DD143405A1 - METHOD FOR FORGING A MATERIAL ON A WORKPIECE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zura Vergießen eines Werkstoffes auf ein vorgefertigtes Werkstück mit besonderen Materialeigenschaften und auf einem Zylinderkopf, hergestellt nach diesem Verfahren. Während das Siel der Erfindung in einer Erhöhung der Gebrauchseigenschaften hochbeanspruchter Zylinderköpfe liegt, besteht-die Aufgabe darin, hochbeanspruchte Zylinderköpfe für Brennkraftraaschinen herzustellen, die durch geeignete Kombination' von verschiedenen Werkstoffen nicht nur preiswert sind, sondern auch allen Anforderungen an Zeitstandfestigkeit besonders ira Bereich des Steges zv/ischen den Ventilen gerecht werden. Als Lösung hierzu wird nunmehr vorgesehen, daß der eingegessene Werkstoff mit dem vorgefertigten Werkstück in der Übergangsphase beider Werkstoffe eine formschlüssige und/oder stoffliche Verbindung eingeht. Der erfindungsgemäß hergestellte 'Zylinderkopf zeichnet sich dabei dadurch aus, daß da.s vorgefertigte Werkstück einen Ventilsteg und/oder Ventilsitz bildet und in eine bei Zylinderköpfen übliche Gußeisenschmelze eingegossen wird. — Fig.4 -The invention relates to a method zuma casting a Material on a prefabricated workpiece with special Material properties and on a cylinder head, manufactured according to this procedure. While the slump of the invention in an increase the performance characteristics of highly stressed cylinder heads, consists-the task in it, highly stressed cylinder heads for To produce internal combustion engines which, by suitable combination, of different materials are not only cheap, but also all requirements for creep rupture especially in the area of Steges zv / ischen the valves meet. As a solution to this is now envisaged that the material absorbed with the prefabricated Workpiece in the transition phase of both materials one form-fitting and / or material connection is received. The Inventively produced cylinder head is characterized characterized in that da.s prefabricated workpiece a valve web and / or Valve seat forms and in a usual cylinder heads Cast iron melt is poured. - Fig.4 -
Description
Berlin, den 17.9.1979 WP B 22 D/212 615 55 453 / 28Berlin, 17.9.1979 WP B 22 D / 212 615 55 453/28
Verfahren zum Vergießen eines Werkstoffes auf ein Werkstück \ . ; A method for casting a material onto a workpiece \. ;
Anwendungsgebiet der Erfindung Anwe area of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vergießen eines Werkstoffes auf ein vorgefertigtes Werkstück mit besonderen Materialeigenschaften-und auf einem Zylinderkopf, hergestellt nach diesem Verfahren,The invention relates to a method for casting a material onto a prefabricated workpiece with special material properties and on a cylinder head produced by this method,
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Charak t Eristik the known technical solutions
Es ist bekannt, Maschinenbauteile, v/elche sehr verschiedenen Anforderungen gerecht werden sollen, im Verbundgießverfahren herzustellen. Bei einem Verfahren dieser Art für die Plerstellung τοη Schwungscheiben für Kraftfahrzeuge ?/ird für die am äußeren Rand befindliche Verzahnung hochfester Stahl verwendet, während für die innere Partie Gußeisen eingegossen wird, welches einen hohen Reibkoeffizienten besitzt, was besonders vorteilhaft für die Reibkupplung ist. Die Verbindung beider Werkstoffe in der Übergangsphase wird durch Aufschmelzen einer kleinen Zone beim Eingießen der'Gußeisenschmelze erreicht. Verbessert wird dieser Vorgang noch durch Bohrungen, welche sich mit der eingegossenen Schmelze füllen und beim Erkalten zu einem zusätzlichen Formschluß führen. Diese Maßnahmen bieten den Vorteil, daß der Werkstoff den an bestimmten Stellen eines Maschinenbauteiles geforderten Eigenschaften, v/elche oft geradezu konträrer Natur sein können, angepaßt werden kann. Im übrigen ist mit einem solchen Verbundgießverfahren eineIt is known that machine components which satisfy very different requirements are to be produced using the composite casting method. In a method of this kind for the Plerstellung τοη flywheels for motor vehicles / ird high-strength steel is used for the teeth located on the outer edge, while cast for the inner part of cast iron, which has a high coefficient of friction, which is particularly advantageous for the friction clutch. The compound of both materials in the transition phase is achieved by melting a small zone during pouring the cast iron melt. This process is further improved by bores, which fill with the cast melt and lead to an additional positive fit when cooling. These measures offer the advantage that the material can be adapted to the properties required at certain points of a machine component, which can often be of almost opposite nature. Incidentally, with such a Verbundgießverfahren a
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nicht zu unterschätzende Kostenersparnis verbunden, da teure, weil hochlegierte Werkstoffe, oft nur an wenigen exponierten Stellen angewendet zu v/erden brauchen (DB-OS 2400 846).Not to be underestimated cost savings associated because expensive, because high-alloy materials, often used only at a few exposed sites need to v / earth (DB-OS 2400 846).
