Leiter des wirtschaftlichen Teiles;
Dr. 2)r.«3ng. c. t).
W. Beum er, Geschäftsführer der Kordwestlichen Gruppe des Vereins deutscher Eisen- und Stahl
industrieller.
STAHL U l EISEN
ZEiTS O H R I F T
HsraMttenlnite.Leiter des technischen Teiles:
£r.>3n(i. 0. Petersen, Grschültsffihrer des Vereins deutscher
FÜR DAS DEUTSCHE EISENHÜTTENWESEN.
N r. 41. 13. O k to b e r 1921. 41. Jahrgang.
R öntgenphotographie und Materialprüfung.
Von Gel). R eg.-R at Professor Dr. R. S e h e n c k in Münster.
(M itte ilu n g
aus
d e m W e rk sto ffa u ss c liu Q d e s V e re in s d e u ts c h e r E is o n h iitte n le u te .)N eue Fortschritte in der wissenschaftlichen Er
kenntnis pflegen gefolgt zu sein von häufig er
folgreichen Bemühungen, die neuen Entdeckungen in den D ienst des Lebens und der Technik zu stellen und m it ihrer H ilfe Aufgaben zu lösen, die vorher nur schwierig oder gar nicht gelöst werden konnten.
So liegen wenigstens in Deutschland die Verhältnisse, wo sich eine innige Beziehung zwischen W issen
schaft und Praxis ausgebildet hat, von der beide Nutzen ziehen.
Welche segensreichen Wirkungen die Röntgensche Entdeckung der X-Strahlen im Jahre 1895 gezeitigt hat, welch hervorragendes diagnostisches H ilfsm ittel dem Arzte durch sie in die Hand gedrückt worden ist, is t so allgemein bekannt, daß ich davon nicht zu reden brauche. Wer Gelegenheit gehabt hat, während des Krieges ein größeres Lazarett zu besuchen, hat sich selbst davon überzeugen können, zu welch hoher Vollendung die Methoden zur Durchleuchtung des Körpers und seiner Gliedmaßen gelangt sind.
Die röntgcndiagnostischen Aufgaben des Arztes haben eine gewisse A ehnlichkcit m it Aufgaben des Ingenieurs, der sich über die richtige oder falsche Zusammensetzung seiner Materialien, über die Ur
sache von Brüchen und die Natur von Fehlern unterrichten will. E s drängt sich nun die Frage auf, ob denn das so w ichtige H ilfsm ittel der Unter
suchung m it H ilfe von Rüntgenstrahlen nicht auch für die Materialprüfung von Bedeutung werden kann.
E ine Unterhaltung darüber, ob und in welchen Fällen die Röntgenuntersuchung für die Aufgaben der W erkstoffprüfung bedeutungsvoll werden könnte, scheint nicht nutzlos, und so w ill ich mir erlauben, zunächst einige ältere Arbeiten in das Gedächtnis zurückzurufen und auf die neueste Entw icklung der Physik der Röntgen strahlen einzugehen, denn nur durch Eindringen in das tiefere Wesen der Sache kommen wir zu einem richtigen Urteil.
D ie R öntgendiagnostik wird ermöglicht einmal durch das große Durchdringimgsvermögen der R önt
genstrahlen, zweitens durch die verschiedenartige Absorption, welche sie in den Medien des Organismus, in der im wesentlichen aus Wasser bestehenden Fleischmasse, in dem Kalziumphosphate der Knochen-
X L T .„
masse, in einem Bleigeschoß oder in dem m it einem Wismutbrei gefüllten Magen erfahren. Das Knochen
gerüst und in den Körper eingelagerte Teile von Sehwermetallen heben sich als Schattenbilder von dem durchlässigeren Untergründe ab.
Fällen, in denen Substanzen verschiedenen Ab
sorptionsvermögens für Röntgenstrahlen, dem ge
wöhnlichen Auge nicht erkennbar, ineinander ge
lagert sind, und in deren inneren Bau einen Einblick zu erhalten man ein Interesse hat, begegnet man in der Technik nicht selten, und es liegt nahe, für solche Untersuchungen, namentlich wenn sie sich häufig wiederholen, die Röntgenröhre als H ilfsm ittel zu verwenden. Stoffe hohen Atomgewichtes in Medien von Substanzen m it niederen Atomgewichten trifft man bei Erzen und Mineralien an, Schwer
m etallgläser lassen sich m it L eichtigkeit von den ge
wöhnlichen Glassorten durch die starke Schirm
wirkung unterscheiden usw.
Dem Gedanken, die Röntgentechnik für die Untersuchung des Metallgcfüges nutzbar zu machen, ist man schon bald nach der Entdeckung der Röntgen
strahlen und dem Bekanntwerden m it ihren H aupt
eigenschaften nachgegangen. Insbesondere verdanken wir den beiden englischen, durch mancherlei Unter
suchungen über den metallischen Zustand bekannt
gewordenen Gelehrten H eycock und N eville einige Arbeiten über das Gefüge der Legierungen, auf deren Hauptergebnisse ich die Aufmerksamkeit wieder lenken möchte, trotzdem seit ihrem Erscheinen schon 22 Jahre vergangen sind.
D ie Schirmwirkung der verschiedenen Metalle gegenüber Röntgcnstrahlek kann sehr verschieden sein; sie steht, so hatte man alsbald erkannt, im engsten Zusammenhänge m it dem Atomgewichte;
je höher das Atom gewicht, um so höher die Schirm
wirkung. Obgleich diese Beziehung nicht streng g ilt — die Strenge werden wir nachher kennen lernen — , so is t sie doch eine gute Führerin gewesen.
Aussicht auf charakteristische Gefügebilder bestand sonach bei solchen Legierungen, bei denen Metalle sehr verschiedenen Atomgewichtes miteinander ver
einigt sind. Als gut durchlässige Metalle kennen wir die Leichtm etalle Natrium , Magnesium und Alu-
191
1442 S ia lil u n d E isen . R ö n tg e n p h o to g r a p h ie u n d M a te r ia lp r ü fu n g ■ 41. J a lir g . N r. 41.
minium, als stark abschirmende Blei, Silber, Gold und viele andere mehr.
Hcycock und N cville haben nun die durchlässigen Metalle N atrium und Alu
m inium m it Sehwermetallen durch Zu
sammenschmelzen legiert, die Güsse in zylindrischen Tiegeln langsam oder schnell erkalten lassen, etwa 1 mm dicke
senkrecht oder horizontal geführte
A b b ild u n g 3. A lu m in iu m -K u p fe r-L e g ie ru n g e n .Schnitte hergestellt uiid dann Röntgen- Nr- 13:5 % Ca Kr- 11: 14 % Ca Nr- 15 und 1C: 25 % Cu- photograpliien von ihnen aufgenommen, deren
Positive in den Abbildungen wiedergegeben sind.
Am übersichtlichsten liegen die D inge bei den Natrium-Gold- (Abb. 1) und den Aluniinium- Gold-Legierungen (Abb. 2). Bei dem ersten Paar haben wir die einfache Ausscheidung der Komponenten aus dem Schmelzfluß ohne Misch
kristall- und 'Verbindungsbildung. Im zweiten spielen Verbindungen der Komponenten A u 2 Al und Au AU eine wesentliche Rolle. D ie Legie
rung der schwereren Gefügebestandteile ist
A b b ild u n g 4 . A lu m in iu m -S ilb e r-L e g ie ru n g e n n a c h H cycock u n d N e v ille . V e rb in d u n g A l4 Ag.
