Schnell und einfach zur optimalen Materialwahl

Die Wahl des richtigen Materials für eine Anwendung erfordert allgemeine Kenntnisse und ist vor allem von der Umgebungsbedingungen abhängig, in denen Federn / Ringe eingesetzt werden. Die Experten in Wellenfederntechnologie bei TFC geben dazu einige Ratschläge.

Die Spezifizierung desrichtigen Materials für eine Wellenfeder oder Sicherungsring kann von Anfang an Zusatzkosten und vorzeitige Ausfälle der Anwendung verhindern. Der wärmebehandelte Federstahl bildet dabei den Einstieg und ist die am häufigsten verwendete Materialgüte. Rostfreie Stähle bieten dagegen einen effektiven Korrosionsschutz und weisen höhere zulässige Betriebstemperaturen auf. Nachfolgend betrachten wir die Palette verfügbarer Materialgüten und deren Eigenschaften.

SAE1070-1090 der vergütete Federstahl ist ein Standardmaterial für die Sicherungsringe und Wellenfedern. Zugfestigkeit und Scherfestigkeit wurden infolge der Wärmebehandlung im Ölbad durch eine Optimierung des Martensitgefüges maximiert. SAE1060-1075 mit kaltgezogenem Federstahl ist ein Standard-Material für Schnappringe. Die maximale Zug- und Schrefestigkeit erreicht diese Güte durch den Prozess des Kaltziehens.

Federstahl wird am besten dort eingesetzt, wo kein Kontakt mit korrosiven Medien möglich ist oder diese durch einen Schmierfilm (Öl etc.) vor der umgebenen Atmosphäre geschützt wird. Durch zusätzliche Oberflächenbehandlungen kann zudem ein wirksamer Korrosionsschutz hergestellt werden. Ringeund Federn werden in der Regel mit einem Öl-Finish für den Transportschutz und für Regalaufbewahrung empfohlen. Federstahl ist sehr magnetisch. Maximale empfohlene Betriebstemperatur beträgt 121 ° C.

Der AISI 302Edelstahl (Äquivalent zu DIN 17007, Werkstoff-Nr. 1.4319) ist die Standard-Edelstahl für alle spiralen Sicherungsringe. Diese Materialgüte ist aufgrund der guten Korrosionsbeständigkeit und der guten physikalischen Eigenschaften der am meisten verwendete Edelstahl. 302 erhält seine Federhärte-Zustand durch Kaltverformung. Obwohl er als ein nicht-magnetisch kategorisiert ist, weist dieser Edelstahl einen geringen Restmagnetismus infolge der Kaltbearbeitung auf. Er ist durch eine Wärmebehandlung nicht aufzuhärten. Maximale empfohlene Betriebstemperatur beträgt 204 ° C.

AISI 316Edelstahl (Äquivalent zu DIN 17007, Werkstoff-Nr. 1.4401) ist im Bezug auf die physikalischen Eigenschaften und die Temperaturbeständigkeit nahezu identisch mit dem AISI 302.Aufgrund des Legierungsbestandteils Molybdän weist er jedoch eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf. Aus diesem Grund findet er vorwiegend seinen Einsatz in Lebensmittel-, Chemie-und Meerwasser-Anwendungen. Der Restmagnetismus ist geringer gegenüber dem AISI 302 Edelstahl, steigt jedoch mit jeder Kaltumformung an. Auch diese Edelstahlgüte kann nicht durch eine Wärmebehandlung aufgehärtet werden. Maximale Betriebstemperatur beträgt 204 ° C.

17-7Ph/C Edelstahl (Äquivalent zu DIN 17007, Werkstoff-Nr. 1.4568),weist die gleiche Korrosionsbeständigkeit auf wie AISI 302. Seine Federeigenschaften entsprechen denen des Federstahls und werden durch spezielle Wärmebehandlungen generiert. Im Bezug auf den Magnetismus entspricht der 17-7 PH/C Condition CH900 Edelstahl dem wärmebehandelten Federstahl nach SAE 1070-1090. In speziellen Sicherungsring-Anwendungen gewährleistet er höhste Lastaufnahmen. Maximale empfohlene Betriebstemperatur beträgt 343 ° C.

