DE10056842A1 - Process for surface treating a spring steel wire comprises nitriding the wire surface in such a way that a diffusion layer is formed on the whole surface of the wire without using a connecting layer between the diffusion layer and the wire - Google Patents

Process for surface treating a spring steel wire comprises nitriding the wire surface in such a way that a diffusion layer is formed on the whole surface of the wire without using a connecting layer between the diffusion layer and the wire

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Abstract

Process for surface treating a spring steel wire comprises nitriding the wire surface in such a way that a diffusion layer is formed on the whole surface of the wire without using a connecting layer between the diffusion layer and the wire. Preferred Features: The duration and temperature of the nitriding are determined based on the spring geometry and the diameter of the spring steel wire. The spring steel material is made from a silicon-chromium alloy.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Druckspiral­ federn, welche insbesondere in Dieseleinspritzsystemen eingesetzt werden und eine Druckspiralfeder für Einspritzdüsen.The invention relates to a method for the surface treatment of pressure spiral springs, which are used in particular in diesel injection systems and a compression coil spring for injectors.

Derartige Druckfedern dienen der Vorspannung einer Düsennadel innerhalb des Düsenhaltersystems von Einspritzdüsen gegen einen Düsennadelsitz zum Ver­ schließen der Einspritzdüse. Sobald ein Einspritzdruck die Federvorspannung übersteigt, wird die Einspritzdüse geöffnet und durch die Feder hernach wieder geschlossen, wenn der Druck unterhalb des Düsenöffnungsdruckes abfällt. An derartige Druckfedern sind deshalb sehr hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Dauerfestigkeit und ihres Verschleißes zu stellen, da sie bei hohen Einspritzdrüc­ ken von bis zu 1000 bis 2500 bar sehr hohen Stoß-, Schwingungs- und Rotations­ beanspruchungen ausgesetzt sind.Such compression springs serve to bias a nozzle needle within the Nozzle holder system of injection nozzles against a nozzle needle seat for Ver close the injector. As soon as an injection pressure the spring preload exceeds, the injector is opened and then again by the spring closed when the pressure drops below the nozzle opening pressure. On Such compression springs are therefore very demanding with regard to their Fatigue strength and their wear, as they are at high injection pressures ken of up to 1000 to 2500 bar very high shock, vibration and rotation are exposed to stress.

Des weiteren müssen derartige Druckfedern in Düsenhaltersystemen für Ein­ spritzdüsen über einen längeren Zeitraum den Federvorspanndruck möglichst konstant halten können, um die Funktionsfähigkeit des Einspritzsystems nicht negativ zu beeinträchtigen. Das Problem beim Herstellen derartiger Druckfedern ist somit, eine möglichst hohe Dauerfestigkeit bei einem gleichzeitig möglichst geringen Verschleiß der Feder zu erreichen.Furthermore, such compression springs in nozzle holder systems for one spray nozzles over a longer period of time, the spring preload pressure if possible can not keep constant to the functionality of the injection system adversely affect. The problem with producing such compression springs is, therefore, the highest possible fatigue strength at the same time as possible to achieve low spring wear.