K r. 17: H o m o n ta ls c h n itt K r. 18 u n d 19: V e rtik a ls c lin itte .
deutlich zu erkennen. In Abb. 3 haben wir die Bilder von Alu
minium-Kupfer, im wesentlichen wenig charakteristische Misch
kristalle, in Abb. 4 die von Aluminium - Silber - Legierungen vor uns, deren Hauptgefiige- bestandteil, aber auch wenig charakteristisch, die Verbindung Alj Ag ist. Die Schattenrisse der in das E utektikum eingebetteten Natrium kristalle und die stark schirmenden Kristalle der Gold
verbindung geben ein voll
kommenes Bild des Legierungs- gefiiges.
Legierungen des Aluminiums m it Antim on, N ickel und Platin haben nach den Angaben der beiden Forscher gute Resultate ergeben, weniger gute Silber-Zink- und Gold-Zink-Legierungen.
Man wird mir nun die Frage vorlegen, ob nicht auch in der Metallographie des Eisens die Röntgenographie Bedeutung ge
winnen kann. D ie Elemente, welche sieh in den gebräuchlich
sten Legierungen des Eisens finden, Mangan, N ickel, Chrom und Vanadin stehen hinsichtlich ihres Atomgewichtes dem Haupt
metall so nahe, daß eine irgend brauchbare Verschiebung der Schirmwirkung bei ihnen nicht zu erwarten ist; Kohlenstoff und Silizium besitzen zwar eine grö
ßere Durchlässigkeit als das Eisen
— ausgeschiedener Graphit wird wohl im Röntgenphotogramm
A b b ild u n g 1. N a triu m * G o ld -L e g ie ru n g e n .K r. 1: 3 % Au
K r. 2 u n d 3 : 10 % „ N r. 4 u n d 5 : 2 3 % „ 4: u n te r e r S c h n itt A n-reich 5 : o b e re r S c h n itt E u te k tik u m
(S eig eru n g )
A b b ild u n g 2 . A lu m in iu m -G o ld -L e g ie ru n g e n . ( E u te k tik u m bei 7,1 % A u)
Nr. 0; 7 u n d 8 : 5 % A u Nr. 10 u n d 11: 20 % A u Als Kr. 9 : . . . . 11 % A u Al Kr. 12: schnell g ek ü h lt.
13. O k to b e r 1921. U ö n tg e n p h o to g ra p h ic u n d M a te ria lp rü fu n g . S ta h l u n d E ise n . 1443
0 I II III IV V VI v n V1H
Höchste Oxyde .
—
Eso HO RsO» HOi IlsOa HO» EsO, 110tWasserstof fverb. — (EH) Ollis) (RH») nii4 EH» RHs RH
H 1
H o L i B o B C N 0 F l
2 3 4 5 6 7 8 9
N e N a Mg A l Si P S CI
10 11 12 13 14 15 16 17
A r K C a So T i V C r M n F o Co N i
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
Cu Zn G a Go A s So B r
29 30 31 32 33 34 35
K r R b Sr T Z r N b Mo
—
R u R b P d30 37 38 39 40 41 42 43 44 4 5 46
1 .
I Ag C d I n Sn S b T e J
w 47 48 49 50 51 52 53
X Cs B a E rd e n
—
T a W—
Os I r P ti 54 55 56 von 72 73 74 75 76 77 78
5 7 — 71
A u H g T I P b B i —
—
79 80 81 82 83 84 85
Eni an
—
R a_
T h—
U86 87 88 S9 90 91 92
A b b ild u n g 5. D a s n a tü r lic h e S y ste m d e r E le m e n te . D ie Z iffern b e d e u te n die O rd n u n g s- o d e r P la tz z a h le n .
Gefüge inärtensitisch sein und aus homogenen Misch
kristallen bestehen. Für den letzteren F all ergibt, sich sogar die M öglichkeit einer quantitativen W olf
rambestimmung,wenn man im P ositiv die Schwärzung einer dünnen Scheibe der Wolframlegierung m ißt und sie m it der einer glei
chen P latte von Flußeisen vergleicht. D ie Methoden zur Bestim m ung der Schwärzungsgrade photo
graphischer Platten sind vorzüglich ausgebildet und sehr genau, so daß die Methode Erfolg verspricht.
D ie anderen Bestandteile der Legierung stören dabei nicht. Das Molybdän, w el
ches an Stelle des Wolframs treten kann, verstärkt die Schirmwirkung ebenfalls,
nachzuweisen sein, denn er is t rund 400 mal durchlässiger als Eisen — , aber bei dem als Gefügebestandteil auftretenden Zementit, dem Eisenkarbid F e3C, kann die Aufhellung gegen
über dem Ferrit höchstens 25 % betragen; in den kohlcnstoffarmcn Mischkristallen is t es noch viel weniger, so daß hier die röntgen
analytische Methode m it der vorzüglich durch
gearbeiteten mikroskopischen Methode der Metallographie in keinerlei W ettbewerb treten kann. Beim Silizium liegen die D inge noch ungünstiger.
Mur in einem Falle dürfte die Röntgen
methode vor der mikroskopischen einen Vorteil besitzen: bei der Untersuchung wolframhaltiger Sonder- und Schnellarbeitsstähle auf einen Gehalt an dem schweren Metall, Das Wolfram besitzt das A tom gew icht 184, dasselbe ist dreimal größer als das des Eisens und eine Schirmwirkung, welche rd. lOOmal größer ist als die des letzteren. Hier bestehen also günstige Be
dingungen für den Nachweis des Wolframs in Sonder
stählen, mögen sic P erlit oder das Doppelkarbid als Gefügebestandteile enthalten, oder mag endlich das
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=eOA b b ild u n g 6. G itte r dos S te in s a lz e s (N a CI) u n d d e s F lu ß s p a te s ( C a F j ) .
A b b ild u n g 7. O p tis c h e s In te rfo rc n z b ild b eim D u rc h g a n g v o n w eiß em L ic h t d u rc h e in K ro u z g itte r.
aber bei w eitem nicht so wie das Wolfram; sein Atomgewicht ist 96, seine Schirmwirkung etw a 6mal so groß wie die des Eisens.
Nach demselben Prinzip läß t sich etw a der Blei
gehalt eines Glases, wenn er nich t allzu hoch is t , oder der Kupfergehalt eines Kupferrohsteines er
mitteln. Daß liier die Metalle in chemischer Ver
bindung befindlich sind, spielt gar keine R olle, denn die Schirmwirkung is t eine E igenschaft des A tom s selbst, sic hängt nicht w ie beim L icht von der Art der Bindung der Atom e untereinander ab.
Ich habe schon vorhin darauf hingewiesen, daß
die Beziehung der Schirmwirkung zum Atomgewichte
keine streng gültige ist. Maßgebend für die letztere
ist nicht das A tom gew icht, sondern die Platznum m er
1444 S ta h l u n d E isen . R ö n tg e n p h o to g r a p h ie u n d M a te r ia lp r ü fu n g . 41. J a h r g . N r. 41.
in dem natürlichen System der Elem ente, der so
genannten Ordnungszahl, deren besondere Bedeutung wir nachher noch kennen lernen werden (Abb. 5).
Falls nicht die besonderen Fälle einer selektiven Absorption der Röntgenstrahlen durch bestim m te Atomarten vorliegen, is t im allgemeinen die auf Zer
streuung beruhende Schirmwirkung der vierten Potenz der Ordnungszahl pioportional.