INCONEL X-750 (Äquivalent zu DIN 17007, Werkstoff-Nr. 2.4669), eine Legierung mit großem Nickel- und Chromanteil, wird am häufigsten in hochkorrosiven Medien und Anwendungen mit sehr hohen Temperaturen eingesetzt. Seine Federeigenschaften erreicht der Inconel X-750 durch eine spezielle Wärmebehandlung. Die ‚National Association of Corrosion Engineers‘ (NACE) spezifiziert diese Güte gemäß MR-0175 (RC=50 ma.) für spirale Sicherungsringe und Wellenfedern.

Sämtliche Inconel-Güten sind nicht-magnetisch und werden entweder in unkontrollierter Atmosphäre oder im Vakuumofen gehärtet. Aufgrund eines Oxidationsprozesses können bei der Wärmebehandlung in unkontrollierter Atmosphäre schwarze Zunderrückstände auf der Materialoberfläche sein. Die Wärmebehandlung im Vakuumofen vermeidet diese Rückstände.

MONEL K-500 (Äquivalent zu DIN 17007, Werkstoff-Nr. 2.4373) ist eine Nickel-Kupfer-Legierung, die durch Zugabe von Aluminium und Titan ausscheidungshärtbar ist.

Eine ausscheidungshärtbare NIMONIC 90 (Äquivalent zu DIN 17007, Werkstoff-Nr. 2.4969) Nicke-Chrom-Kobalt-Legierung, mit hoher Zeitstandfestigkeit und hohem Kriechwiderstand bei hohen Temperaturen (bis 538 °C), hat sich gut in den unterschiedlichen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrtverarbeitungsindustrie unter Wärmeeinfluss bewährt.

ELGILOY (AMS-58761 - gemäß der Norm-MR 01-75 NACE) ist bekannt für die sehr gute Korrosionsbeständigkeit, keinen Magnetismus und die Hohe Temperaturresistenz. Diese relativ neue Güte wird vorwiegend in Anwendungen der Erdölindustrie verwendet. Diese bestätigt eine höhere Zuverlässigkeit gegenüber anderen NACE-Materialien, die ebenfalls dem hochkorrosiven Schwefelwasserstoff widerstehen. Gegenüber einer 17-7 PH/C Edelstahlgüte gewährleistet Elgiloy eine um 600 % bessere Haltekraft bei 343 ° C und eine um 100 % bessere Lebenszeit bei dynamischen Anwendungen im Vergleich zum vergüteten Standard-Federstahl. Maximale Betriebstemperatur beträgt 427 ° C.

Beryllium-Kupfer-Legierung (Nr. 25, Äquivalent zu DIN 17007, Werkstoff-Nr. 2.1247), die normalerweise in einem Fest Temperament angegeben, produziert hervorragende Federeigenschaften durch die Kombination von niedrigen Elastizitätsmodul und hoher Reißfestigkeit. Die Legierung gewinnt seine physikalischen Eigenschaften durch Ausscheidungshärten. Im Gegensatz zu anderen Kupferlegierungen, Kupfer-Beryllium hat die höchste Festigkeit und bietet bemerkenswerte Beständigkeit gegen Verlust der physikalischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen. Beryllium-Kupfer ist nicht magnetisch. Seine elektrische Leitfähigkeit ist etwa 2-4 mal so groß wie Phosphorbronze. Maximale empfohlene Betriebstemperatur beträgt 204 ° C.

OBERFLÄCHEN

Phosphorbronze (Sorte A, Äquivalent zu DIN 17007, Werkstoff-Nr. 2.1030) bietet gute Federeigenschaften und ein gutes elektrisches Leitvermögen. Es wird unmittlebar nach Beryllium-Kupfer empfohlen. Phosphorbronze wird durch Kaltwalzen gehärtet und weist keinen Restmagnetismus auf.

Die Oberfläche eines Bauteilskann auch eine wichtige Rolle beim Widerstand gegen korrosive Umgebungen spielen. Zudem sind speziell bearbeitete Oberflächen in manchen Anwendungen für die Ästhetik sehr von Bedeutung.

