es gehört sehr viel Uebung dazu, auch mittelst chromsauren Bleioxyds und chlorsauren Kalis das Eisen vollständig zu verbrennen, wenn es nicht in das feinste Pulver verwandelt ist. Ich habe mehr als sechzig sehr nahe übereinstimmende Analysen der Dannemora-Eisensorten gemacht, man kann deßhalb auf die oben angegebenen Resultate wohl vertrauen. Englisches Eisen    (aus Süd-Wales)   SchwedischesDannemora-Eisen:          98,904       98,775 Eisen.            0,411         0,843 Kohle.            0,084         0,118 Kiesel.            0,043         0,054 Mangan.            0,000         0,068 Kupfer.            0,000         0,017 Arsenik.            0,401         0,000 Phosphor.        ––––––––    –––––––––––––––––          99,843       99,875 Eisen, das als erste Sorte mit dem Zeichen (L) in den Handel kommt, enthält zwar in verschiedenen Stellen einer und derselben Stange, je nachdem sie blätterig oder körnig bricht, verschiedene Mengen Kohlenstoff; allein nie habe ich den Kohlengehalt unter 0,5 gefunden, ja Stücke dieses Eisens geben ohne alle weitere Behandlung oft hinreichend guten Stahl. Wir lernen aus dieser Zusammensetzung, daß das schwedische Eisen mehr Kohle enthalte, als das weichste Schmiedeisen. Außer diesen, allen Eisenarten gemeinsamen Bestandtheilen, finden wir noch Arsenik, der gleichfalls für die Qualität des Stahls nicht ohne Wichtigkeit ist. Vergleichen wir nun die Zusammensetzung des durch Cementation verwandelten Stabeisens: Eisen 98,018 Kohle   1,713 Kiesel   0,122 Mangan   0,023 Kupfer   0,067 Arsenik   0,008 –––––– 99,951. Das Stabeisen hatte also durch starke Cementation nur noch einmal so viel Kohlenstoff aufgenommen, als es ursprünglich enthielt, und deßhalb wäre die neu erzeugte Kohlenverbindung nicht einmal noch so groß, als die schon früher enthaltene. Wir sehen demnach daraus klar daß, um guten Stahl durch Cementation zu erhalten, das Eisen schon von vorne herein eine Kohlenstoffverbindung von bestimmter Zusammensetzung enthalten müsse, was noch überdieß dadurch bewiesen wird, daß wenn dasselbe Eisen durch eine andere, als durch die Wallonen-Frischmethode verfrischt wird, so daß also durch das länger fortgesetzte Frischen ein Theil dieser bestimmten Kohlenstoff-Verbindung zerstört wird, das Eisen zur Cementation nicht brauchbarer ist, als jedes andere nicht allzu schlechte Eisen. Deßhalb wird auch das zur Cementation bestimmte Eisen aus den Dannemora-Eisengruben nur nach dieser alten rasch arbeitenden Wallonen-Frischmethode zu gut gemacht. Die Aufgabe bei der Verwandlung des Eisens, welches schon eine gewisse Kohlenstoff-Verbindung in bestimmter Quantität enthält, also schon beinahe Stahl ist, in guten gleichförmigen Stahl, ist also einfach: nämlich dasselbe mit noch einem anderen aber nur geringen Quantum Kohlenstoff zu verbinden. Ein Umstand, der noch von keinem Schriftsteller über Stahl eingesehen worden ist. Das Stabeisen hat überhaupt in einer höheren Temperatur, die aber das Weißglühen bei weitem nicht erreicht, eine ungemeine Neigung zur Verschluckung von Kohlenstoff, obwohl eine bloße Verschluckung von Kohle allein nicht hinreicht, Stahl zu bilden, wie dieß der gewöhnliche Glaube Aller ist, die vom Stahl gelehrt oder geschrieben haben. Es ist deßhalb ein Irrthum von Berzelius, wenn er meint, das Dannemora-Eisen verdanke seine Tauglichkeit zur Stahlbereitung seiner größeren Dichtigkeit, erzeugt durch Abwesenheit von Schlacke. Das schwedische Stahleisen ist schon halb Stahl, ja man findet Stücke in demselben, die sich ohne weiteres als Stahl verarbeiten lassen. Das Stabeisen zerlegt selbst die Flamme, wenn der Zutritt der Luft nur etwas abgehalten wird, noch lieber das Kohlenwasserstoff- und Kohlenoxydgas, woran das Eisen nicht einmal durch Verschließung in thönernen Gefäßen verhindert werden kann, und nur das hermetische Verschließen desselben in wirkliche Glasgefäße, wie wir schon gesehen, die jedoch nicht schmelzen dürfen, erhält es unverändert im lange andauernden Glühfeuer, wie schon Rinmann vor mehr als sechszig Jahren dargethan hat. Auf diese Eigenschaften des Stahleisens gründen sich die im Jahr 1825 von den Engländern Macintosh und Colquhaun, so wie im Jahr 1824 von dem Italiener Vismara angegebenen Methoden, Eisen in Stahl zu verwandeln, indem die ersten zwei das Eisen in rothglühenden Cylindern von Steinkohlen- (Leucht-) Gase umstreichen ließen, der letztere sich des Leuchtgases, aus Fett erzeugt, bediente, in welchem er seine Eisenstäbe glühend erhielt. Beinahe ebenso leicht absorbirt das Eisen Kohlenstoff, wenn man es mit kohlehaltigen