Zur Erhöhung der Schwingfestigkeit und zur Verringerung des Verschleißes me­ tallischer Werkstoffe sind sogenannte mechanische Randschicht-Verfestigungsverfahren bekannt, wie z. B. das Kugelstrahlen oder das Festwalzen (siehe VDIW, VDI-Gesellschaft Werkstofftechnik, 1984/1985, Seite 25 ff.). Auch sind Verfah­ ren bekannt, bei welchen mittels thermischer oder thermochemischer Rand­ schicht-Verfestigung eine Steigerung der Schwingfestigkeit und eine höhere Randhärte des bearbeiteten Materials erreicht werden. Nachteilig bei diesen Ver­ fahren ist jedoch, daß in der Regel durch die Oberflächenbehandlung auch die Kernhärte des Materials beeinflußt, d. h. verringert wird.To increase the fatigue strength and reduce wear me metallic materials are so-called mechanical surface hardening processes  known, such as B. shot peening or deep rolling (see VDIW, VDI Society for Materials Technology, 1984/1985, page 25 ff.). There are also procedures ren known, in which by means of thermal or thermochemical edge layer hardening an increase in the fatigue strength and a higher Hardness of the processed material can be achieved. A disadvantage of these ver driving is, however, that usually also by the surface treatment Core hardness of the material affected, d. H. is reduced.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung von Federn bereitzustellen, mit welchem hochdauerfeste und verschleißarme Federn 4 herstellbar sind, bei weitgehender Vermeidung einer Veränderung ihrer Kernhär­ te. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Federn für den Einsatz in Diese­ leinspritzsystemen bereitzustellen, welche einer erhöhten Beanspruchung durch hohe Einspritzdrücke aussetzbar sind, und in ihren mechanischen Eigenschaften trotz einer festigkeitssteigernden Behandlung möglichst wenig verändert sind.It is the object of the present invention to provide a method for the treatment of To provide springs with which high-durability and low-wear springs 4 are producible, while largely avoiding a change in their core hardness te. Another object of the invention is to provide springs for use in this To provide injection systems which are subjected to increased stress high injection pressures can be exposed, and in their mechanical properties changed as little as possible despite a strengthening treatment.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung gemäß Anspruch 1 wird die Oberfläche eines Federstahldrahtes durch gezieltes Nitrieren so behandelt, daß eine Nitrid- Diffusionsschicht gebildet wird, wobei die Nitrierschicht im wesentlichen ohne eine Verbindungsschicht, bzw. mit nur einer sehr geringen Verbindungsschicht auf dem Draht gebildet wird. Hierdurch sind hochbelastbare Federn gezielt her­ stellbar, welche verbesserte Eigenschaften betreffend die Dauerfestigkeit und der Druckkonstanz, da infolge der Oberflächenbehandlung die Federcharakteristika, d. h. ihre mechanischen Eigenschaften, erhalten bleiben. Durch die gezielte, d. h. in den Prozeßparametern des Nitrierprozesses gezielt abgestimmte, Oberflächenbe­ handlung sind so weitgehend verschleißfreie Federn herstellbar, wobei insbeson­ dere ein Verschleiß an den Stirnseiten der Druckspiralfeder sowie zwischen ihren Windungen verhindert wird, was mit einem Druckabfall und damit einer Ver­ schlechterung der Funktion des Einspritzsystems verbunden wäre. Auch die Dau­ erschwingfestigkeit von Druckfedern kann hierdurch wesentlich erhöht werden. In the method according to the invention according to claim 1, the surface of a spring steel wire treated by targeted nitriding so that a nitride Diffusion layer is formed, the nitriding layer substantially without a connection layer, or with only a very small connection layer is formed on the wire. In this way, heavy-duty springs are targeted adjustable which improved properties regarding the fatigue strength and the Constant pressure, as the spring characteristics, d. H. their mechanical properties are retained. Through the targeted, d. H. in the process parameters of the nitriding process, action can be produced largely wear-free springs, in particular wear on the end faces of the compression coil spring and between their Prevents turns, which with a pressure drop and thus a Ver deterioration of the function of the injection system would be connected. Also the dhow The shock resistance of compression springs can be significantly increased.  

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Verfahren die Schritte
According to an advantageous embodiment of the invention, the method comprises the steps

  • a) Anlassen des als Feder gewickelten Federstahldrahtes;a) tempering the spring steel wire wound as a spring;
  • b) Reinigen des Federstahldrahtes;b) cleaning the spring steel wire;
  • c) Nitrieren des Federstahldrahtes in einer solchen Weise, daß eine Nitrid- Diffusionsschicht in die Oberfläche gebracht wird, bei weitgehender Ver­ meidung von Verbindungsschichten;c) nitriding the spring steel wire in such a way that a nitride Diffusion layer is brought into the surface, with extensive Ver avoidance of connection layers;
  • d) Nachbehandeln des Federstahldrahtes.d) post-treatment of the spring steel wire.

