DE10321259B4 - Process for the surface treatment of dynamically loaded metal components and use of the method - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Oberflächenbehandlung von dynamisch belasteten Bauteilen aus Metall, insbesondere von Federn, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mindestens einmal einer Feuerverzinkung unterworfen wird und eine Oberflächenvergütung durch Kugelstrahlen nach dem Feuerverzinken durchgeführt wird.Process for the surface treatment of dynamically loaded components made of metal, in particular of springs, characterized in that the component is subjected at least once to a hot-dip galvanizing and a surface treatment is carried out by shot peening after hot-dip galvanizing.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Metall, die für einen dynamisch belasteten Einsatz vorgesehen sind, insbesondere von Federn. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung des Verfahrens.The invention relates to a method for the surface treatment of components made of metal, which are provided for a dynamically loaded insert, in particular of springs. The invention further relates to a use of the method.
Schraubförmige Federn, insbesondere Achsfedern für Kraftfahrzeuge, die auch als Spiralfedern, Aufbaufedern oder Hubfedern bezeichnet werden, werden heute durch Kalt- oder durch Warmwickelprozesse gefertigt. Die hier eingesetzten Stahlgüten sind in den letzten Jahren kontinuierlich verbessert worden, was zu einer geringeren Duktilität und somit zu einer erhöhten Kerbempfindlichkeit der eingesetzten Federstähle geführt hat. Hieraus resultieren höhere Anforderungen an den Korrosionsschutz, um korrosive Angriffe und frühzeitige Bauteilausfälle zu verhindern. Mechanisch belastete Bauteile sind insbesondere Korrosionsangriffen durch Spannungsriss- und Schwingungsrisskorrosion unterworfen, bei denen durch ein Zusammenwirken von elektrochemischem Angriff und starker mechanischer Belastung infolge innerer Spannung im Bauteil die Korrosion verstärkt wird.Screw-shaped springs, in particular axle springs for motor vehicles, which are also referred to as coil springs, body springs or lifting springs are manufactured today by cold or by hot winding processes. The steel grades used here have been continuously improved in recent years, which has led to a lower ductility and thus to an increased notch sensitivity of the spring steels used. This results in higher requirements for corrosion protection to prevent corrosive attacks and premature component failures. Mechanically stressed components are particularly subject to corrosion attacks by stress cracking and vibration cracking corrosion, in which by a combination of electrochemical attack and strong mechanical stress due to internal stress in the component corrosion is enhanced.
Fahrzeugfedern (beispielsweise Achsfedern) sind in besonderem Maße korrosiven Angriffen durch Salzwasser und mechanischen Belastungen durch Steinschlag ausgesetzt und unterliegen daher besonders hohen Anforderungen an den Korrosionsschutz. Derzeit werden Fahrzeugfedern üblicherweise durch Pulverbeschichtungen vor korrosivem Angriff geschützt, welche aufgrund elektrostatischer Aufladung an der Federoberfläche haften und durch anschließende Wärmebehandlung bei zirka 180°C polymerisieren. Als Trägerschicht dient hier eine Zinkphosphatierung, die eine Schichtdicke von wenigen Mikrometern aufweist. Die entstehenden Kunststoffpulverbeschichtungen erleiden jedoch häufig beim Transport, beim Einbau oder durch Steinschlag im Fahrbetrieb Beschädigungen der Oberfläche, die in der Folge zu Korrosionsschäden und Federversagen führen.Vehicle springs (for example axle springs) are particularly exposed to corrosive attacks by salt water and mechanical loads due to falling rocks and are therefore subject to particularly stringent requirements for corrosion protection. Currently, vehicle springs are usually protected by powder coatings from corrosive attack, which adhere to the spring surface due to electrostatic charge and polymerize by subsequent heat treatment at about 180 ° C. As a carrier layer here is a zinc phosphating, which has a layer thickness of a few micrometers. However, the resulting plastic powder coatings often suffer damage to the surface during transport, during installation or by falling rocks during driving, which subsequently lead to corrosion damage and spring failure.
