DE2345882B1 - Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs mit guten Federeigenschaften - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs mit guten FedereigenschaftenInfo
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Description
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 zu 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 as 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 von 40 kp/mma. 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/mm2 und eine Federbiegegrenze
zwischen 80 und 105 kp/mm2. Diese für Raumtemperatur geltenden Werte sind in vielen Fällen noch ausreichend.
In zunehmendem Maße werden jedoch Werk-Konstanz der Federcharakteristik bis über 380° C 35 stoffe benötigt, deren Konstanz der Federcharakteristik
sowie guter Korrosionsbeständigkeit und Weiter- bis zu verhältnismäßig 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-Legierun-
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung eines Federwerkstoffes mit einem
Elastizitätsmodul von über 15 000 kp/mm2, einer
verarbeitbarkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel-Legierung
a) bei über 9000C lösungsgeglüht,
b) anschließend in Wasser abgeschreckt,
c) mit wenigstens 40% Querschnittsminderung
kaltverf ormt und
d) wenigstens 1,5 Minuten bei 350 bis 5000C, vorzugsweise
bei 400 bis 4500C, anlaßgeglüht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung eines Federwerkstoffs mit einem
Elastizitätsmodul von über 18 000 kp/mm2, einer gen weisen eine befriedigende Konstanz der Federeigenschaften
bis etwa 3000C auf. Nur die sehr teuren Kupfer-Beryllium-Werkstoffe sind bis zu Temperatüren
von 350 bis 3750C im Dauerbetrieb einsetzbar,
ohne daß ihre Federcharakteristik sich wesentlich ändert.
Hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit sind die bekannten Federwerkstoffe alle mehr oder weniger
Federbiegegrenze von über 90 kp/mm2, einer Konstanz der Federcharakteristik bis über 4000C sowie 50 unbefriedigend. So neigen beispielsweise die chromguter
Korrosionsbeständigkeit, dadurch gekenn- legierten Stähle und Legierungen bei Anwesenheit von
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-
zugsweise bei 500 bis 550° C, anlaßgeglüht wird. 6o h?ten· Außerdem können diese Legierungen noch eins
oder mehrere der Elemente Silizium, Mangan und Eisen in folgenden Mengen enthalten: Si 0,05 bis 1 %;
Mn 0,05 bis 2%; Fe 0,05 bis 10%,
Diese Legierungen besitzen zwar eine vergleichs-
zeichnet, daß die Nickel-Legierung
a) bei über 9000C lösungsgeglüht,
b) anschließend mit weniger als 15°C/Stunde auf unter 350° C abgekühlt,
c) nach weiterer Abkühlung auf Raumtemperatur mit einer Querschnittsabnahme von wenigstens
60 bis 80% kaltverf ormt wird und
d) wenigstens 1,5 Minuten bei 450 bis 6000C, vor-
7. Verfahren nach Anspruch 6 zur Herstellung von Gegenständen aus einem Federwerkstoff mit
höchsten Federkennwerten, dadurch gekennzeichnet, daß ein wenigstens 60 Minuten dauerndes Anlaßglühen
angewendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von Gegenständen aus Federwerkweise
gute Korrosionsbeständigkeit, haben aber wegen der hohen Al-Gehalte den Nachteil schlechter Lötbarkeit.
Sie erfordern wegen des träge ablaufenden Aushärtungsvorgangs eine aufwendige und komplizierte
3 4
Wärmebehandlung. Die daraus resultierende Unsicher- weise ein wenigstens 60 Minuten dauerndes Anlaßheit
hinsichtlich der Einstellung bestimmter Material- glühen angewendet. Kommt es hingegen darauf an,
Nennwerte macht es verständlich, daß beispielsweise daß die Gegenstände, vorzugsweise Bänder aus Feder-Angaben
über den Ε-Modul und die Federbiegegrenze werkstoff, absolut plan sind, so wird vorteilhafterweise
dieser Legierungen in der Literatur nicht oder nur mit 5 im Durchlaufglühverfahren mit effektiven Verweilgroßen
Schwankungsbreiten angegeben werden. Der- zeiten von 1,5 bis 5 Minuten anlaßgeglüht. Bei Gegenartige
Kennwerte bzw. deren sichere Einstellung ständen, bei denen es vornehmlich auf höchste Federmüssen
für ein als Federwerkstoff angewendetes Ma- kennwerte ankommt, wird hingegen zweckmäßigerterial
aber unbedingt vorliegen und mit Sicherheit zu weise 60 bis 180 Minuten im Einsatzofen anlaßgeglüht,
erreichen sein. Anderenfalls ist ein solcher Werkstoff io Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beizur
Herstellung von Präzisionsfedern nicht geeignet. spiele näher erläutert.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, . .
