Materialien
Wenn technologische Grenzen ausgeweitet und neue Grenzen gebildet werden, werden oft Produkte und Materialien mit besonderen Eigenschaften benötigt.
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Technische Informationen zu Werkstoffen
Seit der Herstellung der ersten Feder im Jahre 1852 hat Lesjöfors umfangreiche Erfahrungen über Federmaterialien und die Anforderungen gesammelt, die an Federn in den einzigartigen Umgebungen, in denen sie verwendet werden, gestellt werden.
Lesjöfors steht für hohe Qualität. Es reicht nicht aus, nur die optimale Federgeometrie zu erzeugen, sondern auch die richtigen Federmaterialien zu verwenden. Die Eigenschaften der Federmaterialien bilden die Grundlage einer funktionellen Feder.
Die Wahl der Federmaterialien richtet sich vollständig nach dem Anwendungsbereich, in dem die Federn eingesetzt werden sollen, und muss wichtige Faktoren wie Spannung, Temperatur, Korrosionsgefahr usw. berücksichtigen. Die Lesjöfors Gruppe arbeitet mit allen Arten von metallischen Federmaterialien und Querschnitten.
Beispiele für Federmaterialien, mit denen wir arbeiten
- Kaltgezogener und kaltgewalzter, niedriglegierter Stahl
- Patentierter und kaltgezogener Draht
- Härtbarer Federstahl
- Ölschlussvergüteter Federdraht und bainitgehärtetes Band
- Edelstahl
- Edelstahl mit extrem guten Korrosionseigenschaften
- Edelstahl für höhere Temperaturen
- Edelstahl & nichtmagnetischer Stahl
- Legierungen für medizinische Anwendungen
- Kupferlegierungen
- Antimagnetischer, säurebeständiger Federstahl usw.
- Titanlegierungen
Fachwissen über Superlegierungsfedern
Lesjöfors verfügt über langjährige Erfahrung, technische Berechnungskompetenz und Produktionskapazität in diesem Bereich und führt auch ein standardisiertes Sortiment an Superlegierungen in Blech, Band und Draht, die für Federn geeignet sind. Beispiele für Produktbereiche sind Tellerfedern, Druckfedern, Torsionsfedern, Zugfedern und Blattfedern.
Folgende Legierungen werden auf Lager gehalten:
- Inconel X-750®1
- Inconel 718®1
- Nimonic 90®1
- Hastelloy C-276®2
- MP 35N®3
- AISI 316
- Elgiloy®4
Darüber hinaus sind eine Reihe weiterer Legierungen bestellbar.
Relaxation der Federn bei hohen Temperaturen
Wenn Metalle Belastungen und erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, kann es zu einer dauerhaften Verformung kommen. Dieses Phänomen wird als Relaxation, einem Lastverlust bei konstanter Verformung, oder als Kriechen, einer erhöhten Verformung bei konstanter Last, bezeichnet. Dies ist ein wichtiger Leistungsparameter für Spiralfedern, die meist so konzipiert sind, dass sie eine kontrollierte Biegung bei einer bestimmten Last oder umgekehrt ergeben.
Bei Temperaturen über 500°C ist die Relaxationsleistung für niedriglegierte und rostfreie Stähle so gering, dass sie nicht für Spiralfedern verwendet werden können. Superlegierungen bieten eine bessere Leistung bei diesen Temperaturen. Im Folgenden wird die Relaxationsleistung für einige Superlegierungen bei einer Temperatur von 550°C und höher dargestellt.
Getestete Superlegierungen
In dieser Untersuchung wurden drei verschiedene Superlegierungsdrähte und ein Edelstahldraht getestet. Die wichtigsten chemischen Analysen und die mechanischen Festigkeiten wurden in der folgenden Tabelle dargestellt:
Material | Ni | Cr | UTS [MPa] |
---|---|---|---|
Superlegierung A | 58 | 19 | 1300 |
Superlegierung B | 55 | 19 | 1050 |
Superlegierung C | 53 | 17 | 1200 |
Edelstahl*
| 2090
|
Hinweis * Klasse 17/7PH
Relaxationstestmethode
Eine Reihe von Spiralfedern aus diesen Federmaterialien wurden nach den Lesjöfors Standard-Produktionsmethoden für diese Art von Material und Federn hergestellt. Die Federn wurden anschließend mit Hilfe einer mechanischen Verbindung mit einer statischen Belastung auf ein bestimmtes Spannungsniveau verdichtet.
Die komprimierten Federn mit Gelenken wurden für unterschiedliche Zeiten bestimmten Temperaturen ausgesetzt. Nach dem Abkühlen wurde die Belastung für jede Feder erneut getestet und der Lastverlust festgestellt.
Die dargestellte Relaxationszahl wurde wie folgt definiert:
(Fb – Fa) / Fb ∙ n 100 = Relaxation (%)
Fb = Belastung bei Druck vor dem Erwärmen
Fa = Belastung bei Druck nach dem Erwärmen
Die folgenden Zeiten und Temperaturen wurden mit jeweils unterschiedlichen Belastungsniveaus verwendet:
Material | Zeit | Temperatur 1 | Temperatur 2 | Temperatur 3 |
---|---|---|---|---|
[h] | [°C] | [°C] | [°C] | |
Superlegierung A | 50 | 550 | 600 | 650 |
Superlegierung A | 110 | 550 | 600 | 650 |
Superlegierung B
| 50 |
550 | 600
| 650
|
Superlegierung B
| 110 |
550 | 650
| 600
|
Superlegierung C
| 50 |
550 | 600
| 650
|
Superlegierung C
| 110 |
550 | 600
| 650
|
Edelstahl
| 50
|
550 |
– |
– |
Ergebnisse
Der Edelstahl 17/7PH versagte wie erwartet nach 50 Stunden bei 550°C und Spannungsstufe 150 MPa. Die erfahrene Relaxation betrug nahezu 100 %. Mit dieser Klasse wurden keine weiteren Tests durchgeführt. Beispiele für Relaxationsergebnisse werden in den folgenden Diagrammen dargestellt.
Schlussfolgerungen
Die Ergebnisse zeigen, dass Edelstahl bei diesen hohen Temperaturen nicht verwendet werden kann. Es zeigt auch den großen Unterschied zwischen verschiedenen Superlegierungsarten. Von allen getesteten Superlegierungsarten hatte die C-Klasse die geringste Relaxation und schnitt bei allen Temperaturen am besten ab. Es zeigt sich auch, dass je nach Legierung, Temperatur und Beanspruchung die Relaxation bei der Auslegung von Spiralfedern berücksichtigt werden muss, die in Anwendungsbereichen eingesetzt werden sollen, bei denen hohe Temperaturen zu erwarten sind.