Wat is veerstaal? - Een gids voor kwaliteiten, bewerking en ontwerp

Veel mechanische systemen om ons heen moeten schokken en onbedoelde energie absorberen. Zo moet het veersysteem van een auto bijvoorbeeld de schok van een kuil in de weg tijdens het rijden opvangen. Anders ervaren de passagiers een ongewenste rijervaring. Verenstaal biedt precies dat! Het kan een grote hoeveelheid energie absorberen zonder blijvende vervorming. Dat is slechts een klein voorbeeld. Er zijn talloze toepassingen voor dit ongelooflijke materiaal.

Wat is veerstaal?

Verenstaal is een speciaal type staal dat zijn vorm behoudt zonder blijvende vervorming, zelfs onder hoge belasting. Verenstaal heeft een hoge vloeigrens en een hoge elasticiteit. Deze eigenschappen maken verenstaal bijzonder geschikt voor toepassingen waarbij schokabsorptie vereist is.

Definitie van veerstaal

• Hoe maakte Smiths veerstaal?

Traditioneel ontwikkelden smeden door vallen en opstaan ​​technieken om verenstaal te produceren. Ze lieten koolstofstaal verhitten, blussen en ontlaten. Op die manier ontstond duurzaam en taai staal voor de hoogwaardige toepassingen van die tijd.

Hoe veerstaal verschilt van gewoon koolstofstaal

Laten we eens kijken: "Wat is het verschil tussen verenstaal en gewoon staal?". Vergeleken met koolstofstaal heeft verenstaal een hoge vloeigrens, hoge elasticiteit, goede taaiheid en vermoeiingsweerstand. De chemische samenstelling en warmtebehandeling zijn echter iets anders. Hierdoor ontwikkelen verenstaalsoorten het vermogen om diep te buigen en terug te keren naar hun vorm.

Is verenstaal hard of zacht?

Veerstaal is harder dan gewoon koolstofstaal. Het hoge koolstofgehalte, in combinatie met legeringselementen zoals Si, Mn, V, Cr, enz., maken het harder. De warmtebehandeling verhoogt de hardheid verder.

Veerstaal versus roestvrij staal

Terwijl veerstaal voornamelijk wordt gebruikt vanwege de hoge elasticiteit, wordt roestvast staal vooral gebruikt vanwege de corrosiebestendigheid. Voor toepassingen die een hoge sterkte vereisen, is veerstaal altijd de ideale keuze voor het bewerken van materiaal.

Belangrijkste soorten veerstaal

Meestal wordt verenstaal zo genoemd omdat het vaak gebruikt wordt voor het maken van veren; functioneel gezien worden de volgende metalen zo geclassificeerd vanwege hun superieure veereigenschappen. Zo wordt bijvoorbeeld 17-7PH roestvast staal, dat vanuit materiaalkundig oogpunt geclassificeerd wordt als een semi-austenitisch precipitatiehardend roestvast staal, na warmtebehandeling ook vaak "verenstaal" genoemd. Grofweg kan verenstaal dus in vier categorieën worden ingedeeld:

1. Koolstofveerstaal: 1075, 1095, 5160

Koolstofstaal is het voordeligst. Koolstofstaal dankt zijn hoge vloeigrens en elasticiteit aan een hoog koolstofgehalte. Normaal gesproken ligt het koolstofgehalte tussen de 0.6 en 1.0%.

Wat is beter, 5160 of 1095 staal?

Veerstaal van kwaliteit 5160 heeft een hogere taaiheid dan veerstaal van kwaliteit 1095. Dit komt doordat de sterkte van veerstaal van kwaliteit 5160 afhankelijk is van koolstof en een kleine toevoeging van chroom. Bij veerstaal van kwaliteit 1095 daarentegen is de sterkte volledig afhankelijk van het hoge koolstofgehalte, wat resulteert in zeer harde en broze fasen.

• 5160 en 50CrV4

Verenstaal van 5160 en 50CrV4-verenstaal lijken sterk op elkaar qua samenstelling en mechanische eigenschappen. Het enige verschil is de microlegering met vanadium in 50CrV4-verenstaal. De toevoeging van V verfijnt de korrelstructuur, wat resulteert in een verbeterde sterkte en taaiheid.