D ie stärkste Schirmwirkung würde sonach dem Uran und dem Thorium zukommen, die schwächste unter den festen Elementen dem Lithium und dem Beryllium , von denen das letztere sieh voraussicht
lich als ein ganz hervorragend brauchbares, dem Lithium durch seine Luftbeständigkeit überlegenes Material für eine Reihe wichtigster physikalischer Versuche erweisen wird. E s ist durchlässiger für Röntgen- und wohl auch für Kathodenstrahlen als das Aluminium, ja sogar durchlässiger als Wasser und organische Substanzen, w ie K autschuk und
A/ Py
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Das Wesen der eigentümlichen Strahlungsart hat die Physiker schon vom ersten Tage ihrer Ent
deckung an beschäftigt. E s hat aber ein ganzes Jahrzehnt gedauert, bis — durch Barkla — durch
3 -
S -JO -!5 SO cm
A b b ild u n g 8.
A b sta n d A n tik a th o d e —K r i s t a l l ... 360 m m
„ K r is ta ll—l*i bzw . Pa bzw . P3 . . 25 m m
„ „ —P-i 35 m m
„ ,, —P c ... 70 m m
’S.
i
A b b ild u n g 10. Z iD kblende r e g u lä r.
die Feststellung der teilweisen Polarisierbarkeit der Nachweis der transversalen Natur dieser Aether-
•schwingungen erbracht werden konnte. Auf müh
samem Wege gelang cs auch, die Größenordnung der Wellenlängen angenähert zu bestimmen, die sich als rd. lOOOOmal kleiner ergaben als die des sichtbaren Lichtes. Man erhielt gleichzeitig Klarheit über die Unterschiede zwischen den durchdringenden harten und den leichter absorbierbaren weichen Röntgenstrahlen, die sieh in ähnlicher Weise wie vio
lettes und rotes Licht nur durchdie Wellenlänge unter
scheiden. D ie harten Strahlen haben kleine Wellen
länge und große Schwingungsfrequenz, die weichen größere Wellenlängen und kleinere Schwingungs
frequenzen. Beide sind äußerst kurzwelliges Licht.
Papier, ganz abgesehen davon, daß seine physikali
schen Eigenschaften bei tiefen Temperaturen höchst auffällige sein müssen. E s w ürde lohnen, es in etwas größerem Maßstabe darzustellen, wozu es indes der H ilfe der Technik m it ihren Apparaturen bedarf.
D ie Anregung zu einer Dar- -
7.■ • Stellung des höchst merk
würdigen Metalles zu geben, möchte ich jedenfalls hier nicht unterlassen.
D ie Fragen, welche wir bisher berührt haben, hätten sich, wenn ein Interesse dafür Vorgelegen haben würde, schon vor 10 oder 15 Jahren in der gleichen AVeise besprechen lassen. Wir haben bisher ja davon abgesehen, auf die Natur der Röntgen
strahlen irgendwie einzugehen. AVollen wir aber ihre vollkommene Leistungsfälligkeit kennen lernen, so müssen wir uns m it ihr vertraut machen.
A b b ild u n g 9.
Z in k b le n d e re g u lä r.
V
v .
A b b ild u n g 11. Z in k b le n d e .
Den gewaltigen Fortschritt, den die Physik der
Röntgenstrahlen seit dem Jahre 1912 gemacht hat,
verdanken wir von Laue, der einen königlichen Weg
wies nicht allein zur Ausmessung der Strahlen,
sondern auch zur Aufklärung der allerfeinstcn
13. O k to b er 1921. R ö n tg e n p h o to g r a p h ie , u n d M a te r ia lp r ü fu n g . S ta h l u n d E ise n . 1145
Struktur der festen Stoffe. Durch die Lauesehe Entdeckung sind Materialprüfungsmethoden zutage gefördert worden, die so tief in das Innere der festen Materie einzudringen gestatten, w ie keine der üblichen metallographisehen Methoden es vermag.
A b b ild u n g 12. 'S te in s a lz .
Ein bekanntes Verfahren zur Bestimmung der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes besteht darin, daß man einen monochromen Lichtstrahl ein feines Gitter passieren läßt, dessen einzelne Striche dicht neben
einander gezogen sind. An ihnen wird das Licht allgebeugt, und man erkennt auf einem hinter dem Gitter aufgestellten Schirme neben dem Bilde des direkten Strahles eine Anzahl seitlich verschobener abgebeugter Bilder des gleichen Strahles. Zwischen dem W inkel der Ablenkung ex, der Entfernung der Striche voneinander, der sogenannten Gitter- konstanten 1 und der W ellenlänge des abgebeugten
A b b ild u n g 13. F lu ß s p a t.
Lichtes X, besteht die Beziehung 2 1 • sin a = n • X oder sin a = . D arin bedeutet n die Nummer des abgebeugten Bildes. Für das erste kräftigste bestellt die Beziehung n = 1 und sin et = / ' • *
Ci 1
Da sin a sich nur zwischen den Werten 0 und 1 bewegen kann und die W inkel gut beobachtbar sein, d. h. nicht zu klein sein sollen, so muß 1 zwar größer als X, darf aber nicht von w esentlich anderer Größen
ordnung sein. Mit anderen Worten, je kürzer die 'Wellenlänge des zu untersuchenden Lichtes ist, um so feiner muß auch das Beugungsgitter sein.
Bei der Uebertragung dieser optischen Methode auf die äußerst kurzwelligen Röntgenstrahlen be
nötigte man also eines so feinen Gitters, w ie man es künstlich herzustellen nicht in der Lage ist. Aber die Natur kom m t uns hier zu H ilfe; in den Kristallen liegen näm lich aus Molekülen oder Atomen aufge
baute Raumgitter m it einer Gitterkonstante von etwa 10” cm fertig vor. E s war Professor von Laues glückliche Idee, diese Gitter zur Untersuchung der Röntgcnstrahlen heran zu ziehen.
A b b ild u n g 14. N io k e lä u lfa t.
Die Kristallgitter freilich sind anderer Art als die für spektroskopische Messungen verwendeten Row- landschen Strichgitter. D ie Gitter sind nicht nur gekreuzt, sondern es ist ein ganzes System solcher Kreuzgitter hintereinander gestellt (Abb. 6). Zum besseren Verständnis des folgenden w ill ich die optischen Interferenzbilder, w ie sie sich beim Durchgang eines Strahles von weißem Licht durch ein Kreuzgitter ergeben, im Bilde vorführen (Abb. 7). Jeder Lichtpunkt stellt hier nicht einen einfarbigen Liehtfleeken dar w ie bei der Verwendung von monochromatischem Lichte, sondern ein zier
liches Sonnenspektrum. Stellen wir eine Reihe solcher Kreuzgitter hintereinander, so erhalten wir kompliziertere Phänomene, w elche m it den Er
scheinungen an Raumgittern übereinstinunen.
Das Aufnahmeverfahren (Abb. 8) is t so einfach wie nur irgend denkbar, aus dem Bilde is t die Ver
suchsanordnung ohne weiteres verständlich.
Aus den Aufnahmen (Abb. 9 bis 15) lassen sieh
die Symmetrieverhältnisse der verschiedenen Kristalle
1446 S ta h l u n d E ise n . R ö n tg e n p h o to g r a p h ie u n d M a te ria lp rü fu n g . 41. J a h r g . N r . 41.
ohne weiteres erkennen, und es istau ch n ich t schwierig, aus den Intcrferenzbildern das Raum gitter der Kristalle wieder zu rekonstruieren. D ie Laueschc Entdeckung h at eine neue Epoche der Kristall-
A b b ild u n g 15. K u p f e rv itr io l (g ro b g e s to ß e n ).
forschung begründet, in deren M itte w ir eben stehen.