Körpern im hellrothglühenden Zustande in Berührung bringt. Jedes graue Gußeisen enthält eine Kohlenstoffverbindung, die ihren Kohlenstoff so leicht abgibt, daß man rothglühende schneidende Werkzeuge nur mit grauem Gußeisen zu reiben braucht, um die Oberfläche der Schneide in Stahl zu verwandeln. Ebenso leicht geschieht dieß, wenn man das in Stahl zu verwandelnde Eisen in geschmolzenes Roheisen taucht; eine uralte Operation, die neuerlich wieder im polytechnischen Centralblatt anempfohlen worden ist. Gleichen Dienst leisten mehrere kohlenstickstoffhaltige Salze, z.B. das gelbe Cyaneisen-Kalium, gewöhnlich Blutlaugensalz genannt. Noch ungleich leichter verbindet sich Kohle mit Stabeisen, wenn dasselbe, der Weißglühhitze nahe, mit glühenden Kohlen bei Abhaltung von Luft in Berührung kommt. Ja es hat immer Schmiede gegeben, die ihren Stahl selbst in der gewöhnlichen Schmiedesse machten, indem sie verrostete Blechabschnitzel in glühenden Kohlen bei einem mäßigen Gang des Gebläses unter dem Winde beinahe zum Weißglühen brachten. Der Kohlenstoff durchdringt das dünne Eisen sehr gleichförmig, und gibt bei einigermaßen geschickter Behandlung guten Stahl für Messer. Im russischen Ural benützt und verwandelt man die Blechabschnitzel von Blech- und Gewehrfabriken auf gleiche Weise in Rohstahl. Da es jedoch nicht möglich ist den Proceß so genau zu leiten, daß man es in seiner Gewalt hätte ein bestimmtes Quantum Kohle mit den Blechabschnitzeln zu verbinden: so bringt man das Eisen, mit der Kohle in Berührung, zur starken Weißglühhitze, und läßt dann das Eisen so viel Kohle absorbiren als es will, wodurch es bald als Roheisen wieder schmilzt, das dann in einem Quantum von etwa 87 bis 90 Pfd. wieder zu Stahl verfrischt wird, indem man einen Theil der aufgenommenen Kohle wieder im Feuer verbrennt. Die rationellste Methode ist deßhalb, das mit der gehörigen Kohlenstoffverbindung schon versehene Stabeisen mit Kohlenpulver umgeben, in wohlverschlossenen Behältern der Weißglühhitze nahe zu bringen, und dieß Glühen so lange fortzusetzen, bis das Eisen die verlangte Quantität Kohle aufgenommen hat. Rinmann in seiner Geschichte des Eisens, Bd. II, §. 270, VI, zeigt schon, daß Stabeisen in Drehspäne von grauem Gußeisen eingepackt, in geringer Glühhitze vollständig in Stahl verwandelt werde, eine Methode, die der Franzose Gautier im Journal de Pharmacie 1827 neuerdings wieder als seine eigene Erfindung zum Vorschein brachte. Während des Glühens nimmt das Eisen natürlich zuerst Kohlenstoff an der Oberfläche auf, der dann an das nächst darunter liegende Atom übertritt, während die Oberfläche neue Kohle aufnimmt. Cementation. Wie viel jedoch die Oberfläche Kohlenstoff aufnimmt, ehe er bei stetigem Zufluß von außen an die nächst darunterliegende Schichte übertreten kann, das hängt von der Weise und von dem Aggregatzustand ab, in welchem die Kohle mit dem weißglühenden Eisen in Berührung kommt. Ist die Kohle pulverförmig, so tritt jedes Atom Kohlenstoff von Atom zu Atom des Eisens nach dem Mittelpunkt der Stange zu, sobald ein zweites Atom Kohle das erste zu ersetzen bereit ist. Schmilzt hingegen die Kohle, oder erweicht sie wenigstens, so sättigt sich zuerst die Oberfläche mit Kohle, bildet da vollkommenen Stahl, und gibt erst dann Kohle an die nächst darunterliegende Schichte ab. Auf diesen früher noch nie beobachteten Eigenschaften der Kohle und des Eisens beruht die Cementation und das Insatzhärten – Operationen, die in dieser Beziehung wesentlich von einander verschieden sind. Hat man z.B. Dannemora-Eisen cementirt, daß es für Gußstahl verwendet werden kann, so findet man nach dieser Cementation die Oberflächen der Stangen mit großen Blasen bedeckt, das Oxydhäutchen auf der Oberfläche ist größtentheils verschwunden, und alle die Stellen haben da, wo das Oxydhäutchen verschwunden ist, einen silberartigen Glanz angenommen. Sticht man eine solche Blase, so lange die Stange noch rothglühend ist, auf, so fährt eine schwache Feuerflamme heraus, ohne merklichen Geruch zu verbreiten; öffnet man sie kalt, so findet man die Blase innerhalb aus dünnen, neben einanderliegenden Stahlhäutchen zusammengesetzt, deren eine Hälfte auch oft noch an der Blase, die andere unten an der Stange hängt, und die offenbar durch das Aufsteigen der Blase zerrissen worden sind. Alle diese inneren Blasenräume strahlen in der Regel mit den glänzenden Anlauffarben des Stahls, nämlich mit gelb, purpurroth der Taubenhalsfarbe und, nicht sehr häufig, der lichtblauen, ebenso selten findet sich die dunkelblaue. Unter dieser Stahlblase hat der