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Gebrauchswerteigenschaften hochbeanspruchter Zylinderköpfe zu verbessern.The object of the invention is to improve the utility value characteristics of highly stressed cylinder heads.
Darlegung des -Wesens der ErfindungStatement of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hochbeanspruchte Zylinderköpfe für Brennkraftmaschinen herzustellen, die durch geeignete Kombination von verschiedenen Werkstoffen nicht nur preiswert sind, sondern auch allen Anforderungen an Zeitsta-ndfestigkeit besonders im Bereich des Steges zwischen den Ventilen gerecht werden.The invention has for its object to produce highly stressed cylinder heads for internal combustion engines, which are not only inexpensive by suitable combination of different materials, but also meet all requirements for Zeitsta-ndfestigkeit especially in the region of the web between the valves.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe gelöst durch die' Anwendung eines Verfahrens zum Vergießen eines Werkstoffes auf ein vorgefertigtes Werkstück mit besonderen Materialeigenschaftenj bei dem der eingegossene Werkstoff mit dem vorgefertigten Werkstück in der Übergangsphase beider Werkstoffe eine formschlüssige und/oder stoffliche Verbindung eingeht auf hochbeanspruchte ^eile eines Zylin~ derkopfes von Brennkraftmaschinen und Zylinderkopf, hergestellt nach diesem Verfahren«According to the invention this object is achieved by the 'application of a method for casting a material on a prefabricated workpiece with special material propertiesj in which the cast material with the prefabricated workpiece in the transition phase of both materials enters into a positive and / or material connection to highly stressed ^ hurry one Cylinder head of internal combustion engines and cylinder head, manufactured according to this procedure «
Die Anwendung des Verbundgußverfahrens auf Zylinderkopfe beinhaltet den.Vorteil, daß der Werkstoff den unterschiedlichen Beanspruchungsverhältnissen, denen gewisse Partien des Zylinderkopfes durch Druck« und Wärmespannungen ausgesetzt sindj angepaßt werden kann» Mit nur einem Werkstoff können die oft gegenläufigen Forderungen wie Dicht-The application of the composite casting method to cylinder heads involves the advantage that the material can be adapted to the different stress conditions to which certain parts of the cylinder head are subjected by pressure and thermal stresses. With only one material, the often contradictory requirements such as sealing
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heit, Bearbeitbarkeit, Vergießbarkeit, Zugfestigkeit, Kerbschlagzähigkeit, Temperaturwechselfestigkeit und Dämpfung nicht erfüllt werden. Das Ergebnis der bekannten Gießverfahren für Zylinderköpfe war aus den genannten Gründen ein unbefriedigter Kompromiß. Erst durch Anwendung des Verbundgusses auf Zylinderköpfe ist man in der Lage, den durch die äußeren Randbedingungen gegebenen unterschiedlichen Beanspruchungen durch die dafür geeignete Wahl des Werkstoffes zu begegnen.unit, machinability, castability, tensile strength, notched impact strength, thermal shock resistance and damping are not met. The result of the known casting processes for cylinder heads was for the reasons mentioned an unmet compromise. Only by applying composite casting to cylinder heads is it possible to counteract the different stresses caused by the external boundary conditions by choosing the material for this purpose.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das vorgefertigte Werkstück einen Ventilsteg und/oder Ventilsitz bildet und in eine bei Zylinderköpfen übliche Gußeisenschmelze eingegossen wird.An embodiment of the invention is that the prefabricated workpiece forms a valve web and / or valve seat and is poured into a usual in cylinder heads cast iron melt.
