Valg af fjederstål: 65Mn, silicium- og krom-vanadiumkvaliteter

Hvad et fjederstål skal kunne

En fjeder lagrer energi elastisk, millioner af gange. De styrende egenskaber er høj elastisk (flyde-) grænse i forhold til trækstyrke, udmattelsesbestandighed og modstand mod sætning (permanent nedbøjning) — alle stærkt påvirket af overfladekvalitet og afkulning, ikke kun kemi.

Stigen af kvaliteter

Stål	Familie	Typiske roller
65Mn	Kulstof-mangan	Lavpris flade og lette spiralfjedre, skiver, clips
55Si7 / SUP7-klassen	Silicium-mangan	Bladfjedre, tungere spiralfjedre
SUP9-klassen	Mangan-krom	Spiral- og bladfjedre, der kræver bedre hærdbarhed
51CrV4 / 6150	Krom-vanadium	Højt belastede spiral-, torsions- og ventilfjedre

Hvorfor silicium og vanadium hjælper

Silicium øger elasticitetsgrænsen og, vigtigt, anløbningsbestandigheden — en siliciumfjeder holder sin belastning ved en given anløbningstemperatur bedre end en af almindeligt kulstofstål, hvilket er grunden til, at Si-Mn-stål dominerer bladfjedre. Krom tilføjer hærdbarhed til tykkere sektioner; vanadium forfiner korn og tilføjer udmattelsesstyrke, hvilket egner 51CrV4/6150 til motorventilfjedre og premium affjedringsdrift.

65Mn kan kun hærdes i tynde sektioner og er det første til at miste belastning ved varme; det forbliver uovertruffent på pris til clips, flade fjedre og landbrugsdele.

Hårdhed og temperatur

Sejhærdede blad- og spiralfjedre arbejder typisk i båndet ~42–50 HRC — blødere ofrer belastningskapacitet, hårdere ofrer udmattelseslevetid og indbyder til sprødt svigt. Grænser for driftstemperatur følger legeringen, omtrent: kvaliteter af almindeligt kulstof/mangan er generelt begrænset til omkring 100–120 °C, siliciumkvaliteter til omkring 200 °C og krom-vanadium til omkring 200–250 °C; derudover styrer relaksation (tab af belastning ved temperatur), og speciallegeringer tager over.

Udmattelse er et overfladespil

Kugleblæsning, kontrollerede grænser for afkulning og glatte overgange betyder rutinemæssigt mere end en opgradering af kvaliteten: de fleste udmattelsesrevner i fjedre starter ved overfladedefekter. Specificér overfladetilstand og blæsning sammen med stålet.

Leverede former ændrer billedet af kvaliteten

Fjedre ankommer til fabrikken som plade, stang eller — meget almindeligt — tråd, og tråd har sine egne stålbetegnelser lagt over de samme kemifamilier. Små præcisionsfjedre bruger hårdtrukket eller patenteret kulstoftråd (musiktråd er den højkvalitets ende); olieanløbne Si-Mn- og Cr-V/Si-Cr-tråde tjener ventil- og koblingsfjedre, hvor tråden leveres allerede sejhærdet, så oprulleren kun former og spændingsudgløder. Store fjedre varmoprulles fra stang og sejhærdes derefter som færdige spiraler. At sammenligne "fjederstål" på tværs af disse former uden at notere vejen vildleder: en ventilfjeders ydeevne skylder lige så meget trådens renhed og overfladeinspektion (hvirvelstrømsprøvning for sømme) som dens krom-vanadiumkemi.

Sætning, forsætning og relaksation

Færdige fjedre forsættes (scragges) ofte — komprimeres bevidst én gang ud over flydegrænsen — for at stabilisere fri længde og øge anvendelig spænding. Tab af belastning over tid ved temperatur, kaldet relaksation, er den stille specifikation: den måles og begrænses til motor- og højtemperaturanvendelser, og den, snarere end statisk styrke, er normalt det, der pensionerer en ellers intakt fjeder fra drift.