DE2345882C2 - Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs mit guten Federeigenschaften - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs mit guten FedereigenschaftenInfo
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Description
a) vor der lernen, noch wenigstens m% Quer-
b) nach dieser Kaltumformung wenigstens 1,5 Minuten bei 350 bis 6000C anlaßgeglüht wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Federwerkstoffs mit hohem Elastizitätsmodul,
hoher Federbiegegrenze, einer Konstanz der Federcharakteristik bei hohen Temperaturen sowie einer
guten Korrosionsbeständigkeit.
Als Federwerkstoffe werden bisher hochchromhaltige Stähle und Nickel-Legierungen sowie die sehr
teuren Kupfer-Beryllium- und Kupfer-Kobalt-Beryllium-Werkstoffe benutzt. Mit diesen können jedoch
die vielfach sehr hohen Anforderungen nicht immer
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ao zeichnet, daß in der Nickel-Legierung Nickel bis
tu 10% durch Kobalt und/oder bis zu 6% durch Eisen ersetzt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Nickel-Legierung Titan »5 befriedigend erfüllt werden. Die ebenfalls häufig verganz
oder teilweise durch Zirkonium und/oder wendete Kupfer-Zinn-Legierung CuSn8 hat beispiels-Niob
ersetzt ist. weise einen Elastizitätsmodul von 11 700 kp/mm2 und
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, eine Federbiegegrenze vcn 40 kp/mms. Die sehr teuren
dadurch gekennzeichnet, daß der Nickel-Legierung und daher nur in wenigen Sonderfällen einsetzbaren
noch bis zu 2 % Chrom und/oder Molybdän züge- 30 Kupfer-Beryllium-Werkstoffe haben einen Elastizitätssetzt
sind. modul von 13 500 kp/mm* und eine Federbiegegrenze
zwischen 80 und 105 kp/mm*. Diese für Raumtemperatur geltenden Werte sind in vielen Fällen noch ausreichend.
In zunehmendem Maße werden jedoch Werk-Konstanz der Federcharakteristik bis über 3 80° C 35 stoff e benötigt, deren Konstanz der Federcharakteristik
sowie guter Korrosionsbeständigkeit und Weiter- bis zu verhältnirmäßig hohen Temperaturen reicht.
Die üblichen Federwerkstoffe auf Kupferbasis, wie die Kupfer-Zink- und Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen,
sind nur bis zu Temperaturen von 150 bis 2000C zu
gebrauchen. Die nicht rostenden und hitzebeständigen Stähle sowie die hochchromhaltigen Nickel-Legierungen
weisen eine befriedigende Konstanz der Federeigenschaften bis etwa 3000C auf. Nur die sehr teuren
Kupfer-Beryllium-Werkstoffe sind bis zu Temperatüren
von 350 bis 375°C im Dauerbetrieb einsetzbar, ohne daß ihre Federcharakteristik sich wesentlich
ändert.
Hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit sind die bekannten Federwerkstoffe alle mehr oder weniger
stanz der Federcharakteristik bis über 400° C sowie 50 unbefriedigend. So neigen beispielsweise die chromguter
Korrosionsbeständigkeit, dadurch gekenn- legierten Stähle und Legierungen bei Anwesenheit von
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung eines Federwerkstoffes mit einem
Elastizitätsmodul von über 15 000 kp/mm11, einer
verarbeitbarkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel-Legierung
a) bei über 900° C lösungsgeglüht,
b) anschließend in Wasser abgeschreckt,
c) mit wenigstens 40% Querschnittsminderung kaltverformt und
d) wenigstens 1,5 Minuten bei 350 bis 500°C, vorzugsweise bei 400 bis 450° C, anlaßgeglüht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung eines Federwerkstoffs mit einem
Elastizitätsmodul von über 18 000 kp/mm*, einer Federbiegegrenze von über 90 kp/mm*, einer Konzeichnet,
daß die Nickel-Legierung
a) bei über 9000C lösungsgeglüht,
b) anschließend mit weniger als 15°C/Stunde auf
unter 35O0C abgekühlt,
c) nach weiterer Abkühlung auf Raumtemperatur mit einer Querschnittsabnahme von wenigstens
60 bis 80% kaltverformt wird und
d) wenigstens 1,5 Minuten bei 450 bis 600° C, vor-
Chlorionen zur Spannungsrißkorrosion, die sich auf die Dauerschwingfestigkeit einer Feder verheerend auswirken
kann.