einen Federwerkstoff zu schaffen, der besonders hohe Beispiel 1
Werte im Elastizitätsmodul und in der Federbiege- Für die Herstellung von hochbeanspruchten Tellergrenze aufweist, dessen Konstanz der Federcharakte- 15 federn für die chemische Verfahrenstechnik wurde ein ristik auch bei höheren Temperaturen gewährleistet ist Federband mit den Abmessungen 100 · 0,8 mm und und der darüber hinaus eine gute Korrosionsbeständig- folgenden Eigenschaften benötigt:
keit und Lötbarkeit besitzt Außerdem sollen der Aus- Elastizitätsmodul mind. 18 000 kp/mm*;
hartungsmechamsmus unkompliziert und die Feder- Federbiegegrenze mind. 100 kp/i;
kennwerte reproduzierbar sein. »o Temperafu°konstanz der Federcharakteristik bis
einen Federwerkstoff zu schaffen, der besonders hohe Beispiel 1
Werte im Elastizitätsmodul und in der Federbiege- Für die Herstellung von hochbeanspruchten Tellergrenze aufweist, dessen Konstanz der Federcharakte- 15 federn für die chemische Verfahrenstechnik wurde ein ristik auch bei höheren Temperaturen gewährleistet ist Federband mit den Abmessungen 100 · 0,8 mm und und der darüber hinaus eine gute Korrosionsbeständig- folgenden Eigenschaften benötigt:
keit und Lötbarkeit besitzt Außerdem sollen der Aus- Elastizitätsmodul mind. 18 000 kp/mm*;
hartungsmechamsmus unkompliziert und die Feder- Federbiegegrenze mind. 100 kp/i;
kennwerte reproduzierbar sein. »o Temperafu°konstanz der Federcharakteristik bis
Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese 4500C im Dauerbetrieb·
Aufgabe gelöst werden kann wenn man von einer chemische Beständigkeit'gegen Medien mit Ätz-
Nickel-Legierung mit 25 bis 35% Kupfer, 3 bis 6% natronaehalten bis 20°/
Mangan, 0,1 bis 3 % Titan, 0,1 bis 1,0 % Aluminium, natrongehalten bis 20 /0.
0,3 bis 2,5 % Eisen, Rest Nickel einschließlich her- as Für die Herstellung des Federbandes wurde die als
stellungsbedingter Verunreinigungen ausgeht und diese Schweißzusatz-Legierung bekannte Nickel-Legierung
vor der letzten Kaltumformung, die mindestens 40% folgender Zusammensetzung gewählt:
betragen soll, bei über 9000C lösungsglüht und nach Mckel ^7307 Man %tay Than 2 42%
der genannten Kaltumformung wenigstens 1,5 Minu- K fer 2%^0/ Mumiainm fay
ten bei 350 bis 6000C anlaßgluht. 30 *->/<» /o
Unter den gleichen Bedingungen lassen sich auch Die Gußblöcke wurden bei Temperaturen von 1150
Nickel-Legierungen zu Federwerkstoffen verarbeiten, bis 1000° C auf 4 mm Dicke warmgewalzt und von der
bei denen gegenüber der erstgenannten Legierung Walzendtemperatur in einer wärmeisolierten Grube
Nickel bis zu 10% durch Kobalt und/oder bis zu 6% langsam mit 10 bis 12°C/Minute auf 3500C und
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-
und/oder Niob ersetzt sein. Schließlich ist es auch malen Stichabnahmen auf die Fertigabmessung von
möglich, der Nickel-Legierung noch bis zu 2% Chrom 0,8 mm Dicke kaltgewalzt. Da hinsichtlich der Plan-
und/oder Molybdän zuzusetzen. heit des Bandes keine besonderen Anforderungen bein
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen 40 standen, wurde es im Coil bei 55O0C 2 Stunden im
Verfahrens geht man zur Herstellung eines Feder- Einsatzofen anlaßgeglüht. Folgende Werte wurden
werkstoffs mit einem Elastizitätsmodul von über erreicht:
15 000 kp/mm*, einer Federbiegegrenze von über Elastizitätsmodul 18 900 kp/mm2,
80 kp/mm2, einer Konstanz der Federcharakteristik Federbiegegrenze 125 kp/mm2
bis über 38O°C sowie guter Korrosionsbeständigkeit 45 Federcharakteristik nach 500 Stunden Dauerbetrieb und Weiterverarbeitbarkeit am zweckmäßigsten so bei 420 bis 45QOC unverandert.