Als Geschwärzt (gemäß MIL-DTL-13924, Klasse 1) wird eine Oberflächenbehandlung bezeichnet, wo mit Hilfe eines Oxidationsprozesses eine sehr dünne, schwarze Oberfläche erzeugt wird. Es wird eher zur kosmetischen Farbgebung herangezogen als für die Korrosionsbeständigkeit.

Kadmieren (gemäß AMS-QQ-P-416, Klasse 2, Typ II) wird als galvanischer Überzug bei Federstahl verwendet, um den Korrosionswiderstand zu vergrößern. Der Prozess des Kadmierens, der für spirale Sicherungsringe angewandt wird, ist kostspielig und birgt die Gefahr der Wasserstoff-Versprödung. TFC empfielt daher den rostfreien Stahl gegenüber dem Kadmieren vorzuziehen.

Passivierung (gemäß AMS 200, Methode 1, Typ 2, Klasse 3) ist ein fakultativer Reinigungsvorgang für rostfreien Stahl. Es stellt eine helle Oberfläche und einen verbesserten Korrosionswiderstand zur Verfügung. Passivierung löst Eisenpartikel und andere Substanzen auf, die in der Oberfläche des rostfreien Stahls während der Fertigung eingebettet geworden sind. Werden die Partikel und Substanzen nicht aufgelöst, können Rost, Verfärbungen der Oberfläche oder Lochfraß der Folge sein.

 Normalerweise verhindert eine dünne, unsichtbare Oxidschicht, die die Oberfläche des Flachdrahtproduktes bedeckt, des rostfreien Stahls weiteres Oxidieren. Das Entfernen von Verunreinigungen verhindert kleinste Risse in der Oxidschicht, so dass ein optimaler Korrosionswiderstand bestehen bleibt.

Zinkphosphat-Oberfläche (gemäß MIL-DTL-16232, Typ Z, Klasse 2) wird manchmal auch als "Parkerizing 'bezeichnet und weist eine grau-schwarze Farbgeburg auf. Der Korrosionswiderstand ist besser im Vergleich zum Oxidieren, jedoch schlechter im Vergleich zum Kadmieren oder rostfreien Stahl. Der Prozess des Zink-Phosphatierens kann nicht bei rostfreiem Stahl angewandt werden.
Ein weitererOberflächenbehandlung ist Dampf-entfetten und Ultraschall-clean - Standard-Ausführung für alle rostfreien Stählen. Der Prozess entfernt ÖL und andere organische Zusammensetzung von der Materialoberfläche durch Verwendung eines chlorhaltigen Lösungsmittels. Der Einsatz von Ultraschall ist notwendig, um auch zwischen den Windungen des Sicherungringes oder der Wellenfeder eine optimale Reinigungswirkung zu haben.

Maschinelles Entgraten / Handentgraten. Obwohl alle umfangsbezogenen Kanten des Flachdrahts gratfrei und abgerundet sind, weisen die Kanten oder Flachdrahtenden aufgrund des Abschneidprozesses immer scharfe Ecken auf. Mit Hilfe einer Vibrationsschleifmaschine oder von Hand können diese scharfen Kanten gebrochen werden, um eine komplett glatte und gratfreie Oberfläche zu erreichen.

Durch das Elektropolieren werden Unebenheiten auf Metalloberflächen reduziert. Das Verfahren ist ein umgekehrter galvanischer Prozess.Das zu polierende Werkstück ist als Anode (+) geschaltet. An Unebenheiten auf der Oberfläche löst sich das Metall aufgrund von Spannungsspitzen bevorzugt auf. Als Elektrolyte werden starke Säuren verwendet.

Durch das Elektropolieren können Oberflächenrauigkeiten von unter 0,4 μm erzielt werden. Dadurch eignet sich Elektropolieren beispielsweise ausgezeichnet als Vorbereitung für eine Sterilisation oder für Vakuumgeräte, wo ebene Oberflächen verlangt werden, an denen sich dann keine Bakterien oder Gasverunreinigungen festsetzen können. Elektropolieren kann für die meisten Metalle eingesetzt werden. Besonders gut eignen sich beispielsweise rostfreie Stähle, während Werkstücke mit Porosität oder Verunreinigungen von anderen Elementen aufgrund ihrer Inhomogenität schlechter für das Elektropolieren geeignet sind.

 

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