Die K unst der Aufnahmen is t zu hoher Vollendung gelangt, und ein reiches Beobachtungsm aterial ist
zutage gefordert.
Mit Röntgenstrahlen bekannter W ellenlänge lassen sich die Gitterkonstanten der verschiedenen kristalli
sierten Stoffe erm itteln, beim Steinsalz z. B. hat sie den W ert 2,814 ■ IO” 8 cm. Chlorkalium, Jodkalium usw. haben andere Gitterkoustanten.
Uns interessieren hier naturgemäß am meisten die Raum gitter der Metalle, die Anordnung der
A b b ild u n g 1C.
S c h e m a tis c h e A n o r d n u n g d e r D r e h k r is ta llm e th o d e . K - K a th o d e , A - A n tik a th o d e, S t u n d S i B leib len d cu , K r - K rista ll, T -G o n io m e te r tisc h . fc'-F p h o to g ra p h isch er F ilm , P ’ P ’ p h o to g ra p h isc h e P la tte (fü r k lein en W lnkelbereioh)
n a c h S o m m erfeld : A to m b a u u n d S p e k tra llin ie n .
Atome im Metallkristall. Auch nach dieser Richtung haben sich die Forschungen erstreckt. W ie bekannt ist, kristallisieren viele der metallischen Elemente regulär. D ie Röntgcnbilder von Aluminium, Nickel, Kupfer, Silber, Gold stim m en im wesentlichen über
ein m it denen des Steinsalzes (vgl. Abb. 6). Das Steinsalzgitter ist zusammengesetzt aus einem Gitter der Natrium atome und einem solchen der Chloratome, welche einander kongruent und so ineinander ge
stellt sind, daß die Punkte des einen Gitters die Kantenm itten des anderen besetzen. Man bezeichnet solche Gitter als „flächen zentrierte“ kubische Gitter. D ie Natrium atome sowohl als auch die Chlor- atomo sind elektrisch geladen, sie sind Ionen, die Gitter also Ionengitter. Das trifft auch auf die Metallgitter zu, nur stehen an Stelle der negativ
O 1 ß «
d
A b b ild u n g 17. P la tin .
geladenen Chloranionen negative Elektronen. Anders liegen die Verhältnisse beim Wolfram, Natrium, Eisen und bei einer zweiten Nickelmodifikation.
Zwar haben wir auch hier kubische Gitter, aber diese
__— ! ! ! | -
2 3 ¥ 5 S 7 x 7 0 ~ e c m
-3 - A A b b ild u n g 18. D ia L a g e b o z ie h u n g e n d e r K -, L-
u n d M -R e ih e d e r R ö n tg e n s p e k tre n .
sind „raum zentriert“ , die Atome befinden sich in den Ecken und in der R auinm itte des Würfels.
D ie m agnetische und die nichtm agnetische Form des N ickels unterscheiden sich durch den Bau ihrer Raumgitter.
1 ■ \ M it großem Interesse dürfen wir die Ergebnisse der noch nicht durchgeführten Versuche über die metallischen M ischkristalle erwarten, in denen der E in tritt einer zweiten Atomart in das Kristallgitter Störungen des Elektronengitters hervorruft, welche sich in einer Verminderung der Verschiebbarkeit der Elektronen und dam it der elektrischen Leitfähigkeit und einer Veränderung der mechanischen Eigen
schaften, vergrößerten H ärte und dgl., äußert.
Möglicherweise g estattet cs die Untersuchung
dieser Materialien, welche eine bedeutsame Rolle
13. O k to b er 1921. R ö n tg e n p h o to g r a p h ie u n d M a te ria lp rü fu n g . S ta h l u n d E is e n . 1447
in der Technik spielen, m it H ilfe der Röntgenstrahlen dereinst hinter die Ursachen der eigentümlichen Beeinflussung der w ichtigen physikalischen Eigen
schaften zu kommen.
Wertvolle Gesichtspunkte für die Materialprüfung haben sieb auch aus den Forschungen über die Röntgenstrahlen selbst ergeben.
Bei der E ntstehung der Röntgenstrahlen in der Röntgenröhre haben wir zwei Vorgänge voneinander zu scheiden. D as Kathodenstrahlenbiindcl, welches auf die Antikathode auffällt, lö st die Bildung zweier verschiedener Gruppen von Strahlen aus, ein System von Strahlen kontinuierlich wechselnder W ellen
länge, das um so härter ausfällt, je größer die an die Röhre angelegte Betriebsspannung ist. D iese Art
Moseley, welcher als erster eine größere Reihe von Elem enten auf ihre Hochfrequenzspektren unter
suchte, und von dem Physiker Manne Siegbahn, der die Methode zu hoher Vollkommenheit entwickelt
Ti pa ßl «1 *2
vAf- ,
A b b ild u n g 19. D io IC -R e ih e e in ig e r E le m e n te . (D ie dröLt L in ien sin d b ei d e r D ru ck w ied erg a b e in ein an d er
versch m o lzen .)
der Strahlung bezeichnet man als die Bremsstrahlung, sie ist daran kenntlich, daß sie polarisiert ist. Ihr würde optisch das weiße, aus einer Mischung der im Sonnenspektrum vorhandenen Strahlen bestehende Licht entsprechen.
Neben ihr tritt eine nicht polarisierte sogenannte Fluoreszenzstrahlung auf, eine streng selektive Strahlung, welche nicht von der A rt der elektrischen Beanspruchung des Rohres, sondern nur von dem Material der Antikathode abhängig ist.
Aus diesem Grunde beansprucht sie unser Interesse in besonderem Maße. U m die Mischung der Röntgen
strahlen verschiedener W ellenlänge auflösen zu können, bedürfen wir einer spektralanalytischen Methode. Auch sie bedient sich der Beugung der Strahlen an Kristallgittern, aber nicht bei der Durch
strahlung, sondern bei der R eflexion an den Kristall-, flächen. Sie is t ausgebildet von den beiden Braggs, Vater und Sohn, dem jungen englischen Physiker
R i
A b b ild u n g 20. D io L -R e ih o e in ig e r E le m e n te .
und die W issenschaft m it einem außerordentlich vollständigen Beobachtungsmatcrial beschenkt hat.
Das Prinzip der Versuchsanordnung zeigt Abb. 16.
Der R öntgenstrahl fä llt von der A ntikathode auf eine K ristallplatte m it bekannter Gitterkonstante.
D ie P latte reflektiert das Röntgenlicht unter E in
fallswinkeln, die für jede W ellenlänge eine bestimmte Größe besitzen müssen. U m diese zu erhalten, läßt man den K ristall sieh hin und her drehen. Auf hinter dem Drchkristall aufgestellten photographi
schen Platten oder Film s bilden sich die reflektierten Strahlen ab und liefern für die selektive Strahlung ein System scharfer Linien, welches den optischen Linienspektren an Schärfe und Schönheit durchaus entspricht. Evakuierte Apparaturen gestatten auch die Aufnahme sehr weicher Strahlen, die schon durch Luft absorbiert werden.
E s sind verschiedene Verfahren im Gebrauch.