vor, daß die Nickel-Legierung bei über 900 C losungsgeglüht, anschließend in Wasser abgeschreckt, mit Während dieser Zeit kein merklicher Verschleiß wenigstens 40% Querschnittsminderung kaltverformt durch Korrosion,
und wenigstens 1,5 Minuten bei 350 bis 5000C, vor- 50 .
zugsweise bei 400 bis 450° C, anlaßgeglüht wird. B e 1 s ρ 1 e 1 2
80 kp/mm2, einer Konstanz der Federcharakteristik Federbiegegrenze 125 kp/mm2
bis über 38O°C sowie guter Korrosionsbeständigkeit 45 Federcharakteristik nach 500 Stunden Dauerbetrieb und Weiterverarbeitbarkeit am zweckmäßigsten so bei 420 bis 45QOC unverandert.
vor, daß die Nickel-Legierung bei über 900 C losungsgeglüht, anschließend in Wasser abgeschreckt, mit Während dieser Zeit kein merklicher Verschleiß wenigstens 40% Querschnittsminderung kaltverformt durch Korrosion,
und wenigstens 1,5 Minuten bei 350 bis 5000C, vor- 50 .
zugsweise bei 400 bis 450° C, anlaßgeglüht wird. B e 1 s ρ 1 e 1 2
Zur Herstellung eines Federwerkstoffs mit einem Für Miniatur-Schaltrelais wurde ein Federband mit
Elastizitätsmodul von über 18 000 kp/mm2, einer den Abmessungen 20 · 0,20 mm benötigt, das einen
Federbiegegrenze von über 90 kp/mm2, einer Konstanz Elastizitätsmodul von mindestens 18 000 kp/mm2, eine
der Federcharakteristik bis über 4000C sowie guter 55 Federbiegegrenze von über 90 kp/mm2, eine Tempe-Korrosionsbeständigkeit
wird vorzugsweise so vor- raturbeständigkeit der Federcharakteristik bis mind,
gegangen, daß die Nickel-Legierung bei über 9000C 4000C im Dauerbetrieb und eine Biegezahl von mind,
lösungsgeglüht, anschließend mit weniger als 15° C 5 aufweisen sollte (Biegekante senkrecht zur Walzpro
Stunde auf unter 3500C abgekühlt, nach weiterer richtung).
Abkühlung auf Raumtemperatur mit einer Quer- 60 Ausgehend von der gleichen Legierung wie im Beischnittsabnahme
von wenigstens 60 bis 80 % kalt- spiel 1 wurde diesmal das Warmwalzband aus der verformt und wenigstens 1,5 Minuten bei 450 bis Walzhitze (über 9000C) zur Einstellung des lösungs-6000C,
vorzugsweise bei 500 bis 5500C, anlaßgeglüht geglühten Zustandes in Wasser abgeschreckt. Nach
wird. 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 Durchlauf verfahren
und weniger auf höchste Formtreue an, so wird bei unter Spaltgas zwischengeglüht und anschließend auf
der letztgenannten Verfahrensvariante zweckmäßiger- eine Dicke von 0,2 mm kaltgewalzt. Die Anlaßglüh-
behandlung erfolgte im Durchlauf bei 400° C und einer Verweilzeit im Ofen von 2,5 Minuten.
