Was ist Federstahl?
Federstahl ist ein Stahlmaterial, das zur Herstellung verschiedener Arten von Federn verwendet wird.
Das Material kann aus Draht, Stab oder Band hergestellt werden. Es gibt zwei Arten von Federstahl: die Warmumformung, bei der das Material in eine Federform gebracht und dann wärmebehandelt wird, und die Kaltumformung, bei der das Material bei Raumtemperatur unter Verwendung von wärmebehandeltem Material in eine Federform gebracht wird.
Die Norm ist JIS G4801 als “Federstahlprodukte”. In dieser Norm werden nur Werkstoffe für warmgeformte Federn (nicht wärmebehandelte Werkstoffe) spezifiziert, aber auch Werkstoffe für kaltgeformte Federn (wärmebehandelte Werkstoffe) werden allgemein als Federstahl bezeichnet.
Verwendungen von Federstahl
Federstahl wird für die Herstellung verschiedener Arten von Federn verwendet. Er wird zur Herstellung von Zugschraubenfedern, Druckschraubenfedern, Rückstellfedern mit Gewinde, Torsionsstäben, laminierten Tellerfedern und Tellerfedern verwendet.
1. Warmgeformter Federstahl
Warmgeformte Federstähle sind nach JIS mit Standardabmessungen ab Φ9 für Drahtwerkstoffe spezifiziert und werden für große Federn, wie z. B. in Automobilaufhängungen, verwendet.
2. Federstahl zum Kaltumformen
Kaltgeformte Federstähle sind in kleinen Durchmessern und dünnen Blechen erhältlich und werden häufig für Federprodukte für Präzisionsgeräte, Industriemaschinen, Spielzeug und den allgemeinen Hausgebrauch verwendet.
Arten von Federstählen
1. Warmgeformter Federstahl
Für Federstähle werden hochfeste Werkstoffe verwendet. Neun Arten von Werkstoffen für warmgeformte Federn sind in JISG4801:2021 als “Federstahlwerkstoffe (SUP)” spezifiziert. Die Festigkeit dieser Werkstoffe wird nicht eingestellt, bevor sie zu Federn geformt werden. Das Material wird bei ca. 900°C bis 1.200°C erhitzt, bis es hellrot wird, auf die gewünschte Länge geschnitten und in Form gewickelt.
Anschließend erfolgt das Abschrecken und Anlassen, um die Federeigenschaften zu erhalten. Warmgeformte Federn sind groß, können aber durch dieses Verfahren mit geringem Kraftaufwand bearbeitet werden. Allerdings ist eine strenge Temperaturkontrolle erforderlich.
2. Federstähle für die Kaltumformung
Beispiele für kaltgeformte Federstähle sind harter Stahldraht (SW), Klavierdraht (SWP) und rostfreier Stahl (SUS). Diese Werkstoffe für kaltgeformte Federn sind bereits als Rohmaterial wärmebehandelt und haben Federeigenschaften.
Die Federumformung erfolgt bei Raumtemperatur und wird anschließend geglüht. Im Vergleich zur Warmumformung ist der Kraftaufwand bei der Verarbeitung höher, so dass sie sich für die Verarbeitung kleiner Federn eignet. Es ist möglich, Federn auf stabile Weise zu verarbeiten, und die meisten Federn, die wir normalerweise sehen, sind kaltgeformte Federn.
Aufbau des Federstahls
Als Werkstoffe für Federstahl werden rostfreier Stahl, legierter Stahl und kohlenstoffreicher Stahl verwendet. Federstahl kann in zwei Arten von Formen unterteilt werden: langer, dünner Draht und flaches Blech.
1. Walzdraht
Die Form von Walzdraht oder Stabstahl ist lang und dünn. Typische Beispiele für Walzdraht aus Federstahl für die Kaltumformung sind harter Stahldraht und Klavierdraht. Beide werden durch Ziehen durch Löcher in einer Matrize hergestellt, wodurch sich ihr Durchmesser verringert. Im Gegensatz zu Drahtmaterialien wie Draht hat Hartstahldraht einen hohen Kohlenstoffgehalt. Hartstahldraht kann für Alltagsgegenstände wie Betten und Stühle verwendet werden.
2. Bleche
Bleche sind flach. Federstahl, der für dünne Tellerfedern verwendet wird, heißt Bandstahl. Wie Klavierdraht kann er durch Walzen hergestellt werden. Es gibt Typen, die nach dem Kaltwalzen direkt zur Federformung verwendet werden, Typen, die nach dem Walzen geglüht werden, und Typen, die nach dem Walzen vergütet werden.
Wie man Federstahl auswählt
Die Verwendung von Federstahl hängt von der Art des Stahlmaterials ab. Mangan-Chrom-Stahl und Silizium-Mangan-Stahl können beispielsweise für Schraubenfedern, überzogene Blattfedern und Torsionsstäbe verwendet werden. Chrom-Vanadium-Stähle werden hauptsächlich für Schraubenfedern und Torsionsstäbe verwendet, während Silizium-Chrom-Stähle hauptsächlich für Schraubenfedern eingesetzt werden.
Chrom-Molybdän-Stähle werden für große Schraubenfedern und Tellerfedern verwendet, während Mangan-Chrom-Bor-Stähle für große Schraubenfedern, Tellerfedern und Torsionsstäbe eingesetzt werden.