Dies beinhaltet den Vorteil, daß die sehr hohen Spannungen im Stegbereich zwischen den Ventilen, hervorgerufen durch Wärmespannungen, dein hohen Druck der Verbrennungsgase und auch durch Spannungen beim Einschrumpfen von Ventilsitzringen und Anziehen von Zylinderkopfschrauben durch den speziell dafür geschaffenen Werkstoff aufgefangen v/erden.This has the advantage that the very high stresses in the land area between the valves, caused by thermal stresses, your high pressure of the combustion gases and also by stresses in the shrinking of valve seat rings and tightening cylinder head bolts caught by the specially created material v / earth.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Legierung des vorgefertigten Werkstücks in Gewichtsprosenten in der Zusammensetzung von maxiaml 3,0 % C, 1,7 bis 2,2 % Si, 1,0 bis 1,5 <% Mn, 18 bis 22 % Ni, 1,8 bis 2,4 % Cr, 0,1 % ITb, 0,05 % Mg, Eest Pe besteht und daß der eingegossene v/erkstoff in seiner Zusammensetzung dem bei Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen üblichen Gußeisen entspricht.A further embodiment of the invention is that the alloy of the prefabricated workpiece in weight percent in the composition of maxiaml 3.0% C, 1.7 to 2.2% Si, 1.0 to 1.5 <% Mn, 18 to 22 % Ni, 1.8 to 2.4 % Cr, 0.1 % ITb, 0.05 % Mg, Eest Pe and that the cast-in substance corresponds in composition to the cast iron common to cylinder heads of internal combustion engines.
Durch diese Maßnahme ist man in der Lage, die Zeitstandfestigkeit gegen Stegriß wesentlich zu erhöhen, da imBy this measure, one is able to increase the creep rupture strength against Stegriß significantly, as in
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Bereich der höchsten thermischen und mechanischen Beanspruchung hochlegierter, dauerfester Werkstoff zur Anwendung kommt"· Der Rest besteht aus Gußeisen, wie es bei Zylinderköpfen üblich ist. Dies wirkt sich sehr günstig auf die Kosten für die Herstellung von Zylinderköpfen aus« Durch die Legierungsbestandteile wird für das vorgefertigte Werkstück austenitisch.es Gefüge erzielt, in dem. Graphitsphärolite eingelagert sind. Mit einem solchen Gefüge wird nicht nur die 2emperaturwechselbeständigkeit erhöht, sondern auch der Oxydationswiderstand und die Wachstumsbeständigkeit in diesem thermisch hochbeanspruchten Gebiet verbessert."The remainder is made of cast iron, as is usual with cylinder heads, which has a very favorable effect on the costs for the production of cylinder heads". The alloy components are used for the production of cylinder heads prefabricated workpiece austenitic.The structure achieved in which. Graphitic spherolites are embedded.This structure not only increases the thermal fatigue resistance, but also improves the oxidation resistance and the growth resistance in this highly thermally stressed area.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, daß die formschlüssige Verbindung durch schwalbensehwanzförmige Ausbildung einer Übergangszone des vorgefertigten Werkstückes verbessert wird und zugleich durch Abschmelzquerschnitte eine stoffliche Verbindung erzielt wird« .An advantageous development of the method is that the positive connection is improved by schwalbensehwanzförmige formation of a transition zone of the prefabricated workpiece and at the same time a material connection is achieved by Abschmelzquerschnitte «.