Stahl seine silbergraue körnige Textur verloren, er ist deutlich in eine krystallinische Masse zusammengesunken von glänzend silberweißer, milchiger, oder etwas ins Gelbliche sich ziehender Farbe, welche Masse auf ihrer Oberfläche, so wie im Bruche aus Würfeln zusammengesetzt erscheint. Diese Blasen sind offenbar durch eine Gasart entstanden, die aus dem unter der Blase liegenden krystallinisch zusammengesunkenen Gefüge sich entwickelt hat. Diese Gasart muß Sauerstoff enthalten, da sie die Oxydation der inneren Blasenhäute bewirkte; aber nur in sehr geringer Menge, weil die Oxydhäutchen so unendlich dünn ausfielen, daß sie das Zusammenschweißen dieser getrennten Stellen nicht im Geringsten hindern. Cementirt man Stangen von englischem Stabeisen, so erscheinen die Stangen auf ihrer Oberfläche nicht wie die aus Dannemora-Eisen, mit einzelnen größeren Blasen bedeckt, wohl aber mit beinahe gleichförmig auf der ganzen Oberfläche vertheilten Knötchen besäet, die auch wirkliche Bläschen sind, welche aber tief in die Masse eindringen, und immer von einer tief-schwarzblauen nicht oder kaum schimmernden Oxydkruste überzogen sind. Man findet die Stahlmasse, welche diese Knötchen oder Bläschen umgibt, niemals in jenes deutlich würfliche, krystallinische, silbermilchweiße, glänzende Aggregat zusammengesunken, das den Dannemora-Stahl so sehr auszeichnet, ja man sieht, daß sich das Ganze nie in jenem Zustande der Erweichung befunden haben konnte, wie dieß bei der schwedischen Stahlstange der Fall gewesen seyn mußte. Das Gas mußte zugleich viel mehr Sauerstoff enthalten haben, um das Innere der kleinen Blase so stark oxydiren zu können. Versucht man eine solche aus englischem Eisen erhaltene Stange zu schmieden, so spaltet sie gerne an den Stellen, wo die einzelnen Eisenklumpen im Puddlingofen zusammengedrückt und geschweißt worden sind, und selbst Schweißhitze vereinigt dieselben nie wieder. Ich behandelte ein solches Stahlstück, das sich so im Feuer gespalten hatte, vorsichtig mit Salzsäure, und dadurch wurde ein Gewebe von unzähligen über und neben einander liegenden Fasern bloßgelegt, die von einer fettig mattgrauen Haut überzogen waren, zwischen welcher sich die Säure wie zwischen unzähligen Canälen hindurch arbeitete. Es ist eine bei den englischen Cementirern allgemein verbreitete Ueberzeugung, daß die Blasen des schwedischen Eisens von ungeschweißten (losen) Stellen herrühren. Es ist wirklich immer eine Oxyd- oder Schlackenhaut, welche die einzelnen Klumpen, wenn sie im Frisch- oder Puddlingofen gar werden, umgibt, und die nie ganz fortgeschafft werden kann, auch wenn die Deulen oder Ballen unter dem Hammer zusammengeschlagen werden, wodurch der größte Theil der eingemengten Schlacken ausgepreßt wird. Beim Puddeln des Eisens wird jedoch das garende Eisen in unzählig viele Stücke zerrissen, um dieselben der Einwirkung der Luft auszusetzen. – Ein Ballen Eisen, wenn es aus dem Puddlingofen kommt, wird deßhalb aus zahllosen solchen, mit Schlacke umhüllten Eisenklumpen zusammengesetzt seyn, während das schwedische Eisen äußerst rasch (d. i. in der Zeit einer halben Stunde) in einem Klumpen im Wallonenfeuer von Kohle und Schlacke bedeckt, niedergerennt und nie eigentlich in Stücke zerbrochen wird. Daher die wenigen und großen Blasen auf den schwedischen Stahlstäben, und die zahlreichen auf den aus dem Puddlingofen, oder dem gewöhnlichen Frischfeuer hervorgegangenen Eisenstäben. Denn frischt man, wie wir gesehen haben, das schwedische Dannemora-Eisen in anderen als Wallonen-Frischherden, z.B. im Kochherde, wo das Eisen statt einer halben nahe 8 Stunden verweilt und öfters aufgebrochen wird: so verliert auch dieses Eisen alle seine charakteristischen und guten Eigenschaften wegen der in dieser langen Zeit des Frischens verbrennenden Kohlenstoff-Verbindung und wegen der häufig eingemengten Schlacke. Die bei der Cementation erscheinenden Blasen sind also nicht nur ein Zeichen der Weise, in welcher das Stabeisen für die Cementation bereitet worden ist, sondern aus ihrer Form läßt sich auch die Zusammensetzung der neuen Verbindung ersehen, welcher sie ihr Entstehen verdanken. Die Schlackenhaut, in der Hauptsache ein Eisenoxyd-Oxydul, wird nämlich während der Cementation durch Einwirkung der Kohle mehr oder minder in den metallischen Zustand zurückversetzt, und die Eigenschaften dieses wiederhergestellten Metalles haben einen nicht geringen Antheil an der Qualität des cementirten Stahles. Die Schlackenhaut, eigentlich ein Eisenoxydul-Silicat, die im Puddlingofen durch freie Einwirkung der Luft erzeugt