Eine bessere Beständigkeit des Korrosionsschutzes ist grundsätzlich durch Aufbringen metallischer Beschichtungen auf Bauteiloberflächen gegeben. Ein gravierendes Problem bei der Metallbeschichtung von dynamisch belasteten Bauteilen, insbesondere von Federn, deren Elastizität bewahrt bleiben muss, liegt in den bei den meisten Metallbeschichtungsverfahren auftretenden hohen Temperaturen. So erreichen Stahlfedern ihre hohe Lebensdauer durch das Einbringen von Druckeigenspannungen im oberflächennahen Bereich mittels Kugelstrahlen. Diese Druckeigenspannungen werden durch den Einfluss erhöhter Temperaturen jedoch wieder abgebaut. Bekannte Verfahren, welche die Verzinkung von Federn beziehungsweise Federdraht zum Ziel haben, vermeiden daher erhöhte Temperaturen oder führen die Federwicklung erst nach dem Beschichtungsprozess durch.A better resistance to corrosion protection is basically given by applying metallic coatings on component surfaces. A serious problem in the metal coating of dynamically loaded components, in particular springs, whose elasticity must be preserved, lies in the high temperatures occurring in most metal coating process. Thus, steel springs achieve their long service life by introducing residual compressive stresses in the near-surface area by means of shot peening. However, these residual compressive stresses are reduced by the influence of elevated temperatures. Known methods, which have the aim of galvanizing springs or spring wire, therefore avoid elevated temperatures or perform the spring winding only after the coating process.
Beispielsweise ist aus der
Es sind ferner galvanische Verzinkungsverfahren bekannt, die jedoch ebenfalls durch eine unzureichende Verbindung der Metallschicht mit dem Grundwerkstoff gekennzeichnet sind. Zudem sind höhere Schichtdicken galvanisch nur schwer darstellbar. Beispielsweise beschreibt die
Aus der
Ein weiteres Problem, das der Anwendung hoher Temperaturen bei der Verzinkung von Federn nach allgemeiner Auffassung entgegensteht, sind die hohen Siliziumgehalte im Bereich von 1,5 bis 1,8% in typischen Federstählen, die zum Auftreten des so genannten Sandeln-Effektes führen und somit mit einer beschleunigten Eisen-Zink-Reaktion und schwer kontrollierbarem Schichtwachstum einhergehen. Kritische Siliziumgehalte, bei denen dieses Problem auftritt, liegen im Bereich von 0,03 bis 0,13% und oberhalb von 0,28%.Another problem that is generally opposed to the use of high temperatures in the galvanizing of springs is the high silicon contents in the range of 1.5 to 1.8% in typical spring steels which result in the so-called sanding effect, and thus With Accelerated iron-zinc reaction and difficult to control layer growth go along. Critical silicon contents at which this problem occurs are in the range of 0.03 to 0.13% and above 0.28%.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von dynamisch belasteten Metallbauteilen, insbesondere von Federn für Kraftfahrzeuge, bereitzustellen, das einen verbesserten Korrosionsschutz hinsichtlich einer chemischen und thermischen Beständigkeit sowie gegen extreme mechanische Beanspruchung gewährleistet. Die durch das Verfahren erzeugte Beschichtung sollte möglichst selbstheilende Eigenschaften aufweisen. Das Verfahren sollte zudem kostengünstig durchführbar sein.Object of the present invention is to provide a method for surface treatment of dynamically loaded metal components, in particular of springs for motor vehicles, which ensures improved corrosion protection in terms of chemical and thermal resistance and against extreme mechanical stress. The coating produced by the process should have as self-healing properties as possible. The process should also be inexpensive to carry out.