2. Gelegeerde veerstalen: 60Si2Mn, 55CrSi

Legeringtoevoegingen zoals Si, Cr en Mn verhogen de sterkte en taaiheid enorm. Silicium is een van de belangrijkste legeringselementen in veerstaal. Het wijzigt de microstructuur zodanig dat de vloeigrens, de vloeigrens en de elasticiteit enorm verbeteren. Mn en Cr verbeteren de hardbaarheid en sterkte. 60Si2Mn en 55CrSi zijn veelgebruikte soorten gelegeerd veerstaal.

3. Roestvrijstalen verenstaal: 301, 302, 17-7PH

Roestvrij verenstaal is duurder dan andere soorten veerstaal. Alle soorten roestvrij verenstaal hebben een hoog chroomgehalte, wat een corrosiebeschermende laag over het oppervlak vormt. 301 heeft een iets hoger koolstofgehalte en een lager nikkelgehalte dan 302. Ter vergelijking: 301 is iets sterker dan 302. Aan de andere kant is 302 corrosiebestendiger.

17-7 PH roestvrij staal is een ander materiaal dat in veren wordt gebruikt. 17 en 7 geven de percentages Cr en Ni aan. "PH" geeft aan dat het een precipitatiehardende legering is. Dit betekent dat het in een zachtere toestand wordt gevormd, terwijl de sterkte toeneemt tijdens veroudering.

4. Muziekdraad (ASTM A228)

Muziekdraad is gemaakt van een zeer hoogwaardig materiaal. Doordat deze draden koudgetrokken zijn, wordt hun elasticiteit verbeterd tijdens het koudvervormen. Ze kunnen normaal gesproken gemaakt zijn van koolstofstaal. Legeringen verbeteren de veereigenschappen.

Samenstelling en mechanische eigenschappen

De chemische samenstelling van verenstaal speelt een belangrijke rol bij de modificatie van de microstructuur. Deze modificatie leidt tot veranderingen in de mechanische eigenschappen. Elk legeringselement heeft zijn eigen specifieke functie bij het verbeteren van de reactie op cyclische belasting, buiging, torsie en impact.

Rollen van C, Si, Cr en V

Koolstof en silicium zijn de belangrijkste legeringselementen in veerstaal. Koolstof versterkt staal door interstitiële verharding en carbidevorming. Silicium helpt bij de verfijning van de microstructuur. Het onderdrukt cementietvorming en bevordert de vorming van martensiet. Chroom vormt harde carbiden. Vanadium is een microlegeringselement. Zelfs een klein percentage V verfijnt de microstructuur aanzienlijk.

Mechanische eigenschappen van veerstaal

1075 mechanische eigenschappen

1095 mechanische eigenschappen

5160 mechanische eigenschappen

Mechanische eigenschappen van 60Si2Mn

17-7PH Mechanische eigenschappen

Warmtebehandeling vóór bewerking

Warmtebehandeling is een noodzakelijke stap voor het aanpassen van de hardheid, bewerkbaarheid en elasticiteit van verenstaal. Voor de bewerking is een lagere hardheid gewenst en na de bewerking een hoge elasticiteit. Normaal gesproken wordt verenstaal vóór de bewerking gegloeid en vervolgens afgeschrikt en getemperd.

Hoe kan ik verenstaal warmtebehandelen?

• Gloeien: Austenitiseren bij 760^OC en dan in de oven laten afkoelen tot 550-600^O Daarna aan de lucht laten afkoelen.
• Uitharding: Austenitiseren boven 800^OC en houd dit vervolgens een tijdje vast, afhankelijk van de dikte van de sectie. Blus vervolgens af in olie.
• Tempereren: Verwarm tot 300-500^OC en houd het een tijdje vast. Koel dan langzaam af.

Waarom warmtebehandeling noodzakelijk is voor veerstaal

Omdat gewalst of gegloeid veerstaal niet erg elastisch is, ondergaan ze een hard- en ontlaatproces om de gewenste eigenschappen te verkrijgen.

