Fjädermaterial

När tekniska begränsningar tänjs ut och nya gränser skapas behövs ofta produkter och material med speciella egenskaper.

Teknisk information om fjädermaterial

Säg “fjäderstål” och de flesta av oss tanker på ett material som är riktigt hårt. Om du någon gång försökt borra i ett platt fjäderstål eller klippa av en bit fjädertråd med en avbitare så vet du att det stämmer.

Fjädrar arbetar elastiskt och lagrar energi när de fjädrar under påverkan av en extern last. Den energin lagras i fjädern i form av spänningar och töjningar och ju högre spänningar materialet tål, desto mer energi kan lagras. 

Den elastiska gränsen för ett material kallas sträckgränsen. Ett material med hög sträckgräns har också en hög brottgräns och med hög brottgräns följer en hög hårdhet.

STRÄCKGRÄNS OCH DUKTILITET

Men hög sträckgräns är inte det enda kravet på ett fjädermaterial. De flesta fjädrar kallformas från ett material som har fått sin höga hårdhet redan innan det blir en fjäder. Formbarheten – duktiliteten – måste vara tillräcklig för de bockningsoperationer som behöver utföras för att ge fjädern den önskade formen. I många fall måste en del av sträckgränsen offras för att få ett material med tillräcklig duktilitet. I andra fall görs härdning till slutlig hållfasthet efter formningen.

Dynamisk belastning och livslängd

Alla fjädrar belastas i antingen böjning eller vridning. Precis som i många andra mekaniska komponenter uppstår därför de högsta spänningarna på materialets yta. Givet den höga hårdheten i fjädermaterial och den dynamiska karaktären hos belastningen på de flesta fjädrar, blir ytkvaliteten av väldigt stor betydelse för livslängden – räknat i antalet belastningscykler innan brott – hos en fjäder. Materialen som används i dynamiskt högst belastade fjädrar med höga krav på livslängd, är utvecklade och tillverkade för att säkerställa bästa möjliga ytkvalitet.

TVÅ SÄTT ATT UPPNÅ KORROSIONSMOTSTÅND

Motstånd mot korrosion är ett vanligt krav på fjädrar. Detta kan nås antingen med hjälp av ett korrosionsbeständigt fjädermaterial eller genom att lägga en ytbehandling på fjädern. Bland de korrosionsmotståndiga materialen är de austenitiska fjäderstålen de vanligaste, men även de duplexa (austenit-ferritiska) och martensitiska rostfria stål används. Bland de nickel- och koboltbaserade legeringarna (”superlegeringarna”) finns en mängd materialsorter med bättre korrosionsmotstånd än de rostfria stålen. Dessa används ofta i extremt aggressiva miljöer.

ANDRA KRAV PÅ FJÄDRAR

Dessutom förekommer krav som kräver andra typer av material. Kopparlegeringar används när hög elektrisk konduktivitet är ett krav eller när materialet måste vara helt omagnetiskt. Superlegeringar, som är sammansatta av framförallt nickel, krom, molybden och kobolt, har sitt främsta användningsområde för höga drifttemperaturer, men många av dem har också ett väldigt bra korrosionsmotstånd. Titanlegeringar används antingen för sitt goda korrosionsmotstånds skull, men några titanlegeringar har tillräckligt hög hållfasthet för att kunna ge en fjäder med lägre vikt än motsvarande stålfjäder.

OPTIMERADE MATERIALVAL

De materialgrupper som vi främst arbetar med är:

  • Kalldragna eller kallvalsade kolstål
  • Patenterade, kalldragna kolstål
  • Låglegerade stål för varm- eller kallformning och härdning efter formning
  • Oljehärdade eller induktionshärdade martensitisk fjädertråd
  • Rostfria stål, vilket innefattar en mängd austenitiska, duplexa och utskiljningshärdande sorter, sorter för medicinska applikationer etc
  • • Superlegeringar (kända under handelsnamn som Inconel, Nimonic, Hastelloy etc)
  • Kopparlegeringar
  • Titanlegeringar

Var och en av dessa materialgrupper innehåller flera individuella sorter för att kunna skräddarsy materialvalet utifrån kraven på varje applikation. Även om en stor del av en fjäders inbyggda egenskaper sätts i processerna vid fjädertillverkningen, så består en fjäder faktiskt av en enda bit material. Materialets egenskaper är därför också av stor vikt för fjäderns prestanda. Vi genomför mycket provning för att kontinuerligt vidga vårt kunnande om olika fjädermaterials lämplighet under givna driftbetingelser och krav. Kunskap som vi använder i tekniska diskussioner med våra kunder om fjäderkonstruktion och materialval.