D ebyc z. B. erzielt die M annigfaltigkeit der Re-
7 2 3 ‘t S ß 7 ä 3 70 7 7 7 2 —X . 1 0 - sC m
A b b ild u n g 21. W o lle n lä n g e d e r R ö n tg e n s p e k tre n in A b h ä n g ig k e it v o n d e r O rd n u n g sz a h l Z.
1448 S ta h l u n d E isen . R ö n tg e n p h o to g r a p h ie u n d M a te ria lp rü fu n g . 41. J a h r g . N r. 41.
flexionsw inkel durcli Verwendung eines sehr feinen Kristallpulvers an Stelle des Drehkristalles.
Das spezifische Hochfrequenzspektrum des Platins zeigt Abb. 17. Der Charakter der Spektren is t bei
W - i o - *
71KsV$«
A b b ild u n g 2 2 . G e ra d lin ig e A b h ä n g ig k e it d o s A u sd ru c k e s
w o b e i 1 dio W e lle n lä n g e d e r R ö n tg e n s tra h le n b e d e u te t, v o n d e r O rd n u n g s z a h l N in d e r IC-Reihe.
V T - io - a
allen Elementen der gleiche; man kann bei ihnen zwei verschiedene Lmienserien unterscheiden, eine härtere K-Rcihe und eine weichere L-Reihe, bei einigen findet sieh eine noch weichere M-Reihe, deren gegenseitige Beziehung aus Abb. 18 ohne weiteres klar wird.
Abb. 19 zeigt Siegbahnsche Aufnahmen der K-Reihe, Abb. 20 solche der L-Reihe für in dem natürlichen System benachbarte Elemente, aus denen die schon von Moseley entdeckte Regel
m äßigkeit zu entnehmen ist, daß die Strahlung innerhalb der K- sowöhl als auch in der L-Serie mit fortschreitender Platznummer oder Ordnungszahl härter wird.
Ordnet man die Spektra der verschiedenen Reihen nach der Ordnungszahl der Elemente untereinander an, so erhält man regelmäßige Kurven (Abb. 21).
Mit steigender Ordnungszahl verschieben sich einander ent
sprechende Linien nach der Seite kürzerer Wellenlängen bzw.
höherer Schwingungszahlen.
D ie Beziehung zwischen den . Schwingungszahlen und den 10—i Ordnungszahlen ist übrigens eine streng gesetzm äßige und läßt sich durch die Gleiehuns;
A b b ü d u n g 2 3 . G e ra d lin ig e A b h ä n g ig k e it d e s A u sd ru o k es v o n d e r O rd n u n g sz a h l N in d e r L -R eiho.
N — 1
zum Ausdruck bringen, wo v0 eine K onstante, v die Schwingungs
und N die Ordnungszahl des Elementes im natürlichen System bedeutet.
In der K-Reihe sowohl als auch in der L-Reihe steigt die Quadrat
wurzel aus der Schwingungszahl m it der Ordnungszahl streng geradlinig an, was die Abb. 22 und 23 deutlich erkennen lassen.
Da som it die Röntgenspektra der Elem ente charakteristisch, durch ihre W ellenlänge genau definiert sind, liegt es nahe, sie genau so w ie die optischen Spek
tra für analytische Zwecke zu verwenden, um die qualitative Beschaffenheit eines gegebenen Materials zu ermitteln. Man braucht den zu prüfenden Stoff nur auf die Antikathode eines Röntgenrohrcs zu bringen, schnel
le Kathodenstrahlen darauf ein
wirken zu lassen und die spek
tral zerlegten Rüntgenstrahlen
zu photographieren.
13. O k to b er 1921. V e rfa h re n z u r B e s tim m u n g des S a u e r s to ffs im E ise n . S ta h l u n d E ise n . 1149
— SK»
H ! - ü Ni :
\Cu Messing
A b b ild u n g 24.
M oseloys A u fn a h m e n v o n R ö n tg e n s p e k tr e n .
Es ist in der Tat ein leichtes, m it H ilfe dieser Methode die Zusammensetzung eines gegebenen Materials zu erkennen und etwa voihandene Verunreinigungen festzusteilen. Sehr hübsch läßt sich das an den Moseleysehen Aufnahmen zeigen
(Abb. 24). Ein Stück Messing zeigt die Kupfer- und die Zinklinien, das zur Untersuchung verwendete K obalt war nicht rein. Deutlich kann man in dem Spektrogramm die charakteristischen Eisen- und Nickellinien erkennen, was die Neben einander- stellung der verschiedenen Spektren sehr erleichtert.
Auch hier is t es gleichgültig, ob die Elemente als solche in Lösung oder in Verbindung vorliegcn;
die Lage der Spektrallinien wird durch den Zustand, in dem die Elem ente sich befinden, in keiner Weise beeinflußt. W ir haben es m it Eigenschaften des Atom s zu tun. Das Röntgenspektrum ist nicht wie die optischen Spektra periodisch von der Ordnungs
zahl abhängig, sondern ändert sich unperiodisch m it ihr. Es hängt ab von den inneren, dem positiven Atomkern benachbarten Elektronen, während die optischen Spektra von den äußeren und dem Wechsel ihrer Lage beeinflußt werden.
So interessant diese Verhältnisse und die Frage des Atombaues, die wir hier berühren, auch sind, so müssen wir doch davon absehen, sie im Rahmen dieser Ausführungen weiter zu behandeln.
D ie R ichtung, in der die Materialprüfung durch die neuen Ergebnisse der W issenschaft beeinflußt werden kann, habe ich gezeigt, und ich möchte der Hoff
nung Ausdruck geben, daß auch sie der Technik reiche Früchte bringen mögen.
A n d e n B e ric h t sc h lo ß sic h fo lg e n d e r M e in u n g sa u s ta u s c h a n : V o r s i t z e n d e r P ro fe s so r S r.-S u g . G o e r e n s ( E s s e n ) :
Bio A u sfü h ru n g e n v o n H e r r n G e h e im ra t S c h e n c k h a b e n uns g an z a u ß e ro rd e n tlic h in te re s s ie rt. W ir d a n k e n ihm aufs h e rz lic h ste d a f ü r, in sb e so n d e re a u c h f ü r d ie A n re g u n gen, die e r u n s h ie r g eg eb en h a t. I c h m ö c h te n u n d en V o rtra g z u r A u ssp ra c h e stellen-
G e h e im ra t W ü s t (D ü s s e ld o rf ) : A m m e iste n h a t m ich in te r e s s ie r t, d a ß d a s m a g n e tisc h e u n d d a s im- m ag n etisc h e N ick el sic h d a d u r c h u n te rsc h e id e n , d a ß bei dem e in en e in flä c h e n z e n tr ie rte s , bei d em a n d e re n ein ra u m z e n trie rte s M e ta llg itte r v o rh a n d e n is t. Ic h g lau b e, daß w ir h ie r n o c h s e h r v ie l v o n d e r R ö n tg e n fo rsc h u n g e rw a rte n d ü rfe n , so z. B. w ird es v ie lle ic h t m ö g lich se in , das f - u n d a -E isc n z u u n te rsc h e id e n . W ir w erd en e b e n falls fe sts te lle ri k ö n n e n , w a ru m d a s E ise n m a g n e tisc h ist.