wird, kann 60 Proc. Eisenoxydul enthalten; in der Wallonen-Frischmethode dagegen besteht sie beinahe aus 86 Proc. Eisenoxydul und 14 Proc. Kieselsäure, wird durch die Einwirkung der Kohle reducirt und in ein Gemenge von Kohleneisen und Kohlenkiesel umgewandelt, von deren verhältnißmäßiger Mengung oder Mischung es abhängt, ob sie mit dem übrigen Stahle zusammenschmelzen, sich in ihm auflösen, oder ob sie als abgeschlossene Kohlenverbindung sich unvermengt im Stahle erhalten. Bei der Operation im Puddlingofen ist die Schlackenschichte so dick und die Quantität Kieselerde so groß, daß ein unschmelzbares Häutchen von Kohlen- und Kieseleisen zwischen allen den kleinen Partien zurückbleibt, welche früher von Schlacke umhüllt waren, und aus denen die Stahlstange zusammengesetzt ist; bei ihrem vorherrschenden Kieselgehalte, der in der Regel ein Drittheil beträgt, schmilzt diese Legirung nicht in der Schweißhitze des Stahles, ja sie gibt eher ihren Kohlengehalt ab, und bleibt als Silicium-Eisen mit dem geringsten Kohlengehalte zurück, der die Stahltheile am Schweißen verhindert. Selbst die Frisch-Schlacke, die beim Frischen des Dannemora-Eisens fällt, ertheilt diesem Eisen, wenn sie im Hohofen wieder geschmolzen wird, eine Anlage zum Rothbruch, weßhalb auch in Schweden diese Schlacke besonders verschmolzen und auf weiches Eisen benützt wird. Nach diesem Gesagten wird es nicht mehr unausführbar scheinen, Eisen für die Stahlbereitung durch Cementation auch aus anderem als schwedischem Dannemora-Eisen, und zwar vorzüglich im Puddlingofen durch Schlackenfrischen zu erzeugen, indem man es nach den oben angeführten Principien so schnell als möglich zur Stahlgare bringt, während man dabei so viel als nur möglich den directen Zutritt der Luft zum Eisen verhindert, d.h. soviel als möglich unter der Schlacke hält, damit die nöthige Kohlenstoff-Verbindung, die es zum Stahle allein geschickt macht, nicht zersetzt werde (was sogleich geschieht, wenn es mit der Luft in Berührung kommt), dann es so wenig als möglich in Stücke zu zertheilen – es so viel als möglich in einer Masse unter der Schlacke zusammenzuhalten, um die Einmengung vor Schlacke so viel als möglich zu vermeiden. Das vielfache Zerarbeiten des zur Gare gelangenden Eisens im Puddlingofen, welches zur Erzeugung von zähem Eisen unumgänglich nöthig ist, würde das Eisen für Cementation zu Stahl absolut unbrauchbar machen. So ist selbst das beste Dannemora-Eisen, für Stahl im Wallonen-Frischherde bereitet, immer besser, je länger es von der Schlacke umhüllt war; und die sogenannte Rackerluppe, die sich aus dem Abfalle von 6 – 7 aufgewärmten Schmelzstücken bildet, und die immer unter der Schlacke im Herde zurückgeblieben sind, gibt in der Regel Stahl, den man sogleich verarbeiten kann. Bei Eisen, das durch Aufbrechen und unmittelbares Einwirken der Luft während des Frischens nur mehr höchstens 1/2 Proc. Kohle zurückhalten konnte, ist die Verwandlung desselben in Stahl durch Cementation nicht mehr gut auszuführen, denn es läßt sich, wie wir gesehen haben, diejenige Kohlungsstufe des Eisens und Siliciums durch Cementation und auch Schmelzen nicht mehr hervorbringen, die den hämmerbarsten, festesten Stahl bildet. Fassen wir das Gesagte zusammen, so bemerken wir, daß die Haupteigenschaften des zur Cementation tauglichen Stabeisens darin bestehen, daß dasselbe 1) von Schlacke frei sey, doch sich einem Silicate nähert von der Zusammensetzung F²Si;. 2) daß es nur so weit verfrischt worden sey, und in der Art, daß die zum Stahle wesentliche Kohlenkiesel-Bildung nicht zerstört worden ist. Alles dieses würde durchaus nicht zu erzielen seyn, sobald der Kohlenstoff des Roheisens auf Kosten der Luft verbrennt. Um daher Stahleisen im Puddlingofen zu erzeugen, muß man eine Frischart wählen, durch welche der Kohlenstoff des Eisens verbrennt, ohne daß der unmittelbare Zutritt von Luft nothwendig wird, und da ist die Schlackenfrischerei die einzige Methode, und zwar die Schlackenfrischerei in einem Kochfrischofen, Boiling oven, four bouilleur. Ich habe diesen Ofen zuerst 1838 in Frankreich, und zwar in den Eisenwerken zu Creuzot, Terrenoire und Alais eingeführt. Er ist in den Atlas du Mineur et du Métallurgiste, und daraus in Hartmann's Repertorium der Eisenwerkskunde 1841, S. 40 aufgenommen. Dazu ist jedoch nur dasjenige Roheisen brauchbar, das aus einem Gemenge von Kiesel- und Alumineisen und aus Kohlenstoffkiesel besteht, nämlich graues Roheisen, das seinen Kohlenstoffgehalt auch ohne Luftzutritt an die oxydirenden Körper abgibt, aber eben darum unter der