Federstahl

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	{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:https://web.archive.org/web/20150106104236/http://www.metallograf.de/start.htm?werkstoffkartei/1231/1231.htm%7C{{#if:Metallografie und Werkstoffprüfung bei Stahl - für Metallograf und Werkstoffprüfer|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://web.archive.org/web/20150106104236/http://www.metallograf.de/start.htm?werkstoffkartei/1231/1231.htm}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Metallografie und Werkstoffprüfung bei Stahl - für Metallograf und Werkstoffprüfer}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:http://www.metallograf.de/start.htm?werkstoffkartei/1231/1231.htm%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7Cja}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Metallografie und Werkstoffprüfung bei Stahl - 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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.

• EN 10089 Warmgewalzte Stähle für vergütbare Federn - Technische Lieferbedingungen<ref name=":3">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref name=":4">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref name=":0">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref name=":1">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref name=":2">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

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

• DIN 17221 Warmgewalzte Stähle für vergütbare Federn<ref name=":6">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref name=":7">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

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<ref name=":8">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref name=":9">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

• 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

• 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:

• 2017-09<ref name=":1" /><ref name=":2" />:
• 2012-01<ref name=":0" />:
• 2001-12<ref name=":3" /><ref name=":4" /><ref name=":5">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>: zusätzliche Sorte DM aufgenommen

• EN 10270-2 Stahldraht für Federn - Teil 2: Ölschlussvergüteter Federstahldraht<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" />

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:

• 2012-01<ref name=":3" /><ref name=":4" /><ref name=":5" />: Sorten FD und VD in FDC bzw. VDC umbenannt, Sorten TDC, TDCrV und TDSiCr neu aufgenommen

• EN 10270-3 Stahldraht für Federn - Teil 3: Nichtrostender Federstahldraht<ref name=":0" /><ref name=":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:

• 2001-08<ref name=":3" /><ref name=":4" /><ref name=":5" /><ref name=":10">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>:

• DIN 17223-1 Runder Federstahldraht – Patentiert-gezogener Federdraht aus unlegierten Stählen - Technische Lieferbedingungen<ref name=":6" /><ref name=":7" /><ref name=":9" />

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<ref name=":8" />:
• 1955-04: als DIN 17223

• DIN 17223-2 Runder Federstahldraht – Ölschlussvergüteter Federstahldraht aus unlegierten und legierten Stählen - Technische Lieferbedingungen<ref name=":6" /><ref name=":7" />

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<ref name=":8" />:
• 1955-04: als DIN 17223

• DIN 17224 Federdraht und Federband aus nichtrostenden Stählen<ref name=":6" /><ref name=":7" /><ref name=":9" /><ref name=":10" /><ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

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<ref name=":8" />:
• 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

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• Material Archiv: Federstahl – umfangreiche Materialinformationen und Bilder

Einzelnachweise

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