Die schwalbenschwanzförmigen Aussparungen am äußeren Umfang des vorgefertigten Werkstückes vergrößern die Oberfläche, an der eine Verbindung mit der Gußeisenschmelse des umgebenen Zylindarkopfes stattfindet« Dies wirkt sich positiv auf die Beanspruchung aus, welche, der Verbindung zugemutet werden kann. Außerdem überlagert sich der formschlüssigen Verbindung auch eine stoffliche Verbindung, welche eine weitere Sicherheit gegen Herausbrechen des vorgefertigten Werkstückes aus dem übrigen Teil des Zylinderkopfes bietet« Die stoffliche VerbindLing kommt durch Aufschmelzen von dürfen Abschmelzquerschnitten zustande, welche in die auf 1430 bis 1500 0C erhitzte Gußeisenschmelze hineinragen. Ein Verfahren dieser Art ist besonders vorteilhaft in seinerThe dovetailed recesses on the outer circumference of the prefabricated workpiece increase the surface area at which there is a connection with the cast iron melt of the surrounding cylinder head. This has a positive effect on the stress that can be expected from the connection. In addition, the positive connection is also superimposed on a material connection, which provides a further security against breaking out of the prefabricated workpiece from the remaining part of the cylinder head «The material Verbindling comes about by melting of melting off cross sections, which in the heated to 1430 to 1500 0 C cast iron melt protrude. A method of this kind is particularly advantageous in its
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Anwendung auf Zylinderköpfe großer Masse, welche ausreichende Wärmekapazität zum Aufschmelzen genannter Abschmelzquerschnitte zur Verfügung stellen.Application to cylinder heads of large mass, which provide sufficient heat capacity for melting said Abschmelzquerschnitte.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die forinschlüssige Verbindung durch, konische Erweiterung des vorgefertigten Werkstückes nach der dem Brennraum abgewandten Seite verbessert und zugleich durch Abschmelzquerschnitte eine stoffliche Verbindung erzielt wird οAnother feature of the invention is characterized in that the forinschlüssige connection by, conical extension of the prefabricated workpiece after the side facing away from the combustion chamber improved and at the same time by Abschmelzquerschnitte a material connection is achieved ο
Ein solches Eingußteil kann besonders vorteilhaft auf Zylinderköpfe geringer Masse abgewendet werden, die über eine begrenzte Wärmekapazität der eingegossenen Gußeisenschmelze im Vergleich zu dem vorgefertigten Werkstück verfügen. Die in der Eisenschmelze gespeicherte Wärme reicht bei der geringen Masse der Eingußteile aus, um die Abschmelzquerschnitte zu verflüssigen. Zusätzlich zu der stofflichen Verbindung über die Abschmelzquerschnitte wird nach dem Einguß des vorgefertigten Werkstückes in den Zylinderkopf durch konische Ausbildung ein sicherer Formschluß erzielt, der ein Herauslösen aus dem Zylinderkopf mit Sicherheit verhindert.Such a casting can be particularly advantageously averted from cylinder heads of low mass, which have a limited heat capacity of the cast-cast molten metal compared to the prefabricated workpiece. The heat stored in the molten iron is sufficient for the low mass of Eingussteile to liquefy the Abschmelzquerschnitte. In addition to the material connection via the Abschmelzquerschnitte a secure positive engagement is achieved after the injection of the prefabricated workpiece in the cylinder head by conical training, which prevents detachment from the cylinder head with certainty.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens wird darin gesehen, daß das Vergießen steigend mit Richtung des Gießstrahls auf das vorgefertigte Werkstück erfolgt und daß während des Vergießens das vorgefertigte Werkstück durch Markierungen und Kernstützen in vorgeschriebener Lage gehalten wird*An advantageous development of the method is seen in the fact that the casting takes place rising with the direction of the pouring stream on the prefabricated workpiece and that during the potting the prefabricated workpiece is held by markers and core supports in a prescribed position *
Der Vorteil eines solchen Verfahrens liegt in der vorzüglichen Übertragung der Wärme von der eingegossenen üußeisenschraelze auf das im Fluß der Schmelze liegende vorgefertigte Werkstück» Die seitlich abstehenden Abschmelz-The advantage of such a method lies in the excellent transfer of heat from the cast in-cast iron ore to the prefabricated workpiece lying in the flow of the melt.