Bekannt sind als Federwerkstoffe auch aushärtbare Nickel-Kupfer-Aluminium-Legierungen, die neben 50
bis 85% Nickel und 45 bis 10% Kupfer noch 2 bis 4% Aluminium sowie wenigstens 0,25% und weniger
als 1 % Titan und von 0,05 bis 0,3 % Kohlenstoff ent-
zugswdse"bei"500'bTs750"°C, anläßgeglÜhTwird 6o halten· Außerdem können diese Legierungen noch eins
oder mehrere der Elemente Silizium, Mangan und
7. Verfahren nach Anspruch 6 zur Herstellung Eisen in folgenden Mengen enthalten: Si 0,05 bis 1%;
von Gegenständen aus einem Federwerkstoff mit Mn 0,05 bis 2%; Fe 0,05 bis 10%.
höchsten Federkennwerten, dadurch gekennzeich- Diese Legierungen besitzen zwar eine vergleichs-
net, daß ein wenigstens 60 Minuten dauerndes An- 65 weise gute Korrosionsbeständigkeit, haben aber wegen
laßglühen angewendet wird. der hohen Al-Gehalte den Nachteil schlechter Lötbar-
8. Verfahren nach einem der Ansprüche It bis 6 keit. Sie erfordern wegen des träge ablaufenden Auszur
Herstellung von Gegenständen aus Federwerk- härtungsvorgangs eine aufwendige und komplizierte
Wännebehandlung. Die daraus resultierende Unsicherheit
hinsichtlich der Einstellung bestimmter Materiallcennwene
macht es verständlich, daß beispielsweise Angaben über den Ε-Modul und die Federbiegegrenze
dieser Legierungen in der Literatur nicht oder nur mit großen Schwankungsbreiten angegeben werden. Derartige
Kennwerte bzw. deren sichere Einstellung müssen für ein als Federwerkstoff angewendetes Material
aber unbedingt vorliegen und mit Sicherheit zu erreichen sein. Anderenfalls ist ein solcher Werkstoff
zur Herstellung von Präzisionsfedern nicht geeignet.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde,
einen Federwerkstoff zu schaffen, der besonders hohe
Werte im Elastizitätsmodul und in der Federbiegegrenze aufweist, dessen Konstanz der Federcharakte- 15 federn für die chemische Verfahrenstechnik wurde ein ristik auch bei höheren Temperaturen gewährleistet ist Federband miit den Abmessungen 100 · 0,8 mm und und der darüber hinaus eine gute Korrosionsbeständigkeit und Lötbarkeit besitzt Außerdem sollen der Aushärtungsmechanismus unkompliziert und die Federkennwerte reproduzierbar sein. 10
einen Federwerkstoff zu schaffen, der besonders hohe
Werte im Elastizitätsmodul und in der Federbiegegrenze aufweist, dessen Konstanz der Federcharakte- 15 federn für die chemische Verfahrenstechnik wurde ein ristik auch bei höheren Temperaturen gewährleistet ist Federband miit den Abmessungen 100 · 0,8 mm und und der darüber hinaus eine gute Korrosionsbeständigkeit und Lötbarkeit besitzt Außerdem sollen der Aushärtungsmechanismus unkompliziert und die Federkennwerte reproduzierbar sein. 10
Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man von einer
Nickel-Legierung mit 25 bis 35% Kupfer, 3 bis 6% Mangan, 0,1 bis 3% Titan, 0,1 bis 1,0% Aluminium,
0,3 bis 2,5% Eisen, Rest Nickel einschließlich her- »5 stellungsbedingter Verunreinigungen ausgeht und diese
vor der letzten Kaltumformung, die mindestens 40% betragen soll, bei über 9000C lösungsglüht und nach
der genannten Kaltumformung wenigstens 1,5 Minuten bei 350 bis 6000C anlaßglüht.