Schlacke vollkommen flüssig wird, und nur nach langem Kochen zur Gare kommt. Das graue Roheisen, das zu diesem Zwecke verwendet wird, ist ein Gemenge von rein grauem oder schwarzem, mit einem geringen Theile weißen Roheisens. Es ist jedoch nur der graue Antheil des Roheisens, dessen Kohlenstoff man durch den Sauerstoff der Schlacke verbrennen kann, ohne zugleich das Eisen mit zu verbrennen; denn er befindet sich als Kieselkohlenstoff und Aluminkohlenstoff im Eisen, und verbrennt deßhalb, in überschüssiger Menge mit dem Kiesel verbunden, durch Berührung mit Schlacke ohne unmittelbaren Luftzutritt leicht so lange, bis die Quantität Kohle jener des Kiesels nahe gleich wird. Das Eisen dagegen ist an den Kiesel gebunden, welche Verbindung deßhalb von einem Silicate nicht afficirt wird. Die Schlacke gibt ihren Sauerstoff an diesen Kohlenkiesel des Eisens ab, damit Kohlenoxydgas bildend, welches aus der flüssigen glühenden Masse entweicht, und bei seinem Hervorbrechen sich mit der atmosphärischen Luft des Ofens mengend, mit rothgelber oder bläulicher Flamme verbrennt. Das Eisen und die Schlacke geräth durch diese unter der flüssigen Schlacke stattfindende Verwandlung der festen Kohle in Gas gleichsam ins Kochen, und die an der Oberfläche der Schlacke im Herde verbrennenden Gasstrahlen bedecken diese Oberfläche mit zahlreichen gelbrothen bläulichen Flammen. Da der Kohlenstoffkiesel es ist, der dem Eisen die Eigenschaft ertheilt, in einer dem Weißglühen nahen Hitze beinahe wasserflüssig zu werden, so vermindert sich die Wasserflüssigkeit in eben dem Verhältnisse, in welchem der Kohlenkiesel verbrennt. Ist er endlich beinahe völlig zerstört, so hat sich das Eisen in eine zähe wachsartige Masse verwandelt, die am Boden oder der Sohle des Ofens nur mehr schwierig mittelst der Krücke zu zertheilen ist. Nun haben auch die Gasflammen auf der Oberfläche so ziemlich nachgelassen, und hatte das graue Roheisen bloß einen geringen Antheil weißen Roheisens beigemengt, so haben wir bei steigender Hitze des Ofens einen Stahlklumpen unter der Schlacke, der nur rasch herausgehoben und unter dem Hammer gezängt zu werden braucht. Was vom grauen Roheisen noch nicht vollends zersetzt ist, und auch ein Theil des eingemengten weißen Roheisens, zersetzt sich während des Zängens. Es bleibt nämlich dem weißglühenden Eisen immer eine geringe Quantität Schlacke eingemengt; wird nun durch einen Schlag des Zängehammers die weißglühende Masse verdichtet, so entsteht durch die Kompression eine bedeutende Erhöhung der Temperatur, die Schlacke kommt mit dem Eisen in innigere Berührung, und zersetzt nun jedes kleinste Quantum Kohleneisen, welches das Schweißen hindert. Enthält das schwarze Roheisen dagegen zu viel weißes, so erreicht das graue Roheisen niemals die gehörige Consistenz unter der Schlacke. Es muß aufgebrochen und mit der atmosphärischen Luft des Ofens in Berührung gebracht werden. Sobald der atmosphärischen Luft unmittelbarer Zutritt gestattet wird, verbrennen unter Einwirkung der Flamme des Ofens Kieselkohle und eine äquivalente Quantität Eisen zugleich; gerade so, wie sich bei der Auflösung in Säuren Kieselkohle und Eisen beim weißen Roheisen zugleich in einer Verbindung abscheiden. Wenn nun der Stahlklumpen, aus grauem Roheisen entstanden, mit einem sehr sanften gelbweißlichen Lichte leuchtet und von wachsartigem, gleichsam zähem Ansehen ist, sieht man im Gegentheile den aus Roheisen, wo das weiße Eisen vorherrschte, erhaltenen Eisenklumpen in der Luft des Ofens mit einem blendend schneeweißen Lichte unter zischendem siedenden Geräusche sich an der Oberfläche oxydiren. Die entstehende Schlacke überzieht den Eisenklumpen mit einem blendend weißen großblasigen, durch die entweichenden Gasarten immer im Aufblähen begriffenen Schaume; der zu Kohlenoxydgas verbrennende Kohlenstoff entweicht als Flamme, und deßhalb flammen alle solche Deule unter dem Hammer. Enthält jedoch das Eisen zu viel weißes Eisen, nämlich Kohlenkieseleisen, so bleibt verbranntes Eisen und Kieselsäure zurück, die das Eisen am Schweißen hindern, und deßhalb den Deul unganz und unbrauchbar machen. Wir haben oben gesehen, daß wenn wir Eisenstückchen, also Eisen in Masse mit Kohle zusammenschmelzen, wir immer ein Gemenge verschiedener Carburete erhalten, die gewöhnlich so schwierig zu verarbeiten sind, daß sie zur Fabrication im Großen nicht verwendet werden können. Die Kosten würden in eben dem Verhältnisse wachsen, wollte man das Eisen mittelst der Feile zerkleinern und es dann im Tiegel mit Kohle zusammenschmelzen. Der einzige ökonomisch im