Dies hat den Vorteil einer wesentlichen Funktionsverbesserung der so behandel­ ten Federn durch einen gezielten Aufbau der Schichtcharakteristika auf der ge­ samten Oberfläche des Federstahldrahtes. Durch die Nitrierbehandlung in Schritt c) wird eine Diffusionsschicht in die Federdrahtoberfläche gebracht bei weitge­ hender Vermeidung von sich auf der Oberfläche bildenden Verbindungsschichten. Die Kernhärte der Feder wird durch die gezielte Temperaturführung nicht ver­ mindert.This has the advantage of significantly improving the functionality of the treatment springs through a targeted build-up of the layer characteristics on the ge entire surface of the spring steel wire. Through the nitriding treatment in step c) a diffusion layer is brought into the spring wire surface at weitge avoiding the formation of connecting layers on the surface. The core hardness of the spring is not ver through the targeted temperature control decreases.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Nitrier­ dauer und die Nitriertemperatur auf die Federgeometrie und den Durchmesser des Federstahldrahtes abgestimmt. Hierdurch ist gewährleistet, daß die Oberflächen­ behandlung auch bei unterschiedlichen Federn gleichbleibend wirksam durch­ führbar ist, und qualitative konstante Druckspiralfedern für Einspritzsysteme her­ stellbar sind.According to a further advantageous embodiment of the invention, the nitriding duration and the nitriding temperature on the spring geometry and the diameter of the Spring steel wire matched. This ensures that the surfaces treatment consistently effective even with different springs is feasible and qualitative constant compression springs for injection systems are adjustable.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Feder maximal zehn Minuten bei einer Temperatur von bis zu 440°C angelassen. Durch ein solches Kurzzeit-Anlassen werden Spannungsrisse am Innenrand des gewic­ kelten Federstahldrahtes vermieden und trotzdem können günstigere Relaxati­ onswerte (Werte von maximal 1% im Dauerbetrieb) erreicht werden, da ein länge­ res Anlassen im Nitrierschritt selbst vorteilhafterweise enthalten ist. According to a further advantageous embodiment of the invention, the spring Annealed for a maximum of ten minutes at a temperature of up to 440 ° C. By such a short-term tempering cracks on the inner edge of the gewic cold spring steel wire avoided and still cheaper Relaxati ons values (values of maximum 1% in continuous operation) can be achieved because of a length res tempering is advantageously contained in the nitriding step itself.  

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Feder­ stahldraht gasnitriert oder gasoxinitriert. Der Vorteil liegt hierbei in der univer­ sellen Anwendbarkeit für alle möglichen Federgeometrien sowie der Möglichkeit im Herstellungsprozeß die Druckspiralfedern auch als Schüttgut zu chargieren. Ein Vorteil beim Gasnitrieren ist die Möglichkeit der Zugabe von oxidierenden Medien, wie z. B. Sauerstoff oder Wasserdampf, dem sogenannten "Gasoxinitrie­ ren".According to a further advantageous embodiment of the invention, the spring steel wire gas nitrided or gas oxynitrided. The advantage here is the univer general applicability for all possible spring geometries and the possibility to charge the compression coil springs as bulk material in the manufacturing process. One advantage of gas nitriding is the possibility of adding oxidizing agents Media such as B. oxygen or water vapor, the so-called "gas oxynitrie ren ".

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Feder­ stahldraht ab einem Wickelverhältnis der Feder von w < 5 plasmanitriert. Hier­ durch kann einerseits auch bei Temperaturen ab 350°C nitriert werden und ande­ rerseits ist bei Federn mit einem Wickelverhältnis w < 5 ein gezielter Schichtauf­ bau durch Einstellen der Nitrier-Prozeßparameter im Plasma besser möglich.According to a further advantageous embodiment of the invention, the spring steel wire from a winding ratio of the spring of w <5 plasma nitrided. here can nitrate at temperatures above 350 ° C and others on the other hand, in the case of springs with a winding ratio w <5, there is a targeted layer construction better possible by adjusting the nitriding process parameters in the plasma.