CNC-bewerking van veerstaal en bewerkbaarheid

CNC-bewerking van veerstaal maakt het mogelijk om complexe onderdelen met hoge precisie te maken. Een ervaren machineopstelling en de juiste instellingen zijn echter vereist om goede resultaten te behalen.

• Is veerstaal bewerkbaar?

Veerstaal is een moeilijk te bewerken materiaal. Het heeft een hoge hardheid die problemen oplevert bij het snijden. Met de juiste instellingen en warmtebehandeling kunnen hoogwaardige onderdelen van veerstaal worden gemaakt.

Machine in gegloeide toestand versus na warmtebehandeling

Bewerken in gegloeide toestand is altijd eenvoudig. De hardheidswaarde komt uit op een lagere waarde, wat het snijden vergemakkelijkt. Aan de andere kant wordt het oppervlak van verenstaal na het harden en/of ontlaten zeer hard voor bewerking.

CNC-bewerking van veerstaalproces

CNC draaien van veerstaal

Bij CNC-draaien roteert het werkstuk terwijl het gereedschap stilstaat. Dit wordt vaak gebruikt voor assymmetrische vormen.

CNC-frezen van veerstaal

Bij CNC-frezen beweegt het gereedschap, maar blijft het werkstuk stilstaan. Dit wordt gebruikt voor grote objecten met veel kenmerken. Tip: meeloopfrezen werkt het beste voor verenstaal.

5-assige bewerking van veerstaal

Met 5-assige bewerking kunnen zeer complexe vormen uit plaatmateriaal worden gesneden. Het gereedschap kan flexibel in verschillende richtingen bewegen. Het werkstuk hoeft maar één keer te worden vastgezet. De CNC-machine zorgt voor alle rotaties.

Slijpen van veerstaal

Slijpen is een bewerking die wordt uitgevoerd voor het afwerken van verenstalen onderdelen. Slijpen vermindert de oppervlakteruwheid en verfijnt de afmetingen.

Maatwerk verenstalen onderdelen

Hoewel elk onderdeel van verenstaal kan worden gemaakt, staan ​​hieronder enkele veelvoorkomende onderdelen vermeld:

• Bladveren
• Schroefveerzittingen
• Klemmen en clips
• Hoogwaardige assen
• Slijtvaste pennen
• Messenblanks en gereedschappen
• Ophangingsonderdelen
• Aangepaste veermechanismen

Voordelen van het kiezen van CNC-bewerking van veerstaal

CNC-bewerking weegt meer dan andere bewerkingsprocessen. Zelfs met taaie kwaliteiten zoals SAE 1095, 17-7 PH, 5160, enz. levert CNC-bewerking veelbelovende resultaten. Onderdelen zoals clips, gereedschappen, speciale veren, vlakke onderdelen of zeer sterke mechanische elementen kunnen eenvoudig worden gemaakt.

Nauwe toleranties en herhaalbaarheid

Omdat CNC niet sterk afhankelijk is van handmatige instellingen, worden menselijke fouten geëlimineerd. CNC volgt CAD en CAM en maakt daarom altijd dezelfde afmetingen. CNC-bewerking is ideaal voor onderdelen van veerstaal die een exacte doorbuiging of pasvorm vereisen. Voorbeelden hiervan zijn veerschotels, vulplaten, platte veren, vergrendelingsmechanismen en slijtvaste messen.

Hoogwaardige afwerkingscapaciteit

Omdat de instellingen in CNC voor elk duplicaatonderdeel vastliggen, treden er zelden bewerkingsfouten op. De toleranties voor nabewerkingen zoals slijpen en polijsten liggen elke keer vast. Dit resulteert in een consistente, uitstekende oppervlakteafwerking.

Vrijheid van ontwerp

CNC-bewerking biedt een brede flexibiliteit in vormgeving. Het speelt in op ruimtebeperkingen voor veeronderdelen. Elementen zoals uitsparingen, sleuven, taps toelopende delen en dunne profielen kunnen eenvoudig worden aangebracht. Eventuele wijzigingen in ontwerpen kunnen eenvoudig worden opgenomen in CAD- en CAM-bestanden. Handmatige aanpassingen zijn dus niet elke keer nodig.

