Der Einfluss von Temperatur und Korrosion auf die Federn

Temperatur und Korrosion

Eine der Herausforderungen, auf die wir als Federhersteller wenig Einfluss haben, ist die Kombination der gewünschten Lebensdauer mit den Bedingungen, unter denen die Feder funktionieren soll. Abhängig von den Systemanforderungen bestimmen wir zunächst, welches Material ausreichend korrosionsbeständig ist und ob dieses Material in der Anwendung eingesetzt werden kann. Gleichzeitig bestimmt Alcomex innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs, ob das ausgewählte Material noch ausreichend mechanische Eigenschaften aufweist, um zu funktionieren. Hierbei scheint das Finden der richtigen Kombination oft eine schwierige Aufgabe zu sein.

Materialdaten sind in verschiedenen Literaturquellen verfügbar und die häufigsten sind:

Material Werkstoffnummer Normaler Temperatur bereich
Kohlenstoffstahl (C75, C85, C100) 1.1248/1.1269/1.1274 [Temp -40 °C bis +120 °C]
Edelstahl (301, 316, 17-7 PH) 1.4310/1.4401/1.4568 [Temp -150 °C bis +250 °C]
Inconel (X750, 718, 625, 600) 2.4669/2.4668/2.4856/2.4816 [Temp -200 °C bis +550 °C]
Hastelloy (C4, C276) 2.4610/2.4819 [Temp -100 °C bis +500 °C]
MP35N Im Körper implantierbar [Temp -200 °C bis +320 °C]
Berylliumkupfer 2.1247 [Temp -190 °C bis +160 °C]
Phosphorbronze 2.1020 [Temp -190 °C bis +80 °C]
Messing 2.0321 [Temp -190 °C bis +120 °C]

 

 MATERIAL UND OBERFLÄCHENBEHANDLUNG ALS LÖSUNG

Nach der ersten Betrachtung wird die Anwendung überprüft, in der die Feder verwendet werden wird. Es kann vorkommen, dass die Arbeitsumgebung der Feder so ätzend ist, dass sich bestimmte Materialien einfach “auflösen”. Die Festigkeit von Federn und Federprodukten wird weitgehend durch die Dicke des Drahtes im Verhältnis zur Zugfestigkeit [N/mm2] bestimmt. Die Dicke des Drahts und die Zugfestigkeit haben Konsequenzen auf die Federkonstante, also die Funktionsweise der Feder und wirken sich auch auf die Lebensdauer aus. Indem Sie ein anderes Material wählen, können Sie so ein Problem oft lösen. Beachten Sie, dass dies bei kostenorientierten Anwendungen oft zu teuer ist, da bestimmte exotischere Materialien einfach nicht als Draht oder Bandstahl verfügbar sind.

Als alternative Lösung für ein bestimmtes Medium kann häufig eine Oberflächenbehandlung gewählt werden. Die häufigsten Oberflächenbehandlungen sind: Galvanisieren, Phosphatieren, Vernickeln, Verchromen, Pulverbeschichten, Verzinnen und Versilbern/Vergolden. Alle diese Oberflächenbehandlungen verleihen der Feder spezifische Eigenschaften, was die Lebensdauer erhöht und sicherstellt, dass das Produkt für die Anwendung geeignet ist, da die mechanischen Eigenschaften nicht negativ beeinflusst werden.

WASSERSTOFFVERSPRÖDUNG BEI FEDERMATERIALIEN

Die Verwendung von Oberflächenbehandlungen ist nicht ungefährlich und wenn die Arbeiten nicht ordnungsgemäß durchgeführt werden, kann dies zu spröden Materialien führen. Dieses Phänomen wird als Wasserstoffversprödung bezeichnet und tritt in allen Fällen auf, in denen sich auf der Oberfläche des Stahls Wasserstoff entwickeln kann. Die Wasserstoffversprödung auf Stahl bewirkt, dass der Stahl bei einer viel geringeren Zugkraft bricht als normal wäre, obwohl der Stahl in normalen Lebensdauerprüfungen normale Haltbarkeitswerte aufweist. Wasserstoffversprödung kann durch Oberflächenbehandlungsprozesse verursacht werden und tritt auf, wenn Federn nicht oxidierten Säuren oder kathodischer Reinigung und Beschichtung ausgesetzt sind. Hinweis: Blattfedern, die nach dem Formen gehärtet werden, sind hierfür anfällig.

Die Gefahr der Versprödung nimmt mit abnehmender Zugfestigkeit und Härte ab. In der Regel tritt bei Stahl mit einer Zugfestigkeit von < 1000 N/mm ² oder einer Härte von < 30 Vickers keine Versprödung auf. Der größte Teil des Wasserstoffs kann durch eine zusätzliche Wärmebehandlung (Durchwärmung) beseitigt werden. Die Dicke des Materials bestimmt die Temperatur und Zeit dieser Wärmebehandlung:

Materialstärke < 3 mm 170°C – 180°C, 5 Stunden

Materialstärke < 12 mm 190°C – 210°C, 4 Stunden

Oberflächenbehandlungen durchzuführen ist fast nie ohne Risiko. Alcomex führt diese Behandlungen immer in Absprache mit spezialisierten Partnern durch, um die Qualität unserer Federprodukte und -lösungen zu gewährleisten.

VON: MARCO DEKKER | LEITER FORSCHUNG & ENTWICKLUNG

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