Nach noch einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Fe­ derstahldraht nach dem Nitrierbehandeln mittels einer Strahlbearbeitung nachbe­ handelt. Durch das Kugelstrahlen wird die Dauerfestigkeit der Druckfedern weiter gesteigert und eventuell lokal entstandene Verbindungsschichten werden vorteil­ hafterweise hierdurch beseitigt.According to yet another advantageous embodiment of the invention, the Fe the steel wire after the nitriding treatment by means of blasting is. Shot peening increases the fatigue strength of the compression springs increased and possibly locally created connection layers are advantageous is hereby eliminated.

Die Druckspiralfeder gemäß Anspruch 12, welche insbesondere für einen Einsatz in einer Einspritzdüsenhalterung vorgesehen ist, weist unterhalb der Oberfläche eine Diffusionsschicht aus Sondernitriden auf. Die Druckspiralfeder ist hierdurch nicht nur hochfest und auch über einen längeren Zeitraum verschleißarm, sondern weist gegenüber den bisher bekannten Federn Verbesserungen auf hinsichtlich ihrer Beanspruchbarkeit auf Stoß, Schwingung und Rotation sowie ihrer Dauerfe­ stigkeit.The compression coil spring according to claim 12, which is particularly suitable for use is provided in an injection nozzle holder, points below the surface a diffusion layer made of special nitrides. The compression coil spring is thereby not only high-strength and also wear-free over a long period of time, but has improvements over the previously known springs their resistance to impact, vibration and rotation as well as their permanent stigkeit.

Nach einem diesbezüglichen vorteilhaften Aspekt besteht die Feder aus einer Sili­ zium-Chrom-Legierung. Die Legierungsbestandteile sind vorteilhaft im Hinblick auf einer verbesserte Nitrierbarkeit des Federstahldrahtes auswählbar. According to an advantageous aspect in this regard, the spring consists of a sili zium-chromium alloy. The alloy components are advantageous in terms of selectable for improved nitridability of the spring steel wire.  

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Oberflächenbehandlung beschrieben.The following is an embodiment of the method according to the invention described for surface treatment.

Die Druckspiralfedern, welche in Düsenhaltern von Dieseleinspritzsystemen zur Anwendung kommen, bestehen aus einem Silizium-Chrom-legiertem Federstahl­ draht und weisen normalerweise eine Dauerfestigkeit von τKH < 900 N/mm2 und eine maximale Relaxation im Dauerbetrieb von 1%. Durch das Nitrieren wird die Dauerfestigkeit gesteigert. Das erfindungsgemäße Oberflächen-Behandlungs­ verfahren setzt einen gezielten Schichtaufbau durch eine Nitrierbehandlung ein, wodurch in einer Diffusionszone in der Oberfläche der gesamten Feder eine Schicht von Sondernitriden gebildet werden kann. Dies wird durch eine diesbe­ züglich abgestimmte Wahl von Verfahrensparametern, insbesondere der Verfah­ rensparameter im Schritt des Nitrierens erreicht. Das Verfahren bringt zudem eine Verbesserung im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit der Herstellung von Druck­ spiralfedern, da ein ansonsten übliches Anlassen nach dem Wickeln des Feder­ stahldrahtes zur Spiralfeder bei einem Wickelverhältnis von w < 5 durch ein Kurzzeit-Anlassen über eine Zeitdauer von maximal 10 Minuten ersetzt wird. Das Anlassen zum Erreichen der spezifischen und erforderlichen Relaxations­ werte ist hierbei im Schritt des Nitrierens mit enthalten (z. B. bei einer Temperatur von 420°C über einen Zeitraum von 24 Stunden). Bei dem verwendeten Feder­ drahtmaterial handelt es sich um normale Cr-Si-Draht nach DIN 17223 sowie um Cr-Si-Draht mit zusätzlichen Legierungsbestandteilen, wie z. B. Mo, V, Al und dergleichen, wodurch Vorteile in der Nitrierbarkeit der Feder herstellbar sind. Um eine möglichst weitgehende Steigerung der Dauerfestigkeit zu erreichen, wird vorzugsweise ein geschälter Walzdraht für die Federherstellung eingesetzt.The compression coil springs, which are used in nozzle holders of diesel injection systems, consist of a silicon-chromium-alloy spring steel wire and normally have a fatigue strength of τ KH <900 N / mm 2 and a maximum relaxation in continuous operation of 1%. The fatigue strength is increased by nitriding. The surface treatment method according to the invention uses a targeted layer structure by means of a nitriding treatment, as a result of which a layer of special nitrides can be formed in a diffusion zone in the surface of the entire spring. This is achieved by a choice of process parameters coordinated in this regard, in particular the process parameters in the nitriding step. The method also brings an improvement in terms of the economy of the production of compression coil springs, since an otherwise usual tempering after winding the spring steel wire to the coil spring with a winding ratio of w <5 is replaced by a short-term tempering for a maximum of 10 minutes becomes. Tempering to achieve the specific and required relaxation values is included in the nitriding step (e.g. at a temperature of 420 ° C over a period of 24 hours). The spring wire material used is normal Cr-Si wire according to DIN 17223 and Cr-Si wire with additional alloy components, such as. B. Mo, V, Al and the like, whereby advantages in the nitridability of the spring can be produced. In order to increase the fatigue strength as far as possible, a peeled wire rod is preferably used for the spring production.