W ir w erden f e r n e rh in d ie P rä g e lösen k ö n n e n , w o ra u f die K a ltb e a r b e itu n g d es E is e n s b e r u h t, d ie j a sc h o n so
v ie l H y p o th e s e n v e r u rs a c h t h a t. K u r z u n d g u t , ich g la u b e , d a ß w ir ein e u n e n d lic h e F ü lle v o n w e rtv o lle m M a te ria l b e k o m m e n w e rd e n , u n d w ir m ü sse n d a h e r m e in e m K o lle g e n S c h e n k s e h r d a n k b a r se in f ü r seine lic h tv o lle n A u s fü h ru n g e n . I c h b e a b sic h tig e , f ü r d a s E is e n f o rs c h u n g s in s titu t e in e n so lc h en R ö n tg e n a p p a ra t zu b e s c h a ffe n , d essen P re is sich a lle rd in g s a u f 150000 M b e lä u ft.
V o r s i t z e n d e r : D a ß w ir O p fe r b rin g e n m üssen, is t u n s k la r. W e n n w ir V o rträ g e h ö re n , w ie w ir sie h e u te a b e n d b e k o m m e n h a b e n , fa sse n w ir w ied er n e u e n M u t; u n d d e r G e d a n k e , d a ß M angel a n M itte ln d ie W e ite rfü h ru n g d e r a r tig e r U n te rsu c h u n g e n in D e u ts c h la n d u n te rb in d e n s o llte , w ird f ü r u n s u n e r trä g lic h sein . W ir w e rd e n d a s u n srig e t u n m ü sse n , u m a n d e n m a ß g e b e n d e n S te lle n d a f ü r zu s o rg e n , d a ß es a u f m a te rie lle m G eb iete f ü r diö F o lg e a n n ic h ts fe h le n s o ll; le tz te n E n d e s h a b e n w ir d o c h se lb st d e n V o r te il d a v o n .
lie b e r ein neues Verfahren zur Bestim m ung des Sauerstoffs im E isen.
Von P . O b e r h o f i e r und 0 . v o n K e i l in Aachen.
(M itte ilu n g a u s d e m E is e n h iitto n m ä n n is c h e n I n s t i t u t d e r T e c h n is c h e n H o c h s c h u le A a c h e n .)
| j i e zahlreichen nach dem verbesserten Ledcbur- sehen V erfa llen durchgeführten Sauerstoff
bestimmungen haben als w ichtigstes Ergebnis bisher gezeigt, daß der Sauerstoffgehalt von Thomasproben durch die D esoxydation abnim m t, ohne daß jedoch irgendeine A bhängigkeit von der iVrt der D esoxydation oder vom Chargengang tro tz der großen Zahl der
o o o oUntersuchungen fcstgestellt werden konnte1). Aus den Ergebnissen der D esoxydationsversuche im
‘) V gl. in sb e s o n d e re 0 . v o n K e i l , St . u . E . 1921, 5. Mai. S. <505/11.
X L I .j ,
kleinen M aßstab von O b e r h o f fe r und d ’H u a r t 1) gin g ferner hervor, daß d ie Abnahme des Sauerstoff- gehaltes bei der D esoxydation m it steigendem Manganzusatz wächst. D ie mikroskopische U nter
suchung der von 0 . v o n K e il b enutzten Thomas
proben vor und nach der D esoxyd ation lehrte, daß eine Unterscheidung des desoxydierten von dem nichtdesoxydierten Flußeisen auf Grund des Ge
haltes von Oxydeinschlüssen einwandfrei nicht mög-
0 S t. u . E . 1 919, 13. F e b r ., S. 1 6 5 /9 ; 2 0 . F e b r ., S. J 9 6 '2 0 ? .192
1-150 S ta h l u n d E ise n . V e rjä h re n z u r B e stim m u n g des S a u e r s to ffs im E ise n . 41. J a h r g . N r. 41.
lieh war. Auch bei den erw ähnten Versuchen von Oberhoffer und d’IIuart konnte auf mikroskopischem Wege eine Abnahme des Sauerstoffgehaltes, w enig
stens bei Manganzusätzen bis etw a 0,5 %, nicht m it Sicherheit festgestellt werden. Dagegen konnte be
obachtet werden, daß durch Zugabe von größeren Manganmengen in der Tat ein T eil der D esoxydations
produkte an die Oberfläche des Bades steig t. Es zeigte sieh jedoch bei Reduktionsversuchen an polierten Schliffen, daß der Grad der Reduzierbarkeit der Schlackeneinschlüsse m it wachsendem Mangan- zusatz sinkt. U nter der Voraussetzung, daß in den Proben vor der D esoxydation tatsächlich der gesam te Sauerstoff erfaßt werden kann (eine Annahme, die bisher keineswegs bew iesen ist), könnte die bisher
D aher wurden zunächst Versuche über den Ein
fluß der Z eit und der Tem peratur an einer Thomas
probe vor und nach der D esoxydation angestellt.
D ie Probe war sorgfältig ausgesohmiedet worden und ergab unter gleichen Bedingungen ständig ein
wandfreie Werte. Sie diente bei allen späteren Ver
suchen als „Standardprobe“ .
D ie Versuche wurden zur Steigerung der Genauig
k eit m it größeren Einw agen (etw a 10 g) durch
geführt. Es wurden drei Versuchstemperaturen ge
w ählt und zwar 95 0 ,1 0 5 0 und 1150°. D ie Versuchs
dauer betrug 20, 40, 60 usw . bis 120 m in. D ie Er
gebnisse sind schaubildlich in Abb. 1 bis 3 dar
gestellt, und ihre B etrachtung lehrt, daß bei den Proben vor der D esoxyd ation bei 950° nach 60 min
0,12 o j-t 010
° '03 o,o$
^ 0,07
?
b ops
4
0,01
A b b ild u n g 1. S a u e rs to ffg e h a lte v o n F rä s s p ä n e n e in e r T h o m a s p r o b e v o r d e r D e s o x y d a tio n in A b h ä n g ig k e it v o n d e r Z e it.
Pro bei.
Pr'Obe 2
_ T i
T em peratur !rr °C A b b ild u n g 3. Snuerstoff- g c h a lte d e r b e id e n v o r h e r g e h e n d e n P ro b e n in A b
h ä n g ig k e it v o n d e r T e m p e r a tu r .
A b b ild u n g 2. S a u e rB to ffg e h a lte o in e r T h o m a s p r o b e n a c h d e r D e s o x y d a tio n in A b h ä n g ig k e it v o n d e r Z e it (F rä s s p ä n c ).
analytisch festgestellte Abnahme des Sauerstoff
gehaltes infolge der D esoxydation zum T eil auf die Ausscheidung von Oxyden aus dem Bade, zum T eil aber auch auf die schwierigere Reduzierbarkeit der Oxydgemische im desoxydierten Flußeisen zurück
zuführen sein.
Aus diesen Gründen m ußten zwecks w eiterer Ver
besserung des analytischen Verfahrens jene M öglich
keiten ins Auge gefaßt werden, die zu einer v o ll
kommeneren R eduktion der in B etracht kommenden Oxyde führen konnten.
E ine Anregung zu w eiteren Untersuchungen lieferte ferner das von W h i t e l e y 1) auf m ikroskopi
schem Wege erhaltene Ergebnis, daß bei einer Temperatur von 1300° und bei fünfstündiger B e
handlung aus Eisenoxydul und E isensulfid bestehende Einschlüsse eines sogenannten A nnco-Eisens im W asserstcffstrom reduziert wurden.
1) S t. u . E . 1921, 3. F e b r., S. 163.