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird das Bauteil mindestens einmal einer Feuerverzinkung unterworfen und eine Oberflächenvergütung durch Kugelstrahlen vor und/oder nach, vorzugsweise vor und nach dem Feuerverzinken durchgeführt. Durch das an sich bekannte Verfahren der Feuerverzinkung entstehen im Grenzbereich der Bauteiloberfläche und der aufgebrachten Zinkbeschichtung Legierungen des Bauteilmaterials mit Zink mit einem zunehmenden Zinkgehalt in Richtung der äußeren Schichten. Diese stoffliche Verbindung des Bauteilmaterials mit seiner Beschichtung ist durch eine ausgesprochen hohe Beständigkeit gegenüber mechanischen Belastungen gekennzeichnet. Ein weiterer Vorteil von Zinkbeschichtungen liegt in dem so genannten Selbstheileffekt, durch den Oberflächenbeschädigungen, beispielsweise in Form von Rissen oder Kerben, aufgrund einer Passivierungsreaktion wieder verschlossen werden. Dabei entsteht nach den folgenden Gleichungen aus dem primären Korrosionsprodukt Zinkhydroxid unter Einwirkung von Kohlendioxid ein basisches Zinkkarbonat, das eine äußerst beständige und gut schützende Deckschicht bildet, die für den eigentlichen Korrosionsschutz verantwortlich ist:
Üblicherweise kommt die Feuerverzinkung vor allem bei niedriggekohlten Stahlgüten, typischerweise bei Kalt- oder Warmbandblechen, zum Einsatz. Bei hoch legierten Stahlgüten, insbesondere solchen mit hohen Siliziumgehalten, wie sie bei dynamisch belasteten Bauteilen üblich sind, verbietet sich nach herrschender Meinung die Feuerverzinkung aufgrund des bereits beschriebenen Sandelin-Effektes. Es wurde jedoch gefunden, dass bei entsprechend gewählten Verzinkungsparametern und Zinklegierungen die Feuerverzinkung von typischen Federstählen, beispielsweise von 50 CrV 4-, 54 SiCr 6- oder 60 SiCrV 7-Stählen, möglich ist und das Auftreten des Sandelin-Effektes zwar nicht vollständig verhindert aber in kontrollierbaren Grenzen gehalten werden kann.Usually, hot-dip galvanizing is used primarily for low-carbon steel grades, typically cold or hot strip steel. In the case of highly alloyed steel grades, in particular those with high silicon contents, as is customary in dynamically loaded components, hot dip galvanization is ruled out in the prevailing opinion due to the already described Sandelin effect. However, it has been found that with appropriately selected galvanizing parameters and zinc alloys, the hot-dip galvanizing of typical spring steels, for example 50 CrV 4-, 54 SiCr 6 or 60 SiCrV 7 steels, is possible and although the occurrence of the Sandelin effect is not completely prevented can be kept within controllable limits.
Die erzielten vorteilhaften Materialeigenschaften erfindungsgemäß beschichteter Federn erlauben den Einsatz für Achsfedern, die in besonderem Maße extremen mechanischen Beanspruchungen durch Steinschlag ausgesetzt sind, beispielsweise bei Offroad-Fahrzeugen oder Fahrzeugen mit Schlechtwegeausstattung. Die erfindungsgemäßen Achsfedern eigenen sich aufgrund ihres guten Korrosionsschutzes gegen chemische Angriffe ferner für Einsätze in Regionen mit feuchtkalten klimatischen Bedingungen.The achieved advantageous material properties according to the invention coated springs allow the use of axle springs, which are exposed to extreme mechanical stress by falling rocks, for example, in off-road vehicles or vehicles with poor road equipment. The axle springs according to the invention are also suitable for use in regions with moist, cold climatic conditions due to their good corrosion protection against chemical attack.
Das bereits angesprochene Problem des Verlustes der Druckeigenspannungen von vorgeformten Federn aufgrund der hohen Temperatureinwirkungen bei der Feuerverzinkung kann besonders vorteilhaft durch ein nachgeschaltetes Kugelstrahlen überwunden werden.The already mentioned problem of the loss of residual compressive stresses of preformed springs due to the high temperature effects in hot-dip galvanizing can be overcome particularly advantageous by a downstream shot peening.