Der gezielte Aufbau einer Diffusionsschicht durch das Nitrieren des Federstahl­ drahtes erfolgt vollständig innerhalb der gesamten Drahtoberfläche in gewickel­ tem Zustand, wobei die Nitrierdauer und in begrenztem Umfang auch die Nitrier­ temperatur (bis ca. 420°C) variiert werden und zum gezielten Erreichen einer ge­ wünschten Nitrierhärtetiefe (Nht) in Abstimmung auf die jeweilige Federgeometrie eingestellt werden. Hierdurch wird vorteilhafterweise eine Beeinflussung der Kernhärte der Druckfeder weitestgehend vermieden.The targeted build-up of a diffusion layer by nitriding the spring steel wire is completely wrapped within the entire wire surface condition, the nitriding time and to a limited extent the nitriding temperature (up to approx. 420 ° C) can be varied and in order to achieve a ge desired nitriding hardness depth (Nht) in coordination with the respective spring geometry  can be set. This advantageously influences the Core hardness of the compression spring largely avoided.

Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Feder weist beispielswei­ se eine Nitrierhärtetiefe Nht von 0,11 mm und eine mittlere Kernhärte von mehr­ mals 560 HV0,1 auf.A spring treated with the method according to the invention has, for example It has a nitriding depth of 0.11 mm and an average core hardness of more times 560 HV0.1.

Die Behandlungsparameter im einzelnen sind Nietriertemperaturen von bis zu 420°C, wobei sich diese Temperatur aus der dem Nitrieren vorangehenden An­ laßbehandlung bei 440°C ergeben, unter Berücksichtigung der ihrerseits Zeit- und temperaturabhängigen Anlaßwirkung. Durch das Nitrieren reduziert sich die Kernhärte der Feder maximal um 40 HV0,1 und eine Kernhärte von < 530 HV0,1 bleibt mindestens erhalten. Im Falle des Gasnitrierens muß bei geringen Tempe­ raturen eine thermische Vorspaltung des Ammoniaks erfolgen und das Nitrieren wird bei einer Nitrierkennzahl von ca. 2,5 durchgeführt. Durch Zugabe von oxi­ dierenden Medien, wie z. B. Sauerstoff oder Wasserdampf kann die Oberfläche der Feder zusätzlich aktiviert werden (sogenanntes Gasoxinitrieren). Beim Gasnitrie­ ren wird eine Nitrierhärtetiefe von etwa Nht = 120 µm erzielt durch eine Nitrier­ dauer von 24 Stunden bei einer Nitriertemperatur von 410°C. Wesentlicher Vor­ teil des Gasnitrierens ist die Möglichkeit einer Chargierung der zu behandelnden Federn als Schüttgut und eine sehr universellen Anwendbarkeit für alle möglichen Federgeometrien.The treatment parameters in detail are riveting temperatures of up to 420 ° C, this temperature from the previous nitriding treatment at 440 ° C, taking into account the time and temperature-dependent starting effect. The nitriding reduces the Core hardness of the spring maximum by 40 HV0.1 and a core hardness of <530 HV0.1 remains at least. In the case of gas nitriding, the temp the ammonia is thermally pre-split and nitrided is carried out with a nitriding index of approx. 2.5. By adding oxi media, such as B. oxygen or water vapor can be the surface of the The spring can also be activated (so-called gas oxynitriding). With gas nitrie a nitriding depth of about Nht = 120 µm is achieved by nitriding 24 hours at a nitriding temperature of 410 ° C. Essential before Part of gas nitriding is the possibility of charging those to be treated Springs as bulk goods and a very universal applicability for all possible Spring geometries.