R eduktionsdauer der ge
sam te, bei dieser Tempe
ratur erfaßbare Sauerstoff
geh alt reduziert wurde;
dieser beträgt 0,094% . D ie Erhöhung der Re- duktionstem peratur auf 1150° zeigt eine w eitere Zunahme zwischen 60 und 120 m in, der höchste W ert beträgt
0,118%. Bei Be
trachtung dei Schaulinie in Abb. 2 (nach der Desoxy
dation) zeigt sich ein e starke Abnahme des Sauerstoff
gehaltes gegenüber den W erten vor der Desoxydation, rind ferner, daß bei 950° nach 69 m in Reduktions
dauer kein Sauerstoff mehr erfaßt werden kann, während bei den höheren Temperaturen eine Steige
rung von b,028 auf
0,035% erfolgt. D as raschere Ansteigen der Schaulinien bei den P iob en vor der D esoxydation gegenüber den L inien nach der Des
oxyd ation leg t die schon hier zu erwähnende Ver
m utung nahe, daß in den Proben nach der Des
oxydation schwerer reduzierbare Oxyde vorliegen.
Es erschien daher unerläßlich, zunächst die Frage der Reduzierbarkeit von synthetisch hergestellten Gemischen von E isenoxydul und M anganoxydul von wechselndei Zusammensetzung zu klären. D ie eiste Aufgabe war dieH erstellung von reinem Eisenoxydul.
V on der Firma Merck bezogenes E isenoxydul wies
13. O k to b er 1921. V e rfa h r e n z u r B e s tim m u n g des S a u e r s to ffs im E isen . S ta h l u n d E ise n . 1451
außer einer beträchtlichen Feuchtigkeitsm enge auch Kohlenstoff auf. Deshalb wurde das käufliche Eisen- fxydul in neutraler Atmosphäre in einem Iridium- Kurzschlußofen im P latin tiegel umgeschmolzen und auf Sauerstoff untersucht. D ie Reduktion bei 950°
ergab einen Gehalt von 21,9 bis 22,2% Sauerstoff, der demnach der theoretischen Zusammensetzung des Eisenoxyduls sehr nahekomm t. E in abermaliges Umschmelzen in neutraler Atmosphäre ergab keinerlei Veränderung des Sauerstoffgehaltes. Reines Mangan- oxydul von Merck gab bei der E rhitzung etw as Wasser ab, ließ sich aber weder vor noch nach dem Erhitzen (Sinterung bei 1600°) im W asserstoffstrom
Sauerstoffbestim m ungen dargestellt. Im oberen Teil dieses Schaubildes sind auf der Abszisse die Mangan- oxydulgehalte aufgetragen, während als Ordinate der Gehalt an M angansauerstoff gegeben ist, der durch W asserstoff bei 950 bzw. 1150° reduzierbar ist. Aus den K urven ist also' ersichtlich, daß bei Ge
mischen von E isenoxydul und M anganoxydul m it geringem M anganoxydulgehalt auch ein großer Prozentsatz des Mangansauerstoffs durch Wasserstoff
----
A b b ild u n g 5. R c d u k tio n sv e rsu e h o m it G em ischen von E ise n o x y d u l u n d K ieselsäu re.
reduziert werden kann, w ie z. B . bei Schmelze 2, bei der bei 1150° noch 40 % des Mangansauerstoffs erfaßt werden können. Demgegenüber werden bei der m anganoxydulreiehen Schmelze 4 nur mehr 9 % M angansauerstoff durch W asserstoff reduziert. Aclin- licho Versuche wurden auch m it Schmelzen von E isen
oxydul und Kieselsäure durchgeführt. D ie Ergebnisse sind im oberen Teil der Abb. 5 durch K urve 1 dar
gestellt. Auch hier sinkt m it zunehm endem K iesel
säuregehalt die Menge des reduzierbaren Silizium sauerstoffs. D iese Ergebnisse beweisen m ithin die R ichtigkeit der Annahme, daß durch die bisherige Sauerstoffbestimm ung w ohl der Eisensauerstoff rest
los erfaßt werden kann, daß aber nur ein Teil des Mangan- und Silizium sauerstoffs in den gefundenen Zahlen zum Ausdruck kom m t, und zwar um so weniger, je reicher das Oxydgem isch an Mangan- und Silizium oxyden ist.
F ür den w eiteren Ausbau des Verfahrens zur Bestim m ung des Sauerstoffs im E isen müssen also
4 - MnO
M ungansauerstüf red u zierb a r durch d .
< - • " d .L e jie r u rg s r e /ju h re n A bbildung 4. Ite d u k tio n sv c rsu c lie m it G em ischen von
E igen o x y d u l u n d M a n g an o x y d u l.
reduzieren, trotzdem hier die Reduktionstemperatur bis auf 1350° gesteigert worden war.
Umgeschmolzenes E isenoxydul und entwässertes Manganoxydul wurden nun in verschiedenen Prozent
gehalten im Iridiumofen unter E inleitung von ge
reinigtem Stickstoff zusammengeschmolzen. H ierbei ergaben sich folgende Schm elzpunkte:
1. Reines F eO 1390°
2. 75 % F eO und 2 5 % MnO 1470°
3. 50 % F eO und 5 0 % MnO 1513°
4. 25% F eO und 75 % MnO bei 1650" nur ge
sintert.
Obige Schm elzen wurden auf ihren Sauerstoff
gehalt untersucht. Schm elze 1 ließ sich bei 950° in
20 min vollkom m en reduzieren. B ei den Schmelzen 2
bis 4 wurde bei einer R eduktionstem peratur von 950
bzw. 1150° die zur vollständigen Erfassung des
reduzierbaren Sauerstoffs erforderliche Zeitdauer mit
100 min erm ittelt. In Abb. 4 sind die Ergebnisse der
1452 S ta h l u n d E ise n . V e rfa h r e n z u r B e s tim m u n g d es S a u e r s to ffs im E ise n . 41. J a h r g . K r. 41.
neue Wege gesucht werden. Es sind zunächst dreierlei M öglichkeiten vorhanden:
1. die w eitere Erhöhung der R eduktionstem peratur, gegebenenfalls bis über den Schmelzpunkt des Eisens;
2. die Verflüssigung der Proben durch Zusatz von sclnnelzpunkterniedrigenden Stoffen;
3. die R eduktion der Oxyde im Gasbestimmungs- apparat durch reinen Kohlenstoff unter Z uhilfe
nahm e-des W üstschen K unstgriffs (2), besser aber durch eine hochkohlenstoffhaltigc Eisen- Kohlenstoff-Legierung, die gleichzeitig redu
zierend und sehmelzpunktcrniedrigend wirken soll, und Bestim m ung des Sauerstoffgehaltes aus dem K ohlenoxyd- und Kohlendioxydgehalt der Gase.
Der erste W eg konnte bislang nicht beschritten werden, da die Beschaffung von gasundurchlässigen Rühren für Temperaturen über 1500° nicht m öglich
war und auch die Ofen- und Schiffchenfragc große Schwierigkeiten bereitet hätte.
Der d ritte W eg is t bereits durch d ie Verbesserung der Gasbestimmung im Jahre 1916 eingeschlagen worden. D a d ie bei 1170° durchgeführte Gas
bestim m ung n ich t nur die gelösten Gase, sondern auch die durch R eaktion des K ohlenstoffgehaltes der Probe m it den Oxyden gebildeten ergibt, wurde durch den Ausbau des K altum setzungsverfahrens (m it Quecksilberchlorid oder Brom) die M öglichkeit geschaffen, die im E isen gelösten Gase gesondert zu bestimmen. Ueber die bereits ziemlich w eit fortge- schrittenenVersuche wird demnächst berichtet werden.