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querschnitte werden vom Beginn des SingießVorganges an sofort von der Schmelze umströmt und gut aufgeschmolzen und bilden daher zwischen Zylinderkopf und Werkstück eine innige stoffliche Verbindung» Durch Markierungen und Kernstütsen wird das vorgefertigte Werkstück während des Eingießvorganges in vorbestimmter Lage gehalten, was im Interesse einer fließenden und zuverlässigen Fertigung unabdingbar ist.cross sections are from the beginning of the SingießVorganges immediately flowed around by the melt and melted well and therefore form an intimate material connection between cylinder head and workpiece »By markings and Kernstütsen the prefabricated workpiece during the Eingießvorganges in a predetermined position, which is in the interest of a flowing and reliable Manufacturing is essential.
AusιühruggsbeispielAusιühruggsbeispiel
In den Zeichnungen sind mögliche Ausführungsbeispiele für die vorgefertigten Werkstücke dargestellt«, Es zeigen:The drawings show possible embodiments of the prefabricated workpieces.
Pig, 1: ein vorgefertigtes Werkstück mit schwalbenschwanz» formigen Aussparungen und Abschmelsquerschnitten, von der dem Brennraum abgewandten Seite gesehens Pig, 1: a prefabricated workpiece with dovetail "formigen Abschmelsquerschnitten recesses and, as seen from the side remote from the combustion chamber side s
Pig» 2: einen Schnitt II-II durch das brillenförmige Werkstück nach Pig. 1,Pig »2: a section II-II through the spectacle-shaped workpiece after Pig. 1,
Pig. 3: eine Seitenansicht des vorgefertigten Werkstückes nach Pig. 1,Pig. 3: a side view of the prefabricated workpiece according to Pig. 1,
Pig, 4: die Lage des eingegossenen Werkstückes nach den FIg6 1 bis 3 im Zylinderkopf,Pig, 4: the position of the cast workpiece according to the FIg 6 1 to 3 in the cylinder head,
Pig« 5ί eine Ansicht eines vorgefertigten Werkstückes geringer Hasse mit Abschmelzquerschnitten, von der dem Brennraum abgewandten Seite gesehen,Pig «5ί a view of a prefabricated workpiece low Hasse with Abschmelzquerschnitten, seen from the side facing away from the combustion chamber,
Pige 6s eine Seitenansicht des vorgefertigten Werkstückes nach Pig, 5*Pig e 6s a side view of the prefabricated workpiece after Pig, 5 *
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Pig. 7: einen Schnitt VII-YII durch, die Mittelquerebene des vorgefertigten Werkstückes nach Fig» 6,Pig. 7: a section VII-YII through, the central transverse plane of the prefabricated workpiece according to FIG. 6,
Pig. 8: die Lage des eingegossenen Werkstückes nach den Pig. 5 bis 7 im Zylinderkopf.Pig. 8: the position of the cast workpiece after the pig. 5 to 7 in the cylinder head.