Beim Plasmanitrieren müssen hingegen die Federn einzeln chargiert werden z. B. hängend an einem Chargenträger. Hier ist zudem auf einen ausreichenden Ab­ stand zwischen den zu behandelnden Druckspiralfedern zu achten, um ein gutes Oberflächen-Behandlungsergebnis zu erreichen. Die Messung und Steuerung der Nitrierparameter erfolgt durch ein kontaktiertes Thermoelement, welches direkt an der Feder angebracht ist. Es müssen Vorkehrungen getroffen werden, um eine Überhitzung während des Nitrierens zu vermeiden, da die zu behandelnden Druckspiralfedern eine sehr große Oberfläche im Verhältnis zu einem sehr geringen Volumen aufweisen. Vor dem Aufschalten des Plasmas müssen die Gaszu­ sammensetzung und der Gasdruck eingestellt werden. Um ein möglichst Verbin­ dungsschicht-freies Nitrieren in dem Plasma zu erreichen, ist der Stickstoffanteil im Behandlungsgas auf etwa 10% zu reduzieren. Durch eine Zugabe von Argon kann die Glimmsaumbreite weiter reduziert werden. Für eine Nitrierhärtetiefe von etwa Nht = 100 µm ist beim Plasmanitrieren eine Nitriertemperatur von 410°C und eine Nitrierdauer von etwa 24 Stunden erforderlich. Hierbei liegt die eingestellte Spannung bei 500-580 Volt und das Puls-/Pausenverhältnis bei 1 : 1 bis 1 : 2. Der jeweilige einzustellende Druck ist abhängig von der Federgeometrie. Bei engeren Federwickelverhältnissen sind beispielsweise Nitrierdrücke von bis zu 500 Pa erforderlich, um ein ausreichendes Nitrieren der gesamten Federober­ fläche zu erreichen.In the case of plasma nitriding, however, the springs must be charged individually, e.g. B. hanging on a batch carrier. Here is also on a sufficient down stood between the pressure coil springs to be treated to pay attention to a good one To achieve surface treatment result. The measurement and control of the Nitriding parameters are carried out by a contacted thermocouple, which is directly the spring is attached. Precautions must be taken in order to Avoid overheating during nitriding as the ones to be treated Compression coil springs have a very large surface area in relation to a very small one  Have volume. The gas must be closed before the plasma is switched on composition and gas pressure can be adjusted. To be as verbal as possible To achieve nitriding in the plasma that is free of the coating layer is the nitrogen content in the treatment gas to about 10%. By adding argon the width of the glowing seam can be further reduced. For a nitriding depth of about Nht = 100 µm is a nitriding temperature of 410 ° C and a nitriding time of about 24 hours is required. Here is the set voltage at 500-580 volts and the pulse / pause ratio at 1: 1 to 1: 2. The pressure to be set depends on the spring geometry. With narrower spring winding ratios, for example, nitriding pressures of up to to 500 Pa required to ensure sufficient nitriding of the entire spring top reach area.