Den H auptgegenstand des vorliegenden Berichtes bilden aber die bemerkenswerten Ergebnisse, die beim Beschreiten des zw eiten Weges erhalten wurden.
E s seien zuerst die Versuche zur R eduktion des M anganoxyduls besprochen. E ine w esentliche Ver
besserung der Sauerstoffbestim m ung war zweifellos dann zu erwarten, w enn sich reines, M anganoxydul vollkommen reduzieren läßt. Von der Ueberlegung ausgehend, daß die Reduzierbarkeit des Mangan
oxyduls wesentlich gesteigert wird, wenn das bei der Reduk' ion gebildete Mangan ein geeignetes Lösungs
m ittel im Uebersclmß findet, wurden die Versuche auf folgende W eise ausgeführt. D ie zur Herabsetzung des Schmelzpunktes verwendete Legierung wurde aus Zinn
und Antim on w ie bei der Gasbestimmung durch Ein
schm elzen über dem Bunsenbrenner unter Bedeckt- haltcn der Schmelze m it Holzkohlenpulver her- gestellt. N ach rascher Abkühlung läßt sich der R egulus leicht zerkleinern. Zur Entfernung etwa vorhandener Oxyde in der Legierung wurde diese im W asserstoffstrom reduziert. Zu dieser Legierung w urden nun bei 1150° reduzierte Späne der Probe 1 (also praktisch sauerstoffreies Eisen) und Mangan
oxydul zugegeben. D as Legierungsverhältnis war folgendes: (Zinn + A ntim on): E i s e n = - 2 : 1 ; (Zinn + A ntim on + E isen) : MnÖ = 200 : 1. B e i ein e r R e d u k t io n s t e m p e r a t u r v o n 950° u n d ein e r R e d u k t i o n s d a u e r v o n 120 m in k o n n t e p r a k t i s c h d e r g e s a m t e a n M a n g a n g e b u n d e n e S a u e r s t o f f e r f a ß t w e r d e n .
Wenn die Ansicht rich tig is t, daß die Reduktion des M anganoxyduls auf d ie Gegenwart eines im Uebersclmß befindlichen geeigneten Lösungsmittels für Mangan zuriiekzuführen is t, so muß die Weg
lassung des hierzu besonders geeigne
ten Eisens aus der Legierung die Reduzierbarkeit des Manganöxyduls verringern. E in Versuch ohne Eisen
späne, also nur m it Zinn und Anti
mon als Legierungsbestandteile, ergab in der T at, daß unter sonst gleichen Bedingungen nur 60 % des an Mangan gebundenen Sauerstoffes erfaßt werden.
Im unteren Teil der A bb. 4 sind als Ordinaten die absoluten Saucrstoffge- halte der Eisenoxydul- und Manganoxy- dul-Schm elzen eingetragen. D ie weiße F läche entspricht dem durch Wasser
stoff reduzierbaren Eisensauerstoff, während die w agerecht schraffierte F läche den bei 1150° durch W asserstoff reduzierbaren Mangansauer
stoff andeutet. D er nur durch das Legieriingsver- fahren reduzierbare Mangansauerstoff ist durch die senkrecht schraffierte F läche gegeben.
Nachdem nunmehr die Reduzierbarkeit des reinen M anganoxyduls und som it auch aller Gemische von Eisenoxydul und M anganoxydul gew ährleistet war, wurde an die Untersuchung technischer Proben herangegangen. B enutzt wurden die Standardproben von Thomasflußeisen vor und nach der D esoxydation.
D ie Probe vor der D esoxydation lieferte einen Sauer
stoffgehalt von
0 ,1 2 6%, demnach eine Zunahme von nur 0,008% gegenüber dem a lten Verfahren bei 1150°, d ie Probe nach der D esoxydation
0 ,0 8 9 % ,also nich t w eniger als 0,052% mehr als das alte Verfahren. Abb. 6 g ib t die näheren Versuchs
um stände wieder.
N achdem angenommen werden kann, daß wirk
lich der gesam te Sauerstoffgehalt, sow eit er an Eisen und Mangan gebunden ist, erfaßt w ird, bestätigt es sich m ithin, daß v o r der D esoxydation der grüßte T eil des Sauerstoffs an E isen, na ch der D esoxydation der größte T eil dagegen an Mangan gebunden ist.
Es ergibt sich ferner, daß das neue Verfahren ein wesentlich anderes Bild von der D esoxydation liefert als das a lte Verfahren. N ach letzterem werden
A b b ild u n g 6. S a u e rsto ffg e h a lto d e r T h o m a sp ro b e n A bb. 1b is 3, e r m itte lt n ach dein L e g ie ru n g s v e rfa h re n .
13. O k to b e r 1921. E rsp a rn ism ö g lic h k e ite n im K o k e r e i - u . JVe b e n g e w in n u n g sb e tr ie b e . S ta h l u n d E ise n . 1153
rd.70 %, nach dem neuen Verfahren dagegen rd.30%
des vor der D esoxyd ation vorhandenen Sauerstoffs durch die D esoxydation entfernt. D ie Versuchs
vorteile des Verfahrens liegen ferner m it Rücksicht auf die zur Anwendung gelangenden niedrigen Temperaturen klar zutage.
Versuche, auch Kieselsäure auf dem neuen Wege zu reduzieren, sind bislang noch nicht vollständig gelungen. Immerhin zeigen die Kurven in Abb. 5, daß durch Anwendung geeigneter Legierungen, w ie z. B. Eisen-Zinn-Kupfer sta tt Eisen-Zinn-Antimon, die Reduktionsm öglicbkcit von Kieselsäure erhöht werden kann. D ie nicht schraffierte Fläche im unteren Teil des Schaubilds entspricht dem an Eisen gebundenen, durch W asserstoff reduzierbaren Sauerstoff, die wagerecht schraffierte Fläche dem durch W asserstoff reduzierbaren Siliziumsauerstoff, die senkrecht schraffierte Fläche dem nur durch das Legierungsverfahren (Kupfer-Zinn-Eisen-Legierung) reduzierbaren Silizium sauerstoff und die karierte Fläche dem bislang nicht erfaßbaren Siliziumsauer
stoff. Durch W ahl einer geeigneten Legierung ist es vielleicht m öglich, einen noch größeren Prozentsatz des Siliziumsauerstoffs zu reduzieren. So ergaben Versuche m it einer reinen Eisen-Zinn-Legierung, daß in einer Schm elze m it 2 0 % S i 0 2 9 3 % , in einer Schmelze m it 4 5 % S i 0 2 72 % des Gesamtsauer
stoffes reduzierbar waren. D iese Versuche werden fortgesetzt.
W enn wir auch bislang nicht in der Lage sind, die Kieselsäure quantitativ zu reduzieren, so ist immerhin der Anwendungsbereich des neuen Ver
fahrens ein sehr großer, da auch bei siiizierten Materialien der Gehalt der oxydischen Einschlüsse an Kieselsäure kaum 20 % erreichen wird.
E s muß hier noch erwähnt werden, daß dieses neue Verfahren ohne Aenderung des Sauerstoff
bestimmungsapparates durchgeführt werden kann,
Ersparnism öglichkeiten im K okerei- und N ebengew innungsbetriebe unter beson d erer B erücksichtigung der W ärm ewirtschaft.
V on Direktor Dr. W. W o lle n w e b e r in Bochum.
(M itte ilu n g a u s d e m K o k e ro ia u ssc h u B d e s V e re in s d e u ts c h e r E is o n h ü tte n le u te .)