Die Pig· 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform eines vorgefertigten Werkstückes 1 für den Einguß in den Ventilsteg eines Zylinderkopfes 2 großer Masse. Das brillenförmige Bauteil ist an seinem äußeren Rand mit schwalbenschwanz-förmigen Huten 3 versehen, in welche die Schmelze hineinläuft und nach dem Erkalten eine formschlüssige Verbindung eingeht. An der dem Brennraum abgewandten Seite des vorgefertigten Werkstückes befindet sich ein Abschmelzquerschnitt 4, v/elcher in Porm eines Grates 5 das gesamte Werkstück umläuft und beim Eingießen der auf 1430 bis 1500 0C überhitzten Gußeisenschmelze aufschmilzt und eine stoffliche Verbindung von Werkstück 1 und umgebender Gußeisenmasse ergibt. Diese in den Pig. 1 bis 4 dargestellte brillenförmige Ausführung wird deshalb vorteilhaft auf Zylinder großer Masse angewendet, weil diese in der Lage sind, mit ausreichender Sicherheit über genügend gespeicherte Wärme in ihrer Gußeisenschmelze zu verfügen, um ein Aufschmelzen des Abschmelzquerschnittes 4 zu gewährleisten.FIGS. 1 to 3 show an embodiment of a prefabricated workpiece 1 for pouring into the valve land of a cylinder head 2 of large mass. The spectacle-shaped component is provided at its outer edge with dovetail-shaped hatches 3, in which runs the melt and after cooling enters into a positive connection. On the side facing away from the combustion chamber of the prefabricated workpiece is a Abschmelzquerschnitt 4, v / elcher in Porm of a ridge 5 rotates the entire workpiece and melted during pouring the overheated to 1430 to 1500 0 C cast iron melt and a material connection of the workpiece 1 and surrounding cast iron mass results. This in the Pig. 1 to 4 eyeglass-shaped embodiment is therefore advantageously applied to cylinders of large mass, because they are able to dispose with sufficient certainty about enough stored heat in their molten cast iron to ensure melting of the Abschmelzquerschnittes 4.
Pur Zylinderköpfe geringerer Masse, die über nicht so viel gespeicherte Wärme in ihrer Gußeisenmasse verfügen, wird ein Werkstück gemäß den Pig. 5 bis S angewendet. Das Werkstück besitzt eine wesentlich geringere Masse und damit Wärmeträgheit. Die eingegossene Schmelze reicht bei dieser Ausführung ebenfalls mit Sicherheit aus, um die Abschmelzquerschnitte β, 7 aufzuschmelzen und eine stoffliche Bildung herbeizuführen. Dadurch, daß das Werkstück, wiePure cylinder heads of lesser mass, which have less stored heat in their cast iron mass, becomes a workpiece according to the Pig. 5 to S applied. The workpiece has a much lower mass and thus thermal inertia. The cast melt is also sufficient in this embodiment with certainty to melt the Abschmelzquerschnitte β, 7 and bring about a material formation. Due to the fact that the workpiece, like
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insbesondere aus 3?igc 7 ersichtlich, ist, an seinein gesamten Umfang, von der Brennraumseite ausgehend, sich konisch ausweitet, findet es in der umgebenden Gußeisenschmelse auch einen Formschluß vor. Die Lage im Zylinderkopf 8 im eingegossenen Zustand zeigt Pig· 8, · .in particular from 3 ig c 7 is visible, starting at its entire circumference, starting from the combustion chamber side, conically widening, it also finds in the surrounding cast iron melt before a positive engagement. The position in the cylinder head 8 in the cast-in state shows Pig · 8, ·.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD21261579A DD143405A1 (en) | 1979-05-02 | 1979-05-02 | METHOD FOR FORGING A MATERIAL ON A WORKPIECE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD21261579A DD143405A1 (en) | 1979-05-02 | 1979-05-02 | METHOD FOR FORGING A MATERIAL ON A WORKPIECE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD143405A1 true DD143405A1 (en) | 1980-08-20 |
Family
ID=5517944
Family Applications (1)
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| DD21261579A DD143405A1 (en) | 1979-05-02 | 1979-05-02 | METHOD FOR FORGING A MATERIAL ON A WORKPIECE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD143405A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0335856A1 (en) * | 1988-03-28 | 1989-10-04 | Austria Metall Aktiengesellschaft | Joining between at least a die-formed or rolled part and a casting part |
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1979
- 1979-05-02 DD DD21261579A patent/DD143405A1/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0335856A1 (en) * | 1988-03-28 | 1989-10-04 | Austria Metall Aktiengesellschaft | Joining between at least a die-formed or rolled part and a casting part |
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