Vor der eigentlichen Nitrierbehandlung durchlaufen die Federn die Fertigungs­ schritte Wickeln, Anlassen bzw. Kurzzeit-Anlassen sowie stirnseitiges Schleifen. Für eine effektive Oberflächenbehandlung sind im vorbehandelten Zustand der Federn nur Neuhärtezonen von < 1 µm zulässig. Vor dem Nitrieren müssen die Federn gereinigt werden, so daß sie eine möglichst fettfreie Oberfläche aufweisen. Dies erfolgt beispielsweise durch alkalisch-wäßrige Reiniger oder durch Spiritus. Nach einer anschließenden Lagerung von über 24 Stunden werden die Federn mit Glasperlen gestrahlt. Die Strahlungsparameter sind hierbei P = 4 bar, Bestrah­ lungszeit: zehn Minuten, Strahlungsmittel: MS245B, vergütet.Before the actual nitriding treatment, the springs go through the manufacturing process steps winding, tempering or short-term tempering as well as grinding on the face. For an effective surface treatment, the Springs may only have new hardness zones of <1 µm. Before nitriding Springs are cleaned so that they have a grease-free surface. This is done, for example, with alkaline aqueous cleaners or with alcohol. After a subsequent storage of over 24 hours, the springs are with Blasted glass beads. The radiation parameters are P = 4 bar, irradiated processing time: ten minutes, radiation: MS245B, coated.

Die Nachbehandlung durch Kugelstrahlen der Federn erfolgt über eine Zeit von mindestens 45 Minuten mit Kugeln eines Arundierungsgrades G3 und kugeligem Korn aus Federdraht. Die Korngröße beträgt hierbei < 0,4 mm, die Abwurfge­ schwindigkeit maximal 60 m/s und Rz nach dem Strahlen ist maximal 15 µm.The aftertreatment by shot peening of the springs is carried out over a period of at least 45 minutes with balls with a degree of arundundation G3 and spherical grain made of spring wire. The grain size is <0.4 mm, the discharge speed is a maximum of 60 m / s and R z after blasting is a maximum of 15 µm.

Bei der Oberflächenbehandlung mittels Plasmanitrieren wird vor dem Schritt des Nitrierens ein Sputterschritt eingelegt, in welchem mittels eines Wasserstoff oder eines Wasserstoff-Argon-Gemisches erzeugten Plasmas die Oberfläche der Federn feingereinigt wird. Nach dem Nitrieren kann noch ein Kugelstrahlen durchgeführt werden, durch welches Druckeigenspannungen in den Federn erzeugt werden. Dies hat den Vorteil einer weiteren Dauerfestigkeitssteigerung und einer Beseiti­ gung von eventuell entstandenen lokalen Verbindungsschichten.In the case of surface treatment using plasma nitriding, before the step of Nitriding inserted a sputtering step in which by means of a hydrogen or a hydrogen-argon mixture created the surface of the springs  is cleaned. Shot peening can be carried out after nitriding by which residual compressive stresses are generated in the springs. This has the advantage of a further increase in fatigue strength and elimination possible local connection layers.

Für eine Prüfung des Ergebnisses der Oberflächenbehandlung durch das erfin­ dungsgemäße Verfahren werden die Federn axial getrennt und an der metallogra­ phisch präparierten Fläche wird das Härte-Tiefe-Profil in HV0,1 gemessen. Die Härtemessung erfolgt an den Prüfstellen: Windung im Außenbereich, Windung im Federinnenbereich, Nachweis der Nitrierung zwischen den Windungen und Nachweis der Kernhärte.For an examination of the result of the surface treatment by the inventor The method according to the invention separates the springs axially and on the metallograph the hardness-depth profile is measured in HV0.1. The Hardness measurement takes place at the test points: outside turn, turn inside Inner spring area, evidence of nitriding between the windings and Proof of core hardness.

In der Zeichnung ist der Härte-Tiefe-Verlauf einer Feder dargestellt, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde. Es ist deutlich erkennbar, daß durch die Oberflächenbehandlung wegen der gezielten Temperaturführung die Kernhärte der Feder nicht vermindert wurde und der Mittelwert der Kernhärte mehr als 560 HV0,1 beträgt.In the drawing, the hardness-depth curve of a spring is shown, which with the method according to the invention was treated. It is clearly recognizable that by the surface treatment because of the targeted temperature control the core hardness of the spring was not reduced and the mean value of the core hardness is more than 560 HV0.1.

