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Für federnd beanspruchte Bauelemente stellen neben Festigkeit und elektrischer
Leitfähigkeit vor allem die typischen Federeigenschaften, wie Federbiegegrenze
und Biegewechselfestigkeit sowie die Biegbarkeit wichtige Kenngrößen
dar. Bei höherer thermischer Beanspruchung wird das Verhalten der
Federwerkstoffe durch Entfestigung und Relaxation bestimmt. Im folgenden
sollen diese Kenngrößen kurz beschrieben werden.
====<!--5.1.7.1-->Federbiegegrenze====
Die Federbiegegrenze stellt die Randbiegespannung dar, die nach Belastung
eines genormten Probekörpers und anschließender Entlastung zu einer
bleibenden Durchbiegung von 0,05 mm führt. Die Messung der Federbiegegrenze
erfolgt nach EN 12384. Die Federbiegegrenze wird neben dem Umformgrad
auch stark von der Prüfrichtung innerhalb der Bandebene bestimmt
<xr id="fig:Direction_dependence_of_the_spring_bending_limit"/> <!--(Fig. 5.38)-->. Dabei ergeben sich quer zur Walzrichtung höhere Werte als parallel
dazu. Dies muss bei der Konstruktion einer Feder berücksichtigt werden.
<figure id="fig:Direction_dependence_of_the_spring_bending_limit">
[[File:Direction dependence of the spring bending limit.jpg|right|thumb|Richtungsabhängigkeit der Federbiegegrenze einiger Kupferwerkstoffe (Wieland)]]
</figure>
====<!--5.1.7.2-->Biegewechselfestigkeit====
Unter Biegewechselfestigkeit versteht man die größte symmetrisch zur Null-
Lage aufgebrachte Biegespannung, die eine Probe z.B. Relaisfeder „unendlich
oft“ ohne Bruch aushält. (Faustregel: Biegewechselfestigkeit = 1/3 Zugfestigkeit).
Die Messung der Biegewechselfestigkeit erfolgt über die Aufnahme von
sog. Wöhlerkurven. Mit steigender Biegespannung nimmt die erreichbare
Anzahl von Lastwechseln ab.Oberhalb von 10<sup>7</sup> Lastwechseln ist der Einfluss der
Lastspielzahl vernachlässigbar, so dass der für 2 x 10<sup>7</sup> Lastwechsel ermittelte
Wert als Biegewechselfestigkeit angegeben werden kann.
Hohe Werte für die Biegewechselfestigkeit weisen die Mehrstofflegierungen
CuZn23Al3,5Co und CuSn1CrNiTi auf, niedrige Werte dagegen CuFe2P und
CuZn30 [[#figures9|(Figs. 2 – 3)]]<!--(Figs. 5.39 and 5.40)-->.
<div id="figures9">
<xr id="fig:Woehler curves for selected copper based materials"/><!--Fig. 5.39:--> Wöhlerkurven einiger Kupferwerkstoffe. Bandproben: 0,3 mm dick, kaltumgeformt Prüffrequenz: 1500/min (Wieland)
<xr id="fig:Ranges of fatigue strength for selected copper materials Wieland"/><!--Fig. 5.40:--> Bereiche der Biegewechselfestigkeit einiger Kupferwerkstoffe (Wieland)
</div>
<div class="multiple-images">
<figure id="fig:Woehler curves for selected copper based materials">
[[File:Woehler curves for selected copper based materials.jpg|right|thumb|Wöhlerkurven einiger Kupferwerkstoffe. Bandproben: 0,3 mm dick, kaltumgeformt Prüffrequenz: 1500/min (Wieland)]]
</figure>
<figure id="fig:Ranges of fatigue strength for selected copper materials Wieland">
[[File:Ranges of fatigue strength for selected copper materials Wieland.jpg|right|thumb|Bereiche der Biegewechselfestigkeit einiger Kupferwerkstoffe (Wieland))]]
</figure>
</div>
<div class="clear"></div>
====<!--5.1.7.3-->Biegbarkeit====
The measure for bendability of a strip material is the smallest possible bending radius r of a sample piece of given material thickness s without appearance of surface cracking. Bending tests are performed as either 90 degree bends according to ISO 7438 or as defined forth-and-back bending. The bendabilty of naturally hard copper alloys is significantly better perpendicular to the rolling direction than parallel to it [[#figures10|(Figs. 4 – 7)]]<!--(Figs. 5.41 and 5.42)-->.
