Wichtige Federstahldrähte und ihre Eigenschaften

Federstahldraht besitzt im Vergleich zu anderen Stählen eine höhere Festigkeit und kann bis zu einer bestimmten Spannung, der Elastizitätsgrenze Rp, verformt werden. Nach Entlastung kehrt er dann wieder in die Ausgangsstellung zurück, ohne dabei dauerhaft verformt zu werden. Der Federstahldraht EN 10270-3-1.4310 hat zum Beispiel eine Zugfestigkeit von 1250 bis 2200 N/mm², verglichen mit 360 N/mm² beim Baustahl S235JR. Hierbei ist der maßgebliche Unterschied das Streckgrenzenverhältnis, das heißt das Verhältnis von Elastizitätsgrenze zu Zugfestigkeit des Werkstoffs, welches bei Federstählen normalerweise bei über 85 Prozent liegt. Die Elastizität als Hauptmerkmal eines Federstahldrahts wird durch eine spezielle Legierung erreicht: Silizium (Si), Mangan (Mn), Chrom (Cr), Vanadium (V), Molybdän (Mo) und Nickel (Ni) werden im Herstellungsprozess zugegeben. Federstahldrähte verfügen über eine große Zugfestigkeit und weisen eine hohe Elastizitätsgrenze auf. Diese wird durch das Elastizitätsmodul (E-Modul) beschrieben. Um bei der Fertigung von kaltgeformten Druckfedern, Zugfedern, Schenkelfedern und Drahtbiegeteilen Überlastungen oder Brüche zu vermeiden, müssen die Federstahldrähte ein sehr gutes plastisches Formveränderungsvermögen aufweisen. Deshalb werden die meisten erst nach der Umformtechnik wärmebehandelt.

Nachfolgend die Haupteigenschaften einiger wichtiger Federstahldrähte für die Herstellung von Druckfedern, Zugfedern, Schenkelfedern und Drahtbiegeteilen bei Gutekunst Federn: Der Standard-Federstahl EN 10270-1SH/1.1200 ist ein kohlenstoffbasierter Federstahl, der in korrosiven oder extremen Umgebungen nicht ohne zusätzliche Oberflächenbehandlung eingesetzt werden kann. Der Federstahl EN 10270-1-SH wird häufig und gerne für statisch hochbeanspruchte Zug-, Druck- und Schenkelfedern mit geringen dynamischen Beanspruchungen ab einer Drahtstärke von 1,8 Millimeter gewählt. Die Arbeitstemperatur sollte 80 Grad Celsius nicht übersteigen. Die Dauerhaltbarkeit lässt sich durch Kugelstrahlen steigern. Er eignet sich für die gängigsten Druckfedern, Zugfedern, Schenkelfedern und Drahtbiegeteilen mit und ohne Oberflächenbehandlung.

Der EN 10270-1DH/1.1211 ist ein ebenso kohlenstoffbasierter Federstahl, der in korrosiven oder extremen Umgebungen nicht ohne zusätzliche Oberflächenbehandlung eingesetzt werden kann. Der Federstahl EN 10270-1DH wird ebenso für statisch hoch beanspruchte Zug-, Druck- und Schenkelfedern bis 1,8 Millimeter Drahtstärke eingesetzt. Der Werkstoff eignet sich jedoch auch für mittlere dynamische Beanspruchungen. Die Arbeitstemperatur sollte 80 Grad Celsius nicht übersteigen. Auch hier lässt sich die Dauerhaltbarkeit durch Kugelstrahlen steigern. Er eignet sich für die gängigsten Druckfedern, Zugfedern, Schenkelfedern und Drahtbiegeteilen mit und ohne Oberflächenbehandlung.