Unter den gleichen Bedingungen lassen sich auch Nickel-Legierungen zu Federwerkstoffen verarbeiten,
bei denen gegenüber der erstgenannten Legierung Nickel bis zu 10% durch Kobalt und/oder bis zu 6% .......
durch Eisen ersetzt ist. Ferner kann in der Nickel- 35 danach unkontrolliert an Luft abgekühlt. Das 4 mm
Legierung Titan ganz oder teilweise durch Zirkonium dicke Band wurde danach überschliffen und mit nor-
weise ein wenigstens 60 Minuten dauerndes Anlaßglühen angewendet. Kommt es hingegen diarauf an,
daf I die Gegenstände, vorzugsweise Bänder aus Federwerkstoff, absolut plan sind, so wird vcrteilhafterweise
im Durchlaufglühverfahren mit effektiven Verweii-Zfchen
von 1,5 bis 5 Minuten anlaßgeglüht, Elei Gegenständen,
bei denen es vornehmlich auf höchste Federkennwerte ankommt, wird hingegen zweckmäßigerweise
60 bis 180 Minuten im Einsatzofen anlaßgeglüht. Die Erfindung wird aß Hand der folgenden Beispiele
näher erläutert.
Beispiel 1 Für die Herstellung von hochbeanspruchten Teller-
folgenden Eigenschaften benötigt:
Elastizitätsmodul mind. 18 000 kp/mm*;
Federbiegegrenze mind. 100 kp/mm*;
Temperaturkonstanz der Federcharakteristik bis 4500C im Dauerbetrieb;
Chemische Beständigkeit gegen Medien mit Ätznatrongehalten bis 20%.
Für die Herstellung des Federbandes wurde die als Schweißzusatz-Legierung bekannte Mickel-Legierung
folgender Zusammensetzung gewählt: Nickel 64,73%, Mangan 3,43%, Titan 2,42%,
Kupfer 29,00%, Aluminium 0,17%.
Die Gußblöcke wurden bei Temperaturen von 1150
bis 10000C auf 4 mm Dicke warmgewalzt und von der
Walzendtemperatur in einer wärmeisolierten Grube langsam mit 10 bis 12°C/Minute auf 3:50° C und
und/oder Niob ersetzt sein. Schließlich ist es auch möglich, der Nickel-Legierung noch bis zu 2 % Chrom
«nd/oder Molybdän zuzusetzen.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht man zur Herstellung eines Federwerkstoffs
mit einem Elastizitätsmodul von über 15 000 kp/mm*, einer Federbiegegrenze von über
80 kp/mm1, einer Konstanz der Federcharakteristik
bis über 380° C sowie guter Korrosionsbeständigkeit und Weiterverarbeitbarkeit am zweckmäßigsten so
vor, daß die Nickel-Legierung bei über 90O0C lösungsgeglüht,
anschließend in Wasser abgeschreckt, mit wenigstens 40% Querschnittsminderung kaltverformt
und wenigstens 1,5 Minuten bei 350 bis 5000C, vorzugsweise
bei 400 bis 450° C, anlaßgeglüht wird.
Zur Herstellung eines Federwerkstoffs mit einem Elastizitätsmodul von über 18 000 kp/mm*, einer
Federbiegegrenze von über 90 kp/mm*, einer Konstanz malen Stichabnahmen auf die Fertigabmessung von
0,8 mm Dicke kaltgewalzt. Da hinsichtlich der Planheit des Bandes keine besonderen Anforderungen bestanden,
wurde es im Coil bei 550°C 2 Stunden im Einsatzofen anlaßgeglüht. Folgende Werte wurden
erreicht:
Elastizitätsmodul 18 900 kp/mm*, F'ederbiegegreuze 125 kp/mm*,
Federcharakteristik nach 500 Stunden Dauerbetrieb bei 420 bis 4500C unverändert.
Während dieser Zeit kein merklicher Verschleiß durch Korrosion.
Für Miniatur-Schaltrelais wurde ein Federband mit den Abmessungen 20 · 0,20 mm benötigt, das einen
Elastizitätsmodul von mindestens 18 000 kp/mm*, eine
der Federcharakteristik bis über 4000C sowie guter 55 Federbiegegrenze von über 90 kp/mm*, eine Tempe-Korrosionsbeständigkeii
wird vorzugsweise so vor- raturbeständigkeit der Federcharakteristik bis mind.
so vorgegangen, daß die Nickel-Legierung bei über 9000C
lösungsgeglüht, anschließend mit weniger als 15°C pro Stunde auf unter 35O0C abgekühlt, nach weiterer
Abkühlung auf Raumtemperatur mit einer Querschnittsabnahme von wenigstens 60 bis 80% kaltverformt
und wenigstens 1,5 Minuten bei 450 bis 6000C, vorzugsweise bei 500 bis 5500C, anlaßgeglüht
wird.
4000C im Dauerbetrieb und eine Biegezahl von mind.
5 aufweisen sollte (Biegekante senkrecht zur Walzrichtung).