<div id="figures10">
<xr id="fig:Smallest possible bend radii for 90 bends as function"/><!--Fig. 5.41:--> Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength R – bend line p0.2 perpendicular to the rolling direction
(Wieland)
<xr id="fig:Smallest possible bend radii as a functionbend line parallel to the rolling direction"/><!--Fig. 5.42:--> Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength Rp0.2 – bend line parallel to the rolling direction (Wieland)
</div>
<div class="multiple-images">
<figure id="fig:Smallest possible bend radii for 90 bends as function">
[[File:Smallest possible bend radii for 90 bends as function.jpg|right|thumb|Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength R<sub>p0.2</sub> – bend line perpendicular to the rolling direction (Wieland)]]
</figure>
<figure id="fig:Smallest possible bend radii as a functionbend line parallel to the rolling direction">
[[File:Smallest possible bend radii as a functionbend line parallel to the rolling direction.jpg|right|thumb|Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength R<sub>p0.2</sub> – bend line parallel to the rolling direction (Wieland)]]
</figure>
</div>
<div class="clear"></div>
====<!--5.1.7.4-->Softening Behavior====
Through thermal activation at elevated temperatures the original mechanical material strength achieved by cold working or precipitation hardening can be reversed completely. The start of softening is mostly defined as the temperature at which a 10% reduction of mechanical strength is reached. It is dependent on the degree of initial cold working and the annealing temperature and time. For higher initial degrees of cold working degrees the softening temperature becomes lowered.
As expected, the softening temperature for pure copper is rather low. CuNi9Sn2 and CuSn1CrNiTi exhibit high softening temperatures <xr id="fig:Softening behavior for selected copper based materials"/><!--(Fig. 5.43)-->.
<figure id="fig:Softening behavior for selected copper based materials">
[[File:Softening behavior for selected copper based materials.jpg|right|thumb|Softening behavior for selected copper-based materials after 40% cold working (Wieland)]]
</figure>
====<!--5.1.7.5-->Relaxation Behavior====
Tension relaxation is defined as the loss of tension of an elastically stressed material as a function of time and temperature. The causes for the relaxation are thermally activated processes which are comparable to creep behavior. As a measure for the relaxation the percentage decrease in the bending tension compared to the initial one is used. Temperature increase is a stronger influencing factor on the relaxation of the spring force than growing operational times. Through suitable annealing processes the relaxation degree can be significantly reduces.
For the measurement of tension relaxation different test procedures are used, based on the ASTM E-32-86.
<xr id="fig:Relaxation behavior of selected copper based materials"/><!--Fig. 5.44--> illustrates the different relaxation behavior of some copper alloys. Good behavior is shown for CuNi3Si1Mg and CuCrSiTi while CuZn30 and CuSn6 exhibit a less favorable relaxation tendency.
<figure id="fig:Relaxation behavior of selected copper based materials">
[[File:Relaxation behavior of selected copper based materials.jpg|right|thumb|Relaxation behavior of selected copper-based materials. Starting tension: 100% of spring bending limit; Stress duration: 100 hrs (Wieland)]]
</figure>
==Referenzen==
[[Trägerwerkstoffe#Referenzen|Referenzen]]
[[en:Application_Properties_for_the_Selection_of_Copper_Alloys]]
Leitfähigkeit vor allem die typischen Federeigenschaften, wie Federbiegegrenze
und Biegewechselfestigkeit sowie die Biegbarkeit wichtige Kenngrößen
dar. Bei höherer thermischer Beanspruchung wird das Verhalten der
Federwerkstoffe durch Entfestigung und Relaxation bestimmt. Im folgenden
sollen diese Kenngrößen kurz beschrieben werden.
====<!--5.1.7.1-->Federbiegegrenze====
Die Federbiegegrenze stellt die Randbiegespannung dar, die nach Belastung
eines genormten Probekörpers und anschließender Entlastung zu einer
bleibenden Durchbiegung von 0,05 mm führt. Die Messung der Federbiegegrenze
erfolgt nach EN 12384. Die Federbiegegrenze wird neben dem Umformgrad
auch stark von der Prüfrichtung innerhalb der Bandebene bestimmt
<xr id="fig:Direction_dependence_of_the_spring_bending_limit"/> <!--(Fig. 5.38)-->. Dabei ergeben sich quer zur Walzrichtung höhere Werte als parallel
dazu. Dies muss bei der Konstruktion einer Feder berücksichtigt werden.
<figure id="fig:Direction_dependence_of_the_spring_bending_limit">
[[File:Direction dependence of the spring bending limit.jpg|right|thumb|Richtungsabhängigkeit der Federbiegegrenze einiger Kupferwerkstoffe (Wieland)]]
</figure>
====<!--5.1.7.2-->Biegewechselfestigkeit====
Unter Biegewechselfestigkeit versteht man die größte symmetrisch zur Null-
Lage aufgebrachte Biegespannung, die eine Probe z.B. Relaisfeder „unendlich
oft“ ohne Bruch aushält. (Faustregel: Biegewechselfestigkeit = 1/3 Zugfestigkeit).
Die Messung der Biegewechselfestigkeit erfolgt über die Aufnahme von
sog. Wöhlerkurven. Mit steigender Biegespannung nimmt die erreichbare
Anzahl von Lastwechseln ab.Oberhalb von 10<sup>7</sup> Lastwechseln ist der Einfluss der
Lastspielzahl vernachlässigbar, so dass der für 2 x 10<sup>7</sup> Lastwechsel ermittelte
Wert als Biegewechselfestigkeit angegeben werden kann.
