Federstahl
unter Spannung elastisch verformbarer Stahl
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Federstahl besitzt eine höhere Festigkeit als andere Stähle. Anwendungen sind z. B. die Federn in Fahrwerken von Kraftfahrzeugen, aber auch die kleine Feder, welche die Wäscheklammer zusammendrückt. Auch moderne kampftaugliche Schaukampfschwerter werden aus Federstahl hergestellt. Des Weiteren wird Federstahl, meist in Form des Bügels, in Headsets verbaut, so dass diese einerseits stabil und andererseits elastisch sind.
Jedes Bauteil kann bis zu einer Spannung (Elastizitätsgrenze) verformt werden, die durch den Werkstoff bestimmt ist, um danach ohne bleibende Verformung elastisch in den Ausgangszustand zurückzukehren. Die Werkstoffeigenschaft, die das ermöglicht, ist die Elastizität. Darüber hinausgehende Verformungen führen zu bleibender Verformung, d. h. plastischer Deformation.
Beispielsweise hat der Federstahl 38Si7 eine Elastizitätsgrenze (Streckgrenze) von mindestens 1150 N/mm² (bei einer Zugfestigkeit von 1300 bis 1600 N/mm²), verglichen mit 235 N/mm² bei dem Baustahl S235JR (Zugfestigkeit 360 N/mm²). Der maßgebliche Unterschied ist hierbei das Streckgrenzenverhältnis, d. h. das Verhältnis der Streckgrenze zur Zugfestigkeit des Werkstoffs, welches bei Federstählen üblicherweise im Bereich > 85 % liegt.
Herstellung
Die Elastizität als herausragende Eigenschaft eines Federstahls wird durch Herstellen einer Legierung mit den entsprechenden Eigenschaften erzielt. Ein Legierungselement, das dieses begünstigt, ist (neben anderen) Silizium. Wichtig ist zudem, eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Kohlenstoffs zu erreichen.
Beispiele
| Benennung | Werkstoff-Nr. | Verwendungsbeispiele | Normen | alte (DIN)-Bezeichnung |
|---|---|---|---|---|
| X10CrNi18-8 | 1.4310 | Federblech, Spannhülsen, Tellerfedern usw. | EN 10151 | |
| 38Si7 | 1.5023 | Federringe, Tellerfedern usw. | EN 10089 | |
| 61SiCr7 | 1.7108 | Blattfedern für Fahrzeuge, Schraubenfedern usw. | EN 10089 | 60SiCr7 |
| 52CrMoV4 | 1.7701 | hoch beanspruchte Federn mit großen Abmessungen | EN 10089 | 51CrMoV4 |
| 51CrV4 | 1.8159 | bei Verschleiß- und Ermüdungsbeanspruchung, z. B. für Spannstifte | EN 10089 | 50CrV4 |
| C67E / C67S | 1.1231 | Präzisionsfedern, Spannstifte | EN 10132 | Ck67[1][2] |
Im Freizeitbereich wird Federstahl für Gleitschuhe benötigt. Er wird auch als Rahmenmaterial bei Rucksäcken eingesetzt. Vorläufer des Federstahls sind die Stahlbogen in Armbrüsten.
Normen
Nachfolgend eine Auswahl von Normen zum Thema Federstahl und deren Ersatz.
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| Bereich | Werkstoffe | ||
| Titel | Warmgewalzte Stähle für vergütbare Federn - Technische Lieferbedingungen | ||
| Erstveröffentlichung | April 2003 | ||
| Letzte Ausgabe | April 2003 | ||
| Klassifikation | 77.140.25 | ||
| Nationale Normen | DIN EN 10089 ÖNORM EN 10089 SN EN 10089 | ||
| Ersatz für | DIN 17221:1989-12 | ||
- Alle in dieser Europäischen Norm enthaltenen Stähle sind nach EN 10020 als legierte Edelstähle eingeteilt.