Großen ausführbare Weg, gleichförmigen Cementstahl zu erhalten, ist demnach, wie wir gesehen, Stabeisen, das schon die erste Kohlenverbindung enthält, vor der Berührung, oder wenigstens vor der oxydirenden Wirkung der Luft geschützt, in einem mit Flammen oder auch gröblichem Kohlenpulver dicht erfülltem Räume zum Weißglühen zu bringen und einige Zeit darin zu erhalten. Das Eisen absorbirt während des Weißglühens nach der Dauer des Glühens immer mehr und mehr Kohle aus seiner Umgebung, und man kann deßhalb das Eisen auf diese Weise Kohle absorbiren lassen, so viel man nur immer will, nur nicht so viel, daß das Eisen endlich in Fluß kommt. Da während des bloßen Glühens die Eisenmolecüle sich nicht von ihrer Stelle bewegen können, um sich nach ihrem verschiedenen Kohlengehalte zu diesen oder jenen Gruppen anzuordnen, so erhält jedes Theilchen des Eisenstabes eine gleiche Quantität Kohle nahe in derselben Zeit. Ist der Stab nicht zu dick, so daß er in seinem Inneren genau in demselben Grade glüht und sich erweicht wie von außen, so geht in demselben Augenblicke die die Außenseite berührende Kohle von Atom zu Atom bis zum MittelpunkteMan hat sich neuerdings über diesen einfachen Vorgang umsonst den Kopf zerbrochen und verschiedene Theorien gebildet.So glaubte Laurent zuerst, das sich beim Glühen der Kohle allenfalls erzeugende Kohlenoxydgas, welches in das (poröse) glühende Eisen eindringt, verbinde sich mit dem Eisen. Allein auch das erweichte Eisen ist nicht durchdringbar für Gase; dieß beweisen die Blasen, mit denen der Cementstahl überzogen ist. Das sich beim Cementiren entwickelnde Kohlenoxydgas, weit entfernt das Eisen zu durchdringen, hebt die Oberfläche desselben zu einer Blase, und das Gas entweicht nur, wenn die Blase berstet. Später jedoch, als er sich überzeugt hatte, daß dieß nicht der Fall seyn könne, ließ er den Kohlenstoff gar in der Weißglühhitze verdampfen, zugleich Kohlenwasserstoffgas, und bei thierischer Kohle Cyangas entstehen. Beequerel nahm noch dazu an: die Eisenatome, die sich nur an der äußeren, mit der Kohle in unmittelbarer Berührung stehenden Seite verbinden könnten, machten eine halbe Umdrehung und theilten so ihren empfangenen Kohlenstoff den hinter ihnen liegenden Molecülen mit, und dieß Drehen dauere so lange, bis der ganze Stab mit Kohlenstoff gesättigt ist. Wir haben aber bereits oben gesehen, daß schon rothglühendes Eisen mit Gußeisen etc. in Berührung, Kohle aufnimmt, in welcher Hitze an eine so freie Beweglichkeit der Atome nicht zu denken ist., und das Centrum kohlt sich oder verwandelt sich in Stahl beinahe im nämlichen Augenblicke, in welchem die äußere Lage zu Stahl wird, wenn nur die Innenseite den gleichen Grad der Erweichung hat, wie die Außenseite. Ist das ursprüngliche Stahleisen durch seine ganze Masse von ganz gleicher Beschaffenheit, so ist auch der Stahl nach der Cementation von derselben Art. Diese gleichförmige Beschaffenheit des Stahleisens ist jedoch bei der raschen Weise, in welcher es durch die Wallonenschmiede erzeugt werden muß, nicht wohl hervorzubringen. Die ganze Partie der Stahlstange, die schon vor der Cementation nahe oder wirklich Stahl war, wird durch dieselbe Quantität Kohlenstoff, die es aufnimmt, schon halb schmelzend zusammensinken und krystallinische Structur annehmen, während die darüber liegende Eisenpartie, die schon anfangs weniger Kohlenstoff enthielt, kaum eine körnige Structur angenommen haben wird. Die kohlenstoffärmere Partie liegt häufiger an der Außenseite der Stange, aber oft auch in der Mitte, und dadurch sind unsere Theoretiker in den Irrthum verfallen, zu glauben und zu schreiben, daß die Stahlstange durch Cementation an der Außenseite reicher an Kohlenstoff wäre als an der Innenseite – ein Umstand, der sich, wie wir gesehen haben, zwar manchmal so verhält – das umgekehrte Verhältniß findet jedoch eben so oft statt. Die cementirten Stangen werden deßhalb jedesmal in größere oder kleinere Stücke gebrochen und dann nach ihrem Grade der Krystallisation, die sich entwickelt hat, sortirt, wodurch man Stahl von verschiedener Härte und Güte aus einer und derselben Eisenstange erhält. Da der cementirte Stahl, der früher auch unter dem Namen Hühnerstahl in den Handel kam, gewöhnlich aber blistered Steel , Blasenstahl, heißt, eine Art Roheisen von krystallinischer Structur ist, so kann er zu eigentlich brauchbarem Stahle nur dadurch gemacht werden, daß man seine krystallinische Textur zerstört, was nur durch Hämmern in einem dem Weißglühen nahen Zustande, oder durch Walzen geschehen kann. War die Eisenstange