Hohe Werte für die Biegewechselfestigkeit weisen die Mehrstofflegierungen
CuZn23Al3,5Co und CuSn1CrNiTi auf, niedrige Werte dagegen CuFe2P und
CuZn30 [[#figures9|(Figs. 2 – 3)]]<!--(Figs. 5.39 and 5.40)-->.
<div id="figures9">
<xr id="fig:Woehler curves for selected copper based materials"/><!--Fig. 5.39:--> Wöhlerkurven einiger Kupferwerkstoffe. Bandproben: 0,3 mm dick, kaltumgeformt Prüffrequenz: 1500/min (Wieland)
<xr id="fig:Ranges of fatigue strength for selected copper materials Wieland"/><!--Fig. 5.40:--> Bereiche der Biegewechselfestigkeit einiger Kupferwerkstoffe (Wieland)
</div>
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<figure id="fig:Woehler curves for selected copper based materials">
[[File:Woehler curves for selected copper based materials.jpg|right|thumb|Wöhlerkurven einiger Kupferwerkstoffe. Bandproben: 0,3 mm dick, kaltumgeformt Prüffrequenz: 1500/min (Wieland)]]
</figure>
<figure id="fig:Ranges of fatigue strength for selected copper materials Wieland">
[[File:Ranges of fatigue strength for selected copper materials Wieland.jpg|right|thumb|Bereiche der Biegewechselfestigkeit einiger Kupferwerkstoffe (Wieland))]]
</figure>
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====<!--5.1.7.3-->Biegbarkeit====
The measure for bendability of a strip material is the smallest possible bending radius r of a sample piece of given material thickness s without appearance of surface cracking. Bending tests are performed as either 90 degree bends according to ISO 7438 or as defined forth-and-back bending. The bendabilty of naturally hard copper alloys is significantly better perpendicular to the rolling direction than parallel to it [[#figures10|(Figs. 4 – 7)]]<!--(Figs. 5.41 and 5.42)-->.
<div id="figures10">
<xr id="fig:Smallest possible bend radii for 90 bends as function"/><!--Fig. 5.41:--> Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength R – bend line p0.2 perpendicular to the rolling direction
(Wieland)
<xr id="fig:Smallest possible bend radii as a functionbend line parallel to the rolling direction"/><!--Fig. 5.42:--> Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength Rp0.2 – bend line parallel to the rolling direction (Wieland)
</div>
<div class="multiple-images">
<figure id="fig:Smallest possible bend radii for 90 bends as function">
[[File:Smallest possible bend radii for 90 bends as function.jpg|right|thumb|Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength R<sub>p0.2</sub> – bend line perpendicular to the rolling direction (Wieland)]]
</figure>
<figure id="fig:Smallest possible bend radii as a functionbend line parallel to the rolling direction">
[[File:Smallest possible bend radii as a functionbend line parallel to the rolling direction.jpg|right|thumb|Smallest possible bend radii for 90° bends as a function of the 0.2% yield strength R<sub>p0.2</sub> – bend line parallel to the rolling direction (Wieland)]]
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====<!--5.1.7.4-->Softening Behavior====
Through thermal activation at elevated temperatures the original mechanical material strength achieved by cold working or precipitation hardening can be reversed completely. The start of softening is mostly defined as the temperature at which a 10% reduction of mechanical strength is reached. It is dependent on the degree of initial cold working and the annealing temperature and time. For higher initial degrees of cold working degrees the softening temperature becomes lowered.
As expected, the softening temperature for pure copper is rather low. CuNi9Sn2 and CuSn1CrNiTi exhibit high softening temperatures <xr id="fig:Softening behavior for selected copper based materials"/><!--(Fig. 5.43)-->.
<figure id="fig:Softening behavior for selected copper based materials">
[[File:Softening behavior for selected copper based materials.jpg|right|thumb|Softening behavior for selected copper-based materials after 40% cold working (Wieland)]]
</figure>
====<!--5.1.7.5-->Relaxation Behavior====
Tension relaxation is defined as the loss of tension of an elastically stressed material as a function of time and temperature. The causes for the relaxation are thermally activated processes which are comparable to creep behavior. As a measure for the relaxation the percentage decrease in the bending tension compared to the initial one is used. Temperature increase is a stronger influencing factor on the relaxation of the spring force than growing operational times. Through suitable annealing processes the relaxation degree can be significantly reduces.
For the measurement of tension relaxation different test procedures are used, based on the ASTM E-32-86.
<xr id="fig:Relaxation behavior of selected copper based materials"/><!--Fig. 5.44--> illustrates the different relaxation behavior of some copper alloys. Good behavior is shown for CuNi3Si1Mg and CuCrSiTi while CuZn30 and CuSn6 exhibit a less favorable relaxation tendency.
<figure id="fig:Relaxation behavior of selected copper based materials">
[[File:Relaxation behavior of selected copper based materials.jpg|right|thumb|Relaxation behavior of selected copper-based materials. Starting tension: 100% of spring bending limit; Stress duration: 100 hrs (Wieland)]]
</figure>
==Referenzen==
[[Trägerwerkstoffe#Referenzen|Referenzen]]
[[en:Application_Properties_for_the_Selection_of_Copper_Alloys]]