EN 10089 Tabelle 3 - Stahlsorten Stahlbezeichnung Kurzname Werkstoffnummer 38Si7 1.5023 46Si7 1.5024 56Si7 1.5026 55Cr3 1.7176 60Cr3 1.7177 54SiCr6 1.7102 56SiCr7 1.7106 61SiCr7 1.7108 51CrV4 1.8159 45SiCrV6-2 1.8151 54SiCrV6 1.8152 60SiCrV7 1.8153 46SiCrMo6 1.8062 50SiCrMo6 1.8063 52SiCrNi5 1.7117 52CrMoV4 1.7701 60CrMo3-1 1.7239 60CrMo3-2 1.7240 60CrMo3-3 1.7241 - Wärmebehandlungszustände nach Tabelle 1: wie gewalzt "+AR", behandelt auf Scherbarkeit "+S", weichgeglüht "+A", geglüht zur Erzielung kugeliger Carbide "+AC"
- Oberflächenausführung nach Tabelle 2: wie gewalzt "+AR", wie gewalzt und gebeizt "+PI", wie gewalzt und gestrahlt "+BC
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| Bereich | Werkstoffe | ||
| Titel | Warmgewalzte Stähle für vergütbare Federn - Technische Lieferbedingungen | ||
| Erstveröffentlichung | Dezember 1972 | ||
| Letzte Ausgabe | Dezember 1988 | ||
| Zurückgezogen | April 2003 | ||
| Normverweis | DIN EN 10089 | ||
- DIN 17221 Warmgewalzte Stähle für vergütbare Federn[8][9]
- Bei den in dieser Norm erfassten Stählen handelt es sich um legierte Edelstähle.
DIN 17221 - Tabelle 2 Stahlsorte Kurzname Werkstoffnummer 38 Si 7 1.5023 54 SiCr 6 1.7102 60 SiCr 7 1.7108 55 Cr 3 1.7176 50 CrV 4 1.8159 51 CrMoV 4 1.7701 - Wärmebehandlungszustände nach Tabelle 1: unbehandelt "U", behandelt auf Scherbarkeit "C", weichgeglüht "G", geglüht auf kugelige Carbide "GKZ"
- Änderungen gegenüber Ausgabe 1972-12[10][11]
- Stahlsorte 51 Si 7 gestrichen, Stahlsorte 54 SiCr 6 aufgenommen.
- Stahlsorten 38 Si 7 und 60 SiCr 7 sind jetzt Edelstähle.
- Lieferzustand "geglüht auf kugelige Carbide" (GKZ) aufgenommen
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| Bereich | Werkstoffe | ||
| Titel | Stahldraht für Federn | ||
| Teile | Teil 1: Patentiert gezogener unlegierter Federstahldraht | ||
| Erstveröffentlichung | Dezember 2001 | ||
| Letzte Ausgabe | Juni 2024 | ||
| Klassifikation | 77.140.25 | ||
| Nationale Normen | DIN EN 10270-1 ÖNORM EN 10270-1 SN EN 10270-1 | ||
| Ersatz für | DIN 17223-1:1984-12 | ||
- EN 10270-1 Stahldraht für Federn - Teil 1: Patentiert gezogener unlegierter Federstahl
- Draht, der durch Kaltumformung eines zuvor durch Patentieren (siehe EN 10252) wärmebehandelten Ausgangswerkstoffes auf Maß gezogen wurde, um eine geeignete Gefügestruktur für das anschließende Walzen oder Ziehen einzustellen. In der folgenden Tabelle ist der Stand von 2017-09 wiedergegeben.
EN 10270-1 Tabelle 1 - Federdrahtsorten Zugfestigkeit statisch dynamisch Niedrige Zugfestigkeit SL - Mittlere Zugfestigkeit SM DM Hohe Zugfestigkeit SH DH Für besondere Anwendungen kann eine weitere Zugfestigkeit vereinbart werden. - Federstahldraht ist herzustellen aus folgenden Stahlsorten:
- für SL, SM und SH nach EN ISO 16120-2
- für DM und DH nach EN ISO 16120-4
- Bezüglich der allgemeinen Anforderungen gilt EN ISO 16120-1.
- Der Federdraht kann phosphatiert (ph), entweder trockenblank oder nassblank gezogen, verkupfert (cu), mit Zink- (Z) oder Zink/Aluminium-Überzug (ZA) geliefert werden.