von gleichförmiger Beschaffenheit, so findet man die Textur eines unmittelbar aus dem Cementstahle geschmiedeten in der Regel eben so gleichförmig als die des besten Gerbstahles. Der unmittelbar aus dem Cementstabe geschmiedete und gewalzte Stahl hat nur den einzigen Fehler, daß er noch etwas zu nahe die Eigenschaften des Roheisens besitzt, das heißt weniger Zähigkeit neben seiner Härte, als dieß für Stahlarbeiten wünschenswerth ist. Man hat deßhalb, um dem Stahle so viel als möglich eine gleichartige Beschaffenheit zu ertheilen, anstatt ihn auf einmal seine gehörige Quantität Kohlenstoff absorbiren zu lassen, die Operation in mehrere einzelne vertheilt, und nach jeder Cementation den Stahl wieder ausgeschmiedet. Dieser doppelt cementirte Stahl wurde dann unter dem Namen Spornstahl in den Handel gebracht. Auch in Frankreich befolgte man diese Methode, wie z.B. Lechevalier zu Limoges, welcher den Stahl bis viermal cementirte. Allein die großen Kosten dieser Cementationsart wurden von dem dadurch erlangten Vortheile nicht aufgewogen, deßhalb ist auch diese wiederholte Cementation wieder aufgegeben worden, und man hat bloß die deutsche Art, den Rohstahl durch Gerben zu verbessern, auch in den englischen Stahlhütten eingeführt, indem man vier oder sechs flache gegen 18 Zoll lange Cementstahlstücke übereinander legt, sie in einer eigens geformten Zange festhält und die auf diese Art erzeugte sogenannte Garbe, auf die gewöhnliche Art zur Schweißhitze gebracht, unter einem Hammer ausschmiedet. Stahl dieser Art wurde zuerst 1730 von Crawley zu Newcastle upon tyne in Nordengland verfertigt, und deßhalb auch Newcastlestahl genannt, auch nach dem Vaterland, in welchem diese Methode Stahl zu raffiniren entstanden war, German steel, deutscher Stahl, gewöhnlich aber, weil diese Stahlsorte zur Verfertigung der Schneiden von Tuch- und Schafscheren verwendet wird, Shear steel, das ist Scherenstahl; der Proceß des Gerbens selbst heißt Shearing. Oft werden in den deutschen Stahlhütten auch diese einfach gegerbten Stäbe wieder in Stücke von etwa 18 Zoll Länge gebrochen, noch einmal zusammengeschweißt und neuerdings ausgereckt, wodurch man doppelten Scherenstahl erhält. Die Hauptveränderung, die noch durch diesen Proceß hervorgebracht wird, ist 1) mechanischer Natur, indem, wie wir gleich anfangs hierin gesehen haben, der Stahl seine vorzüglichsten Eigenschaften bloß durch Bearbeiten unter dem Hammer erhält, welche die krystallinische Structur des Cementstahles so viel als möglich zerstören muß, wenn er neben Festigkeit und Härte einen gewissen Grad unumgänglich nöthiger Elasticität zugleich erhalten soll. Die zweite Veränderung ist chemischer Natur. Das Quantum Kohlenstoff, welches durch Cementation mit dem Stahleisen verbunden worden ist, wird vom Eisen viel weniger festgehalten als das durch den Schmelz- oder Hohofen-Proceß mit ihm vereinigte. – Aller Cementstahl, der die erste Schweiße durchgemacht hat, findet sich deßhalb immer ärmer an Kohlenstoff oder Kohle als er aus dem Cementirofen kam. Er verliert mit jeder neuen Wiederholung dieser Operation immer mehr und mehr an aufgenommener Kohle, so daß der Stahl nach viermaligem Gerben schon äußerst weich geworden seyn würde, während der natürliche Rohstahl ein zwanzigmaliges Gerben verträgt, ohne beträchtlich Kohle zu verlieren. Alle diese Stahlsorten bieten trotz ihrer Raffination, wenn man sie zu Artikeln verwenden will, die eine sehr hohe und gleichförmige Politur annehmen sollen und nach dem Härten sich nicht im Geringsten verziehen dürfen, in ihrer Anwendung sehr viele Schwierigkeiten dar, namentlich wenn der Stahl zu Achsen für Uhren und vorzüglich astronomische Werkzeuge verwendet werden soll. Die häufig eintreffende Unbrauchbarkeit solcher auch mit dem größten Fleiße gearbeiteten Stahlgegenstände, deren Fehler gewöhnlich erst hervortreten, wenn sie ihrer Vollendung nahe sind, veranlaßte den englischen Uhrmacher Benjamin Huntsman zu Versuchen, den Cementstahl zu schmelzen, um ihm dadurch die so nöthige Gleichförmigkeit zu geben, durch welche sich der deutsche Stahl so sehr auszeichnete. Die Versuche gelangen nach vielen Schwierigkeiten in Bezug auf den nöthigen hohen Hitzegrad und auf ein für diesen höchsten Hitzegrad taugliches feuerfestes Material endlich so gut, daß er im Jahre 1740 zu Handsworth bei Sheffield in Yorkshire die erste Gußstahlfabrik errichtete, die er jedoch später nicht weit von diesem Orte weg, nämlich nach Altercliffe verlegte, das auf dem Wege von Sheffield nach Rotherham liegt. Dort führen seine Erben die Fabrication