Material

När man tänjer på tekniska gränser och skapar nya gränser behövs ofta produkter och material med speciella egenskaper.

Teknisk information om fjädermaterial

Lesjöfors har samlat på sig en stor mängd erfarenhet sedan vi tillverkade den första fjädern 1852. Vi kan fjädermaterial och de krav som ställs på fjädrar i de unika miljöer där de kommer att användas.

Lesjöfors representerar hög kvalitet. Det handlar inte bara om att skapa optimal fjädergeometri utan även att använda rätt material. Materialets egenskaper utgör grunden för en fungerade fjäder.

Materialvalet styrs helt utifrån den applikation som fjädern ska arbeta i och måste anpassas utifrån viktiga faktorer som påkänning, temperatur, risken för korrosion med mera. Lesjöforsgruppen arbetar med alla typer av metalliska fjädermaterial i alla tvärsnittsformer.

Exempel på fjädermaterial som vi arbetar med

  • Kalldraget och kallvalsat låglegerat stål
  • Patenterad och kalldragen tråd
  • Härdbara fjäderstål
  • Oljehärdad fjädertråd och bainithärdad band
  • Rostfria fjäderstål
  • Rostfritt fjäderstål med extremt goda korrosionsegenskaper
  • Rostfritt fjäderstål för högre temperaturer
  • Rostfria anti-magnetiska material
  • Legeringar för medicinapplikationer
  • Kopparlegeringar
  • Antimagnetiska rostfria fjäderstål
  • Titanlegeringar

Expertis inom superlegering fjädrar

Lesjöfors har lång erfarenhet, beräkningsteknisk kunskap och produktionsresurser inom området. Dessutom lagerhålls ett standardiserat dimensionsprogram av superlegeringar i plåt, band och tråd lämpade för fjädrar Exempel på produktområden är tallriksfjädrar, tryckfjädrar, vridfjädrar, dragfjädrar och bladfjädrar.

Följande legeringar finns i lager:

  • Inconel X-750®1
  • Inconel 718®1
  • Nimoniska 90®1
  • Hastelloy C-276®2
  • MP 35N®3
  • AISI 316
  • Elgiloy®4

Utöver dessa går det att beställa ett antal andra legeringar.

Spänning av fjädrar vid höga temperaturer

När metaller utsätts för påfrestningar och ökade temperaturer kan en permanent deformation ske. Detta fenomen kallas avkoppling, en belastning förlust vid en konstant deformation, eller krypa, en ökad deformation vid en konstant belastning. Detta är en viktig prestandaparameter för spolefjädrar som oftast är utformade för att ge en kontrollerad avböjning vid en viss belastning eller omvänt.

Vid temperaturer över 500 °C är avslappningsprestandan för låglegerat och rostfritt stål så låg att de inte kan användas för spolefjädrar. Superlegeringar ger bättre prestanda vid dessa temperaturer. I efter framläggas avkopplingkapaciteten för några superlegeringar på temperatur 550°C och över.

Superlegeringar testade

I denna undersökning testades tre olika superlegeringstrådar och en tråd av rostfritt stål. Den huvudsakliga kemiska analysen och de mekaniska hållfastheterna presenterades i följande tabell:

Material
Ni
Cr
UTS [MPa]
Superlegering A
58
19
1300
Superlegering B
55
19
1050
Superlegering C
53
17
1200
Rostfritt stål*
2090

Anmärkning * Grad 17/7PH

Avslappningstestmetod

Lesjöfors tillverkade ett antal chassifjädrar från dessa fjädermaterial. Fjädrarna komprimerades sedan med en statisk belastning till en specificerad stressnivå med hjälp av en mekanisk led.

De komprimerade fjädrarna med fogar exponerades för angivna temperaturer för olika tider. Efter kylning testades belastningen för varje fjäder igen och lastförlusten noterades.

Den avslappningsfigur som presenterades definierades på följande sätt:

(Fb-Fa) / Fb ≥ 100 = Avkoppling ()

Fb = Belastning vid kompression före uppvärmning

Fa = Belastning vid kompression efter uppvärmning

Följande tider och temperaturer användes med olika stressnivåer vid varje:

Material
Tid
Temp 1
Temp 2
Temp 3
[h]
[°C]
[°C]
[°C]
Superlegering A
50
550
600
650
Superlegering A
110
550
600
650
Superlegering B
50
550
600
650
Superlegering B
110
550
650
600
Superlegering C
50
550
600
650
Superlegering C
110
550
600
650
Rostfritt stål
50
550

Resultat

Det rostfria 17/7PH-stålet misslyckades som förväntat efter 50 timmar vid 550°C och stressnivå 150 MPa. Avkopplingen som mottogs var nästan 100. Inga fler tester gjordes med denna klass. Exempel på avslappningsresultat presenteras i följande diagram.

Slutsatser

Resultaten visar att rostfritt stål inte kan användas vid dessa höga temperaturer. Det visar också den stora skillnaden mellan olika superlegering betyg. Från testade superlegeringsgrader hade C-klass den lägsta avslappningen och presterade bäst vid alla temperaturer. Det kan också ses att beroende på legering, temperatur och stress avkoppling måste beaktas vid utformningen av spole fjädrar som ska användas i applikationer där höga temperaturer kan förväntas.