- Frühere Ausgaben:
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| Bereich | Werkstoffe | ||
| Titel | Stahldraht für Federn | ||
| Teile | Teil 2: Ölschlussvergüteter Federstahldraht | ||
| Erstveröffentlichung | Dezember 2001 | ||
| Letzte Ausgabe | Januar 2012 | ||
| Klassifikation | 77.140.25 | ||
| Nationale Normen | DIN EN 10270-2 ÖNORM EN 10270-2 SN EN 10270-2 | ||
| Ersatz für | DIN 17223-2:1990-09 | ||
- Draht, der im Durchlauf wie folgt wärmebehandelt wird: Zunächst Umwandlung zu Austenit, Abschrecken in Öl oder ähnlichem Abschreckmittel gefolgt von unmittelbarem Anlassen durch Erwärmen auf die geeignete Temperatur
EN 10270-2 Tabelle 1 - Federdrahtsorten und Durchmesserbereich Zugfestigkeit statisch mittlere Dauerfestigkeit hohe Dauerfestigkeit Niedrige Zugfestigkeit FDC TDC VDC Mittlere Zugfestigkeit FDCrV TDCrV VDCrV Hohe Zugfestigkeit FDSiCr TDSiCr VDSiCr Sehr hohe Zugfestigkeit FDSiCrV TDSiCrV VDSiCrV Durchmesserbereich in (mm) 0,50 bis 17,00 0,50 bis 10,00 0,50 bis 10,00 - Änderungen gegenüber 2012-01: Neue Stahldrahtsorten in Tabelle 1 aufgenommen: FDSiCrV, TDSiCrV, VDSiCrV
- Frühere Ausgaben:
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| Bereich | Werkstoffe | ||
| Titel | Stahldraht für Federn | ||
| Teile | Teil 3: Nichtrostender Federstahldraht | ||
| Erstveröffentlichung | August 2001 | ||
| Letzte Ausgabe | Januar 2012 | ||
| Zurückgezogen | November 2020 | ||
| Klassifikation | 77.140.25 | ||
| Nationale Normen | DIN EN 10270-3 | ||
| Ersatz für | DIN 17224:1982-02 | ||
| Normverweis | ISO 6931-1 | ||
EN 10270-3 - Tabelle 1 und Tabelle B.1 Stahlsorte Entsprechende frühere Bezeichnung ISO-Bezeichnungen Kurzname Werkstoffnummer DIN 17224: 1982 AFNOR BS 2056: 1991 MMS 900 ISO 6931-1:1994 X10CrNi18-8 1.4310 X12CrNi17-7 1.4301 Z 12 CN 18-09 302S26 SS-steel 2331 Nummer 1 X 9 CrNi 18-8 X5CrNiMo17-12-2 1.4401 X5CrNiMo18-10 1.4401 Z 7 CND 17-11-02 316S42 SS-steel 2347 Nummer 2 X 5 CrNiMo 17-12-2 X7CrNiAl17-7 1.4568 X7CrNiAl17-7 1.4568 Z 9 CNA 17-07 301S81 SS-steel 2388 Nummer 3 X 7 CrNiAl 17-7 X5CrNi18-10 1.4301 X5CrNi18-10 1.4301 Z 7 CN 18-09 304S17 - - X1NiCrMoCu25-20-5 1.4539 X2CrNiMoN22-5-3 1.4462 - Änderungen gegenüber 2001-08: Es wurden folgende neue Stahlsorten aufgenommen: X5CrNi18-10 (1.4301), X1NiCrMoCu25-20-5 (1.4539), X2CrNiMoN22-5-3 (1.4462)
- Frühere Ausgaben:
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| Bereich | Werkstoffe | ||
| Titel | Runder Federstahldraht | ||
| Teile | Teil 1: Patentiert-gezogener Federdraht aus unlegierten Stählen - Technische Lieferbedingungen | ||
| Erstveröffentlichung | März 1964 | ||
| Letzte Ausgabe | Dezember 1984 | ||
| Zurückgezogen | Dezember 2001 | ||
| Normverweis | EN 10270-1 | ||
- DIN 17223-1 Runder Federstahldraht – Patentiert-gezogener Federdraht aus unlegierten Stählen - Technische Lieferbedingungen[8][9][11]
- In der Norm sind folgende Drahtsorten festgelegt:
- Drahtsorte A
- Drahtsorte B
- Drahtsorte C
- Drahtsorte D
- Oberflächenausführungen:
- trockenblank phosphatiert gezogen (tr bk phr nach DIN 1653)
- trockenblank grau gezogen (tr bk gr nach DIN 1653)
- trockenblank rötlich gezogen (tr bk rt nach DIN 1653)
- naßblank phosphatiert gezogen (n bk phr in damals aktueller DIN 1653 nicht enthalten, später in DIN 1653 aufgenommen)
- naßblank grau gezogen (n bk gr nach DIN 1653)
- naßblank rötlich gezogen (n bk rt nach DIN 1653)
- Gegenüber Ausgabe 1964-03 Drahtsorte II gestrichen, Drahtsorte D neu aufgenommen.