Claims (15)

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Federstahldraht, insbesondere zum Herstellen von Druckspiralfedern für Einspritzsysteme, gekennzeichnet durch gezieltes Nitrieren der Drahtoberfläche in einer solchen Weise, daß ei­ ne Diffusionsschicht auf der gesamten Oberfläche des Federstahldrahtes im wesentlichen ohne Verbindungsschicht zwischen der Diffusionsschicht und dem Draht gebildet wird.1. A method for the surface treatment of spring steel wire, in particular for the manufacture of compression coil springs for injection systems, characterized by targeted nitriding of the wire surface in such a way that ei ne diffusion layer is formed on the entire surface of the spring steel wire substantially without a connecting layer between the diffusion layer and the wire. 2. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Federstahldraht nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte:
  • a) Anlassen des als Feder gewickelten Federstahldrahtes;
  • b) Reinigen des Federstahldrahtes;
  • c) Nitrieren des Federstahldrahtes in einer solchen Weise, daß eine Nitrid- Diffusionsschicht in die Oberfläche gebracht wird bei weitgehender Ver­ meidung von Verbindungsschichten;
  • d) Nachbehandeln des Federstahldrahtes.
2. A method for the surface treatment of spring steel wire according to claim 1, characterized by the steps:
  • a) tempering the spring steel wire wound as a spring;
  • b) cleaning the spring steel wire;
  • c) nitriding the spring steel wire in such a way that a nitride diffusion layer is brought into the surface with extensive avoidance of connecting layers;
  • d) post-treatment of the spring steel wire.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitrier­ dauer und die Nitriertemperatur auf die Federgeometrie und den Durchmesser des Federstahldrahtes abgestimmt werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the nitriding duration and the nitriding temperature on the spring geometry and the diameter of the spring steel wire. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a. die Feder maximal 10 Minuten bei einer Temperatur von bis zu 440°C angelas­ sen wird.4. The method according to claim 2, characterized in that in step a. the Spring annealed for a maximum of 10 minutes at a temperature of up to 440 ° C will. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c. der Federstahldraht gasnitriert oder gasoxinitriert wird. 5. The method according to claim 2, characterized in that in step c. the Spring steel wire is gas nitrided or gas oxynitrided.   6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feder­ stahldraht ab einem Wickelverhältnis der Spiralfeder von w < 5 plasmanitriert wird.6. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the spring steel wire from a winding ratio of the spiral spring of w <5 plasma nitrided becomes. 7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur von bis zu 420°C nitriert wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that is nitrided at a temperature of up to 420 ° C. 8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter Zugabe von Argon plasmanitriert wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that is plasma nitrided with the addition of argon. 9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Federstahldraht nach dem Nitrieren mittels einer Strahlbearbeitung nachbehandelt wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that the spring steel wire after nitriding by means of a beam processing is treated. 10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schritten b. und c. der Federstahldraht mit einem Gas im Plasma in einem Sputterschritt feingereinigt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that between steps b. and c. the spring steel wire with a gas in it Plasma is cleaned in a sputtering step. 11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Spezialkugelstrahlen nach dem Schritt c.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized by a Special shot peening after step c. 12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch das Verwenden von Silicium-Chrom-Legierungen als Federstahlmaterial sowie Zusätzen.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized by the Use silicon-chromium alloys as spring steel material as well Additives. 13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch stirn­ seitiges Spezialschleifen des gewickelten Federstahldrahtes vor dem Nitrie­ ren.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized by forehead side special grinding of the wound spring steel wire in front of the nitrie ren. 14. Druckspiralfeder aus Federstahldraht zum Haltern von Einspritzdüsen in Ein­ spritzsystemen, insbesondere nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellte Druckspiralfeder, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Federstahldrahtes eine Diffusionsschicht aus Sonder­ nitriden aufweist mit lediglich einer geringfügigen Verbindungsschicht.14. Compression coil spring made of spring steel wire for holding injection nozzles in one injection systems, in particular according to a method according to one of the claims  1 to 13 manufactured compression coil spring, characterized in that that the surface of the spring steel wire a special diffusion layer Nitride has only a slight connection layer. 15. Druckspiralfeder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder­ stahlmaterial eine Silicium-Chrom-Legierung ist.15. Compression coil spring according to claim 14, characterized in that the spring steel material is a silicon-chromium alloy.
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