bis auf den heutigen Tag fort und haben sich durch Bereitung der allerbesten Qualität Gußstahl bis jetzt fortwährend ausgezeichnet. Stahl, der durch ihn in den Handel geliefert wurde, heißt daher Huntsman-Stahl. Der Engländer Marshall, welcher den Vortheil dieser neuen Erfindung sogleich begriff, legte gleichfalls ein Etablissement zu Greenside an, weßhalb sein Gußstahl von dem des Huntsman durch den Namen Marshall-Stahl unterschieden wurde. Auf sie folgte Walker und andere in Sheffield, deren Fabriken gegenwärtig sich gleichfalls noch im besten Flor befinden. Bis in unser gegenwärtiges Jahrhundert herein war der Absatz der englischen Gußstahlfabriken sehr gering; es bedurfte mehr als eines halben Jahrhunderts, um die Vorurtheile, die im arbeitenden Publicum sogleich gegen alle neu auftauchenden Erfindungen entstehen, zu überwinden. Man fand nämlich, daß dieser Gußstahl etwas andere Eigenschaften besaß, als der steiersche oder deutsche Stahl, namentlich viel schwieriger im Feuer zu bearbeiten war als der erstere, obwohl er sich durch Gleichförmigkeit und Feinheit des Kornes vor allen übrigen deutschen Stahlsorten auszeichnete. Namentlich schreckte die Unmöglichkeit oder höchste Schwierigkeit, denselben zu schweißen, von seinem Gebrauche ab. Diese schwierige Schweißbarkeit des Gußstahles wird noch immer als ein Räthsel von allen Schriftstellern erklärt, da nämlich derselbe cementirte Stab, welcher vor dem Umschmelzen ganz gut schweißbar ist, nach dem Schmelzen gewöhnlich unschweißbaren Gußstahl gibt. Die Lösung dieses Räthsels würde sich sehr bald ergeben haben hätte man den Stahl vor und nach dem Umschmieden und Umschmelzen einer genauen chemischen Analyse unterworfen. Ich schlug nämlich in Sheffield gleichförmig krystallisirte Stücke aus den cementirten Stahlstäben heraus, nahm von jedem dieser Stäbe einen Krystall und unterwarf diese 130 Gran zusammen betragende Krystalle einer chemischen Analyse; die Stahlfragmente, von dem die wohlausgebildeten Krystallchen herausgeschlagen wurden, schmolz ich auf gewöhnliche Weise zu Gußstahl. Von einer so gleichförmig als möglich ausgewählten Cementstahlstange schlug ich einige Stückchen zur Analyse ab, ließ den Theil, von welchem diese Stückchen abgeschlagen wurden, in einer guten saftigen Stahlschweißhitze ausschweißen und unterwarf ihn hierauf wieder der chemischen Analyse: daraus ergaben sich folgende Resultate: Cementstahl, derselbe geschweißt, derselbe gegossen. Eisen     98,015        98,325       97,943 Kohle       1,713          1,431         1,724 Kiesel       0,122          0,120         0,215 Mangan       0,023          0,020         0,020 Kupfer       0,067          0,066         0,065 Arsenik       0,008          0,007         0,007   ––––––––       ––––––––     ––––––––     99,951        99,969       99,974 Aus ihnen lernt man 1) daß der geschweißte Cementstahl ein bedeutendes Quantum Kohle während der Operation des Schweißens im freien Feuer verloren hat, daß 2) derselbe Cementstahl während des Schmelzens im verschlossenen Tiegel von der intensivsten Gluth umgeben, nicht nur keine Kohle verloren, sondern noch etwas Kohle dazu und noch mehr Kiesel aufgenommen habe. Da demnach, wie wir schon früher bemerkt, der Cementstahl seine Kohle im Schweißfeuer leicht verliert, wodurch er also unter dem Hammer weicher und weniger unbändig wird, derselbe dagegen beim Umschmelzen nicht nur keine Kohle verliert, sondern noch eher etwas Kohle aufnimmt und ein bedeutendes Quantum Kiesel aus dem Tiegel, so ist die Ursache wohl sehr nahe liegend, weßhalb derselbe Cementstahl, im Schmelztiegel umgeschmolzen, schwieriger zu schweißen und mit dem Hammer zu bearbeiten ist als vor seinem Umschmelzen. Vorsichtig umgeschmolzen wird der Gußstahl deßhalb immer härter, ja man kann ihn bei einiger Vorsicht durch nochmaliges Umschmelzen so erhalten, daß er gleich dem Roheisen durch bloßes Abkühlen an der Luft härtet, ohne daß er rothglühend ins Wasser getaucht zu werden braucht. Man hat auch in England doppelten Gußstahl erzeugt, der bald in Lüttich von Poncelet nachgemacht wurde, wofür dieser von der Société d'Encouragement einen Preis von 4000 Fr. erhielt; doch ist dieser sogenannte doppelte Gußstahl niemals recht in den Handel gekommen. Wir haben gesehen, daß um leicht zu behandelnden festen und zähen Gußstahl zu bekommen, es nicht bloß hinreiche, Kohle vom Eisen absorbiren zu lassen, weil ein Eisen, das nicht schon eine Hauptkohlenverbindung enthält, mit Kohle im besten Falle bloß harten, aber nicht festen Stahl gibt. (Der Schluß folgt im nächsten Heft.)