- Frühere Ausgaben
- 1964-03[10]:
- 1955-04: als DIN 17223
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| Bereich | Werkstoffe | ||
| Titel | Runder Federstahldraht | ||
| Teile | Teil 2: Ölschlußvergüteter Federstahldraht aus unlegierten und legierten Stählen - Technische Lieferbedingungen | ||
| Erstveröffentlichung | März 1964 | ||
| Letzte Ausgabe | September 1980 | ||
| Zurückgezogen | Dezember 2001 | ||
| Normverweis | EN 10270-2 | ||
- DIN 17223-2 Runder Federstahldraht – Ölschlussvergüteter Federstahldraht aus unlegierten und legierten Stählen - Technische Lieferbedingungen[8][9]
- In der Norm sind folgende Drahtsorten festgelegt:
- VD (unlegiert)
- VD CrV (legiert)
- VD SiCr (legiert)
- FD (unlegiert)
- FD CrV (legiert)
- FD SiCr (legiert)
- Gegenüber Ausgabe 1964-03 CrV- und SiCr-legierte Drahtsorten aufgenommen.
- Frühere Ausgaben
- 1964-03[10]:
- 1955-04: als DIN 17223
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| Bereich | Werkstoffe | ||
| Titel | Federdraht und Federband aus nichtrostenden Stählen | ||
| Erstveröffentlichung | April 1955 | ||
| Letzte Ausgabe | März 1982 | ||
| Zurückgezogen | August 2001 | ||
| Normverweis | EN 10151 EN 10270-3 | ||
- In der Norm sind folgende Drahtsorten festgelegt:
DIN 17224 - Tabelle 1 Stahlsorte Kurzname Werkstoffnummer X 12 CrNi 17 7 1.4310 X 5 CrNiMo 18 10 1.4401 X 7 CrNiAl 17 7 1.4568 - Frühere Ausgaben
- 1968-07[10]:
- 1955-04:
- DIN 1570 Warmgewalzter gerippter Federstahl; Maße, Gewichte, zulässige Abweichungen, statische Werte; 1.2004 ersetzt durch DIN EN 10092-2
- DIN 4620 Federstahl, warmgewalzt, mit gerundeten Schmalseiten für Blattfedern; 1.2004 ersetzt durch DIN EN 10092-1
- DIN 17222 Kaltgewalzte Stahlbänder für Federn; 5.2000 ersetzt durch DIN EN 10132-1 und DIN EN 10132-4
- DIN 59145 Federstahl, warmgewalzt, mit halbkreisförmigen Schmalseiten; 1.2004 ersetzt durch DIN EN 10092-1
- DIN 59146 Federstahl, warmgewalzt, mit rechteckigem Querschnitt und gerundeten Kanten für Blattfedern; 1.2004 ersetzt durch DIN EN 10092-1
- EURONORM 89 Legierte Stähle für warmgeformte vergütbare Federn; Gütevorschriften; 12.2002 ersetzt durch DIN EN 10089
Weblinks
Wiktionary: Federstahl – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
- Material Archiv: Federstahl – umfangreiche Materialinformationen und Bilder