Der Verfahrensschritt des Feuerverzinkens erfolgt in bekannter Weise durch mindestens einmaliges Eintauchen des Bauteils in ein Bad aus schmelzflüssigem Zink, das gegebenenfalls noch weitere Legierungszusätze enthalten kann, wie etwa Aluminium. Dabei beträgt der Zinkgehalt der Schmelze mindestens 98%. Zink hat eine Schmelztemperatur von etwa 419°C. Mögliche Temperaturen des Verzinkungsbades liegen entsprechend in einem Bereich zwischen 420 und 560°C. Vorzugsweise wird das Feuerverzinken bei Temperaturen von 440 bis 460°C durchgeführt. Bei diesen Temperaturen kommt es infolge wechselseitiger Diffusionsprozesse des flüssigen Zinks mit der Materialoberfläche des Bauteils, insbesondere mit der Stahloberfläche, zu einem Überzug verschiedenartig zusammengesetzter Eisen-Zink-Legierungsschichten. Abhängig von der Verfahrensführung entsteht auf der äußersten Legierungsschicht eine auch als Reinzinkschicht bezeichnete Phase, deren Zusammensetzung der Zinkschmelze entspricht.The process step of hot-dip galvanizing is carried out in a known manner by immersing the component at least once in a bath of molten zinc, which may optionally contain further alloying additives, such as aluminum. The zinc content of the melt is at least 98%. Zinc has a melting temperature of about 419 ° C. Possible temperatures of the galvanizing bath are accordingly in a range between 420 and 560 ° C. Preferably, the hot dip galvanizing is carried out at temperatures of 440 to 460 ° C. At these temperatures, as a result of mutual diffusion processes of the liquid zinc with the material surface of the component, in particular with the steel surface, a coating of differently composed iron-zinc alloy layers occurs. Depending on the process, a phase which is also referred to as a pure zinc coating and whose composition corresponds to the zinc melt is formed on the outermost alloy layer.
Um optimale Verzinkungsergebnisse zu erreichen, sollte das Bauteil vor dem Feuerverzinken einer Oberflächenvorbehandlung unterzogen werden, die eine Reinigung, insbesondere Entfettung, ein Beizen, insbesondere mit verdünnter Salzsäure, und/oder ein Fluxen in einem Flussmittelbad umfassen kann.In order to achieve optimum galvanizing results, the component should be subjected to a surface pretreatment prior to hot-dip galvanizing, which may include a cleaning, in particular degreasing, pickling, in particular with dilute hydrochloric acid, and / or fluxing in a flux bath.
Das Kugelstrahlen, das vorzugsweise sowohl vor als auch nach dem Feuerverzinken erfolgt, dient der Verdichtung und der Verfestigung der Oberfläche des Bauteils, wodurch mechanische Eigenschaften des Materials gezielt verbessert werden. Im Falle von schraubförmigen Federn bewirkt eine geeignete Kugelstrahlbehandlung den Aufbau von Druckeigenspannungen und die Erhöhung der Schwingfestigkeit. Das Kugelstrahlen kann in Schleuderrad-, Injektor- oder Druckluftanlagen mit Strahlmitteln aus Stahl, Edelstahl, Glas oder Keramik durchgeführt werden. Das bevorzugt kugelförmige Strahlmittel kann durchschnittliche Durchmesser zwischen 20 μm und 6 mm aufweisen, insbesondere zwischen 100 μm und 1 mm.The shot peening, which preferably takes place both before and after hot-dip galvanizing, serves to densify and solidify the surface of the component, as a result of which mechanical properties of the material are purposefully improved. In the event of of screw-shaped springs, a suitable shot peening treatment causes the build-up of residual compressive stresses and the increase of the fatigue strength. The shot peening can be carried out in blast wheel, injector or compressed air systems with blasting media made of steel, stainless steel, glass or ceramic. The preferred spherical blasting agent may have average diameters between 20 microns and 6 mm, in particular between 100 microns and 1 mm.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Oberflächenbehandlung von dynamisch belasteten Bauteilen aus Metall, insbesondere von Federn aus Stahl. Dabei kommen die durch das Verfahren erzeugten Materialeigenschaften besonders vorteilhaft für extrem mechanisch und/oder chemisch beanspruchte Bauteile, etwa bei Achsfedern für Kraftfahrzeuge, zum Tragen.The inventive method is particularly suitable for the surface treatment of dynamically loaded components made of metal, in particular springs made of steel. The material properties produced by the method are particularly advantageous for extremely mechanically and / or chemically stressed components, such as axle springs for motor vehicles, for carrying.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.Further preferred embodiments of the invention are the subject of the remaining dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
Das Verfahren gemäß