Alle geforderten Federeigenschaften wurden erreicht. Auch die Verarbeitbarkeit beim Endverbraucher
war einwandfrei. Aus diesem Federwerkstoff aufgebaute Relais zeigten auch nach 1000 Stunden Funktionsprüfung
keinerlei Unstetigkeiten.
Der erfindungsgemäß hergestellte Federwerkstoff erweist sich somit in fast jeder Beziehung den herkömmlichen
Federwerkstoffen überlegen. Lediglich bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit, an die jedoch
nur bei stromführenden Federn Anforderungen gestellt werden, ist der erfindungsgemäß hergestellte
Werkstoff den herkömmlichen Werkstoffen aus Kupferbasislegierungen unterlegen. Er erreicht nur Werte,
die in der Größenordnung von 0,8 bis l,2m/Oinm2
liegen und damit den Werten für nichtrostende Stähle bzw. hochchromhaltige Nickel-Legierungen entsprechen.
In Sonderfällen, in denen neben besonders guten Federeigenschaften auch eine gute elektrische
Leitfähigkeit gefordert wird, können die erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffe entweder auf galvanischem
Wege oder durch Walzplattieren mit Kupfer ίο oder Silber beschichtet werden. Auf diese Weise wird
der erfindungsgemäß hergestellte Federwerkstoff auch hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit den herkömmlichen
Federwerkstoffen auf Kupferbasis angeglichen.
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Verfahren zur Herstellung eines Federwerkstoffs mit hohem Elastizitätsmodul, hoher Federbiegegrenze, guter Konstanz und Federcharaktenstik 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 Verunreinigungen .a) vor der letzten, noch wenigstens 40% Querschnittsverminderung betragenden Kaltumformung bei über 9000C lösungsgeglüht undb) nach dieser Kaltumformung wenigstens 1,5 Minuten bei 350 bis 6000C anlaßgeglüht wird.stoff, die absolut ebe'i 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)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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 |
US497640A US3915760A (en) | 1973-09-12 | 1974-08-15 | Process of producing a material having good spring properties |
CH1217274A CH597357A5 (de) | 1973-09-12 | 1974-09-06 | |
GB3929474A GB1477182A (en) | 1973-09-12 | 1974-09-09 | Process for producing a spring material |
SE7411480A SE7411480L (de) | 1973-09-12 | 1974-09-11 |
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)
Publication Number | Publication Date |
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DE2345882B1 true DE2345882B1 (de) | 1974-11-07 |
DE2345882C2 DE2345882C2 (de) | 1975-06-26 |
Family
ID=5892305
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2345882A Expired DE2345882C2 (de) | 1973-09-12 | 1973-09-12 | Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs mit guten Federeigenschaften |
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AT (1) | AT336903B (de) |
CH (1) | CH597357A5 (de) |
DE (1) | DE2345882C2 (de) |
GB (1) | GB1477182A (de) |
SE (1) | SE7411480L (de) |
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US2048165A (en) * | 1931-10-01 | 1936-07-21 | Int Nickel Co | Iron-nickel-titanium alloys |
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1973
- 1973-09-12 DE DE2345882A patent/DE2345882C2/de not_active Expired
-
1974
- 1974-07-15 AT AT584574A patent/AT336903B/de not_active IP Right Cessation
- 1974-08-15 US US497640A patent/US3915760A/en not_active Expired - Lifetime
- 1974-09-06 CH CH1217274A patent/CH597357A5/xx not_active IP Right Cessation
- 1974-09-09 GB GB3929474A patent/GB1477182A/en not_active Expired
- 1974-09-11 SE SE7411480A patent/SE7411480L/xx unknown
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GB1477182A (en) | 1977-06-22 |
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Legal Events
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