Ausgehend von der gleichen Legierung wie im Beispiel 1 wurde diesmal das Warmwalzband aus der
Walzhitze (über 900° C) zur Einstellung des lösungsgeglühten Zustandes in Wasser abgeschreckt. Nach
dem Schleifen und Kaltwalzen auf 1 mm Dicke, was
Kommt es bei den aus dem Federwerkstoff herzu- 65 dem 5fachen Wert der Endabmessung entspricht,
stellenden Gegenständen auf optimale Federkennwerte wurde das Band bei 9000C im Durchlaufverfahren
und weniger auf höchste Formtreue an, so wird bei unter Spaltgas zwischengeglüht und anschließend auf
der letztgenannten Verfahrensvariante zweckmäßiger- ein*; Dicke von 0,2 mm kaltgewalzt. Die Anlaßglüh-
behandlung erfolgte im Durchlauf bei 4000C und einer
Verweilzeit im Ofen von 2,5 Minuten.
Verweilzeit im Ofen von 2,5 Minuten.
ABe geforderten Federeigenschaften wurden erreicht. Auch die Verarbeitbarkeit beim Endverbraucher
warsinwandfreLAus diesemFederwerkstoff aufgebaute 5
Relais zeigten auch nach 1000 Stunden Funktionsprüfung keinerlei Unstetigketten.
warsinwandfreLAus diesemFederwerkstoff aufgebaute 5
Relais zeigten auch nach 1000 Stunden Funktionsprüfung keinerlei Unstetigketten.
Der erfindungsgemäß hergeste'He Federwerkstoff
erweist sich somit in fast jeder Beziehung den herkömmlichen Federwerkstoffen überlegen. Lediglich io
bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit, an die jedoch
nur bei stromführenden Federn Anforderungen gestellt werden, ist der erfindungsgemäß hergestellte
Werkstoff den herkömmlichen Werkstoff en aus Kupfer-
erweist sich somit in fast jeder Beziehung den herkömmlichen Federwerkstoffen überlegen. Lediglich io
bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit, an die jedoch
nur bei stromführenden Federn Anforderungen gestellt werden, ist der erfindungsgemäß hergestellte
Werkstoff den herkömmlichen Werkstoff en aus Kupfer-
basislegierungen unterlegen. Er erreicht nur Werte, die in der Größenordnung von 0,8 bis 1,2 m/Qmm*
liegen und damit den Weiten für nichtrostende Stähle bzw. hochchromhaltige Nickel-Legierungen entsprechen.
In Sonderfällen, in denen neben besonders guten Federeigenschaften auch eine gute elektrische
Leitfähigkeit gefordert wiro, können die erfmdungsgemäß
hergestellten Werkstoffe entweder auf galvanischem Wege oder durch Walzplattieren mit Kupfer
oder Silber beschichtet werden. Auf diese Weise wird der erfindungsgemäß hergestellte Federwerkstoff auch
hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit den herkömmlichen Federwerkütoffen auf Kupferbasis angeglichen.
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Verfahren zur Herstellung eines Federwerkstoffs mit hohem Elastizitätsmodul, hoher Federbiegegrenze. guter Konstanz und Federcharakteristik bei hohen Temperaturen sowie hervorragender Korrosionsbeständigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nickel-Legierung mit 25 bis 35% Kupfer, 3 bis 6% Mangan, 0,1 bis 3% Titan, 0,1 bis 1,0% Aluminium, 0,3 bis 2,5% Eisen, Rest Nickel einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungenstoff, die absolut eben sein müssen, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlaßglühen im Durchlaufglühverfahren mit Verweilzeiten von 1,5 bis 5 Minuten durchgeführt wird.9. Verfahren nach Anspruch 7 zur Herstellung von Gegenständen aus Federwerkstoffen, bei denen vornehmlich nur höchste Federkennwerte gefordert werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Einsatzofen 60 bis 180 Minuten anlaßgeglüht wird.
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| DE2345882A DE2345882C2 (de) | 1973-09-12 | 1973-09-12 | Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs mit guten Federeigenschaften |
| AT584574A AT336903B (de) | 1973-09-12 | 1974-07-15 | Verfahren zur herstellung eines werkstoffs bzw. gegenstandes mit guten federeigenschaften |
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Applications Claiming Priority (1)
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| DE2345882A DE2345882C2 (de) | 1973-09-12 | 1973-09-12 | Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs mit guten Federeigenschaften |
Publications (2)
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