Im anschließenden Schritt S2 erfolgt eine Vergütung der vorgeformten Feder durch Anlassen und/oder Spannungsarmglühen, wobei beide Vergütungsschritte auch miteinander kombiniert werden können. Beim Anlassen wird das Bauteil auf eine werkstoff- und härtespezifische Temperatur bis in seinen Kernbereich erwärmt und anschließend wieder auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Anlassen dient der Steigerung der Zähigkeit des Materials, so dass eine aufgrund seiner anwendungsgemäßen Belastung notwendige Duktilität gewährleistet ist. Auch mehrfache Anlassbehandlungen sind möglich. Das Spannungsarmglühen hat ausschließlich das Ziel, die im Bauteil vorhandenen Eigenspannungen, die beispielsweise durch vorausgegangene Wärmebehandlungen oder mechanische Bearbeitungen verursacht werden, zu reduzieren. Üblicherweise wird das Bauteil an Luft oder unter Schutzgasatmosphäre erwärmt und unter Ofenabkühlung auf Raumtemperatur gebracht. Durch das Glühen wird eine Maßhaltigkeit der Bauteile erhöht und ein späteres Verziehen vermieden.In the subsequent step S2, the preformed spring is tempered by tempering and / or stress relief annealing, wherein both tempering steps can also be combined with one another. During tempering, the component is heated to a material- and hardness-specific temperature up to its core area and then cooled again to room temperature. Tempering serves to increase the toughness of the material, so that a ductility which is necessary due to its application is guaranteed. Also multiple treatments are possible. Stress relief annealing has the sole purpose of reducing the inherent stresses in the component caused, for example, by previous heat treatments or mechanical processes. Usually, the component is heated in air or under a protective gas atmosphere and brought to room temperature while cooling the furnace. The annealing increases the dimensional accuracy of the components and avoids later distortion.
Die Vergütungsschritte richten sich in erster Linie nach der Herstellungsart der Feder. Im Falle einer kaltgewickelten Feder wird der Draht typischerweise bereits vor dem Wickeln vergütet, ein späteres Anlassen ist also nicht mehr erforderlich. Um aber die beim Kaltwickeln eingebrachten Eigenspannungen abzubauen, sollte ein Spannungsarmglühen erfolgen. Dies führt zu einer besseren Formgenauigkeit und ermöglicht zudem ein Warmsetzen für eine bessere Bauhöhengenauigkeit. Handelt es sich hingegen um eine warmgewickelte Feder, ist diese bereits durch das Warmwickeln frei von Eigenspannungen, muss aber noch vergütet werden. Die Feder wird zu diesem Zweck nach dem Wickeln in Öl abgeschreckt und anschließend angelassen. Beide Wärmebehandlungen finden typischerweise bei Temperaturen von 300 bis 400°C statt. Für die spätere Feuerverzinkung ist es unerheblich, ob die Feder zuvor kalt- oder warmgewickelt wurde.The compensation steps depend primarily on the production method of the spring. In the case of a cold-rolled spring, the wire is typically already tempered before winding, so a subsequent tempering is no longer required. But in order to reduce the inherent stresses introduced during cold winding, a stress relief annealing should take place. This leads to a better dimensional accuracy and also allows hot setting for a better construction height accuracy. If, on the other hand, it is a hot-rolled spring, it is already free from residual stresses as a result of the hot winding, but it still has to be tempered. The spring is quenched for this purpose after winding in oil and then tempered. Both heat treatments typically take place at temperatures of 300 to 400 ° C. For the subsequent hot-dip galvanizing it is irrelevant whether the spring was previously cold or hot rolled.
Anschließend erfolgt in Schritt S3 eine erste Kugelstrahlbehandlung, bei der die Feder in Schleuderrad-, Injektor- oder Druckluftanlagen mit einem kugelförmigen Strahlmittel aus Stahl, Edelstahl, Glas oder Keramik behandelt wird, wobei die Oberfläche verdichtet und verfestigt wird. Insbesondere bei dynamisch belasteten Bauteilen, beispielsweise Achsfedern von Kraftfahrzeugen, gelingt durch das Kugelstrahlen das Einbringen von notwendigen Druckeigenspannungen im Oberflächenbereich, der die Stahlfedern ihre hohe Lebensdauer verdanken.Subsequently, in step S3, a first shot peening treatment is carried out, in which the spring is treated in centrifugal, injector or compressed air systems with a spherical blasting agent made of steel, stainless steel, glass or ceramic, wherein the surface is compacted and solidified. In particular, in dynamically loaded components, such as axle springs of motor vehicles, the introduction of necessary compressive residual stresses in the surface area, which owe the steel springs their long life by shot peening.