Tips voor het ontwerpen van uw onderdelen

Een goed ontwerp is de basis voor hoogwaardige productie. Deskundige ontwerpers houden rekening met elk aspect van het ontwerp. De juiste materiaalkeuze, het definiëren van toleranties en het opnemen van noodzakelijke functies zijn belangrijk voor een robuust ontwerp.

Kies een geschikte staalsoort

Veerstaal is er in verschillende kwaliteiten en klassen. Elke veerstaalsoort heeft zijn eigen toepassing. Zo zijn koolstofrijke soorten zoals 1095 het meest geschikt voor toepassingen die een hoge hardheid en lage kosten vereisen. Legeringen zoals 5160 geven prioriteit aan taaiheid en roestvast staal biedt corrosiebestendigheid. Het is altijd verstandig om deskundige fabrikanten zoals TUOFA te raadplegen voor advies.

Toeslag voor terugvering

Verenstaal vertoont een terugverend effect bij buigbewerkingen. Buighoeken moeten daarom rekening houden met de terugvering.

Functies en kenmerken

Onderdelen van verenstaal moeten eigenschappen hebben die de spanningsconcentratie minimaliseren. Daarbij zijn eigenschappen zoals afgeronde hoeken, het vermijden van scherpe hoeken en spanningsverlagende groeven essentieel.

Toepassingen van verenstaal

Verenstaal wordt veel gebruikt in toepassingen zoals veersystemen, koppelingen, klepveren, borgclips en diverse dempingscomponenten. Deze toepassingen maken optimaal gebruik van de hoge elasticiteit en hoge vloeigrens van verenstaal.

Auto-onderdelen

• Ophangsysteem
• Clutches
• Klepveren
• Behoud van clips

Industriële machines en robotica

• Spiraalveren
• Platte veren
• Sluitringen
• Geleidingsstrips
• Robotische mechanismen

Medische apparaten en instrumenten

• Chirurgische hulpmiddelen
• Orthodontische apparaten
• Precisieklemmen
• Mechanische assemblages

Maatwerkoplossingen

Veerstaal wordt gebruikt in toepassingen die een hoge elasticiteit en sterkte vereisen. Veel fabrikanten geven de voorkeur aan veerstaal voor maatwerkonderdelen vanwege de hoge duurzaamheid.

Is veerstaal geschikt voor het maken van messen?

Spiraalstaal is zeer relevant bij de productie van messen vanwege de uitstekende taaiheid, scherptebehoud en hoge hardheid. Een hoog koolstof- en siliciumgehalte zorgt voor een verbeterde hardheid tijdens de warmtebehandeling. Corrosiebescherming blijft echter een probleem voor niet-roestvast staal.

Wat is het allerbeste staal voor messen?

Er is geen enkele kwaliteit die als de beste kan worden beschouwd. CPM S90V/S110V behoort echter tot de beste in termen van hardheid en scherptebehoud.

Conclusie

Verenstaal is een zeer veelzijdig materiaal dat in vele toepassingen wordt gebruikt. Verenstaal behoudt zijn vorm, zelfs na overmatige buiging. Het heeft een hoge elasticiteit, hoge sterkte, hoge taaiheid en hoge vermoeiingsweerstand. Verenstaal wordt doorgaans veelvuldig gebruikt in ophangingssystemen en mechanische constructies vanwege het schokabsorberende vermogen.

Veelgestelde vragen

Is D2 of 1095 beter?

D2 biedt een betere slijtvastheid voor machineonderdelen, terwijl 1095 beter is voor hardheid en taaiheid.

Roest veerstaal?

Over het algemeen kunnen veel soorten veerstaal roesten. Maar roestvast staal zoals 301 of 302 biedt een goede corrosiebescherming.

Is verenstaal geschikt voor gereedschap?

Ja. Gereedschappen van verenstaal bieden een zeer goede maatvastheid en slijtvastheid.

Is 5160 verenstaal geschikt voor messen?

5160 verenstaal is zeer geschikt voor messen. Corrosiebescherming blijft echter een probleem.

Is verenstaal sterker dan roestvrij staal?

Veerstaal is sterker dan veel andere staalsoorten. Veerstaal kan een subklasse van roestvrij staal zijn. Roestvrij staalsoorten zoals 17-7PH zijn dus ook erg sterk.