Bei besonderen Beanspruchungen und Eigenschaften, wie unmagnetisch und erhöhte Korrosionsbeständigkeit, Warmfestigkeit oder Kälteunempfindlichkeit, werden spezielle Federstahldrähte für die Herstellung der Druckfedern, Zugfedern, Schenkelfedern und Drahtbiegeteilen verwendet. Hierbei gilt es zu beachten, dass die Zugfestigkeit dieser speziellen Federstahldrähte oft nicht an die Werte der Standard-Federstahldrähte heranreicht und niedrigere Federkräfte erzielen. Der VDSiCr/Oteva 70 ist ein gehärteter Chrom-Silizium-legierter Federstahl für kaltgeformte und hoch dynamisch beanspruchte Federn. Der ölschlussvergütete Ventilfederstahl erreicht mit einer durch Kugelstrahlen verfestigten Oberfläche die besten Dauerhubfestigkeitswerte. Die Betriebstemperatur sollte jedoch 120 Grad Celisus nicht übersteigen. Er wird für hoch dynamisch beanspruchte Federn eingesetzt.

Der Federstahltyp X10CrNi18-8/1.4310 ist ein austenitischer Chrom-Nickel-Federstahl für korrosionsbeständige Federn mit mittlerer und hoher spezifischer Beanspruchung. Wegen seiner besonderen mechanischen Eigenschaften ist dieser Werkstoff 1.4310 der Klassiker unter den rostfreien Federstählen und wird häufig in der Fertigung von korrosionsbeständigen Metallfedern verwendet. Da bei diesem rostfreien Federstahl 1.4310 durch die Kaltverformung eine leichte Magnetisierbarkeit entsteht, ist dieser Werkstoff nicht für völlig unmagnetische Federn geeignet. Er wird sehr häufig in der Automobilindustrie, Chemie und Petrochemie, Lebensmittelindustrie, Maschinenbau, Antriebstechnik und für Elektronische Ausrüstungen verwendet.

In der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie bei hochfesten korrosionsbeständigen Anwendungen wird der Federstahltyp X7CrNiAl17-7/1.4568 eingesetzt, ein rostfreier ausscheidungshärtbarer Chrom-Nickel-Aluminium-legierter Federstahl. In der Lebensmittel-, Textil- und Chemieindustrie, zum Teil in der Medizintechnik sowie im Umfeld von Ölen und Seifen kommt der Federstahltyp X5CrNiMo17-12-2/1.4401 zum Einsatz, ein austenitischer Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl mit einer sehr guten Korrosionsbeständigkeit gegenüber nicht oxidierenden Säuren und chlorhaltigen Medien.

Die Kupferlegierungen CuSn6 und CuBe2 sind unmagnetisch und besitzen eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Federbronze CuSn6/2.1020 (CM452K) ist mit etwa sechs Prozent Zinnanteil die am häufigsten verwendete Kupferlegierung. Der Federstahl CuSn6 erhält seine Federeigenschaften durch die Kaltverformung. Die Festigkeitswerte und damit die Federkräfte sind wesentlich niedriger als bei den Standard-Federstahlsorten 10270-1-SH, -DH und 1.4310. Mit seiner sehr guten Korrosionsbeständigkeit und Lötbarkeit wird dieser Federstahl jedoch gerne für Steckverbinder, Kontaktstifte sowie bei Stanzbiegeteilen und Metallfedern eingesetzt, die eine gute elektrische Leitfähigkeit benötigen. Die Kupferlegierung CuSn6 kann im Gegensatz zu Messing auch in der Vakuumtechnik eingesetzt werden. Bei höherer mechanischer Belastung oder elektrischer Leitfähigkeit ist Kupfer-Beryllium besser geeignet. Der CuBe2/2.1247 (CW101C) ist ein niedriglegierter Kupfer-Beryllium-Federstahl mit einer höheren Festigkeit, guten Leitfähigkeit und guten mechanischen Eigenschaften. Der Federstahl aus Kupferberyllium CuBe2 hat eine gute Kälteunempfindlichkeit und eignet sich so für extrem tiefe Temperaturen bis in die Nähe des absoluten Nullpunktes. aru