Vor dem Feuerverzinken erfolgt in Schritt S4 eine Oberflächenvorbehandlung der Stahlfeder, die mehrere Schritte umfassen kann. Vorzugsweise erfolgt dabei zunächst eine Reinigung, wobei Rückstände von Fetten und Ölen in einem Entfettungsbad oder auf andere Weise entfernt werden. Hier kommen üblicherweise wässrige, alkalische oder saure Entfettungsmittel zur Anwendung. Nach einem zwischengeschalteten Spülschritt kann sich eine Beizbehandlung zur Entfernung von arteigenen Verunreinigungen, wie zum Beispiel Zunder oder Rost, anschließen. Das Beizen erfolgt üblicherweise in verdünnter Salzsäure. Optional kann sich nach einem weiteren Spülschritt ein Fluxen der Feder in einem Flussmittelbad anschließen, um eine letzte Feinreinigung der Stahloberfläche zu erzielen. Das Flussmittel besteht üblicherweise aus einer wässrigen Lösung von Zinkchlorid und/oder Ammoniumchlorid und erhöht die Benetzungsfähigkeit der Stahloberfläche für das schmelzflüssige Zink.Before the hot-dip galvanizing, a surface pretreatment of the steel spring, which may comprise several steps, takes place in step S4. Preference is given to first cleaning, with residues of fats and oils are removed in a degreasing bath or otherwise. Usually aqueous, alkaline or acid degreasing agents are used. After an intermediate rinsing step, a pickling treatment may be used to remove inherent contaminants, such as scale or rust. The pickling is usually carried out in dilute hydrochloric acid. Optionally, after a further rinsing step, a fluxing of the spring can follow in a flux bath in order to achieve a final fine cleaning of the steel surface. The flux usually consists of an aqueous solution of zinc chloride and / or ammonium chloride and increases the wetting ability of the steel surface for the molten zinc.
Nach einer optional zwischengeschalteten Trockenstation erfolgt in Schritt S5 die Feuerverzinkung der Feder. Dabei wird die Feder in eine flüssige Zinkschmelze getaucht, die weitere Legierungszusätze, beispielsweise Aluminium, enthalten kann. Dabei bilden sich aufgrund wechselseitiger Diffusionsprozesse Legierungsschichten aus Eisen und Zink mit variierenden Zusammensetzungen.After an optional intermediate drying station takes place in step S5, the hot dip galvanizing of the spring. In this case, the spring is immersed in a liquid zinc melt, which may contain other alloying additives, such as aluminum. As a result of mutual diffusion processes, alloy layers of iron and zinc with varying compositions are formed.
Nach Auskühlen der verzinkten Stahlfeder an Luft oder in einem Wasserbad erfolgt gemäß
Die so hergestellte Feder ist hervorragend gegen mechanische und chemische Korrosionsangriffe geschützt und eignet sich daher in besonderer Weise als Achsfeder für Kraftfahrzeuge, beispielsweise für den Offroad-Betrieb.The spring thus produced is well protected against mechanical and chemical corrosion attacks and is therefore particularly suitable as an axle spring for motor vehicles, for example for off-road operation.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS
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- S1S1
- Federwickelnspring coiling
- S2S2
- Anlassen/SpannungsarmglühenTempering / stress relieving
- S3S3
- KugelstrahlenShot peening
- S4S4
- Reinigen/BeizenCleaning / Pickling
- S5S5
- FeuerverzinkenHot-dip galvanizing
- S6S6
- KugelstrahlenShot peening
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997042352A1 (en) * | 1996-05-02 | 1997-11-13 | N.V. Bekaert S.A. | Chromium-silicon spring wire |
Family Cites Families (4)
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JPS6456893A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-03 | Osaka Prefecture | Treatment of steel wire for spring |
JP2691325B2 (en) * | 1992-06-24 | 1997-12-17 | 中央発條株式会社 | Manufacturing method of carbon steel thin plate for mainspring |
JPH07109556A (en) * | 1993-10-08 | 1995-04-25 | Shinko Kosen Kogyo Kk | Alloy layer coated steel wire and its production |
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997042352A1 (en) * | 1996-05-02 | 1997-11-13 | N.V. Bekaert S.A. | Chromium-silicon spring wire |
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