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Die
Erfindung betrifft einerseits ein einteiliges, durch Umformung hergestelltes
Blechhalbzeug, sowie andererseits ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen einteiligen Blechhalbzeuges.
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Gegenstand
der Erfindung ist ein einteiliges, durch Umformung hergestelltes
Blechhalbzeug. Blechhalbzeuge sind z. B. in Form von abgelängten Blechtafeln
bekannt, die z. B. durch weitere Umformung z. B. zu Stoßfängern oder
Felgen weiterverarbeitet werden. Vorteilhaft ist nun, wenn bei späterer Weiter-verarbeitung
oder Anwendung dieses Blechhalbzeuges auf bestimmte Werkstoff- und
Geometrieeigenschaften zurückgegriffen
werden kann. So ist beispielsweise vorstellbar, dass aus einem solchen Blechhalbzeug
ein Werkstück
erstellt wird, das aufgrund seiner nachfolgenden Formgebung entsprechend
den Festigkeitsanforderungen an bestimmten, vorher festgelegten
Stellen eine höhere
Festigkeit aufweist, als an anderen Stellen.
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Im
Zusammenhang mit der Umformung von Blechen sind bereits mehrere
Verfahren, beispielsweise zum Planieren von Metallbändern, bekannt (
EP 1 070 557 A2 ).
Hierbei wird derart vorgegangen, dass bei der Herstellung solcher
Metallbänder
zum Beseitigen von Welligkeiten und Bandsäbeln beim Walzen das Metallband
mit einem über
die Bandbreite veränderbaren
Planiergrad um ein vorgegebenes Maß plastisch verformt wird.
Dies geschieht im Wesentlichen dadurch, dass in dem Metallband durch zonenweise
Erwärmung
oder Abkühlung
ein über
die Bandbreite veränderbares
Temperaturprofil zur Beeinflussung der Zugspannungsverteilung erzeugt wird,
wobei der Planiergrad durch die Veränderung der Zugspannungsverteilung
eingestellt wird. Wie bereits ausgeführt, erfolgen die oben beschriebenen Maßnahmen
vor dem Hintergrund der Erzielung einer Bandplanheit.
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Zur
Erzielung einer guten Bandplanheit ist ebenfalls bekannt, beim Walzen
von Blechen, Streifen, Bändern
und Folien im Bereich von Fehlstellen in Form von Langstellen des
Walzgutes, Kühlmittel
auf die Walzenballen der Arbeits- oder Stützenwalzen zur Verringerung
des Walzenballendurchmessers zonenweise aufzusprühen (
DE 35 16 827 C2 ).
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Aus
der
DE 197 55 409
A1 ist weiterhin bekannt zur Erzielung von bestimmten Eigenschaften von
nichtrostenden Baustählen,
wie Zähigkeits-
und Festigkeitseigenschaften, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit,
die thermomechanisch Behandlung aus der Walzhitze heraus zu gestalten.
In diesem Zusammenhang wurde gefunden, dass bei Abkühlung der nichtrostenden
Stähle
direkt aus der Walzhitze heraus Eigenschaften entstehen, die gleich
gut oder besser sind, als jene nach der Wärmebehandlung und anschließender Kaltumformung.
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Darüber hinaus
ist bekannt, Bauteile einzusetzen, die über ihre Fläche oder ihre Länge eine
unterschiedliche Dicke oder Materialzusammensetzung haben. Die Vorprodukte
solcher Bauteile werden als "Tailored
Blanks" oder "Tailored Strips" bezeichnet. In der
Praxis sind für
die Herstellung solcher "Tailored Blanks" zwei prinzipiell
unterschiedliche Fertigungsverfahren bekannt.
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Nach
einem ersten Verfahren werden hierbei zwei Bleche unterschiedlicher
Dicke und/oder unterschiedlicher Materialzusammensetzung am Stumpfstoß aneinandergeschweißt. Die
entsprechenden Produkte werden dann als "Tailor-welded Blanks" bzw. "Tailor-welded Strips" bezeichnet. Der Vorteil eines solchen
Herstellungsverfahrens besteht in dem geringen vorrichtungs-technischen Aufwand
für die Durchführung dieses
Verfahrens.
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Darüber hinaus
ist weiterhin bekannt, einen Bandstahl abschnittsweise mit unterschiedlichem Walzspalt
kalt zu walzen. Hierbei lassen sich durch Veränderung des Walzspaltes sanfte Übergänge von einem
dickeren Bandabschnitt zu einem dünneren Bandabschnitt und umgekehrt
erzielen. Allerdings ist die Herstellung dieser auch als "Tailored Blanks", Tailor-rolled Strips" oder "Tailor-rolled Tubes" bezeichneten Varianten
auf diese Weise anlagentechnisch sehr aufwendig.
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Aus
der WO 00/21695 ist darüber
hinaus bekannt, dass die Herstellung eines Metallbandes aus Stahl
mit abschnittsweise unterschiedlicher Dicke durch Warmwalzen erfolgt.
Im Einzelnen ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, das Band warm zu
walzen, wobei das Band vor dem Warmwalzstich abschnittweise durch
Kühlen
oder Erwärmen
auf eine unterschiedliche Temperatur eingestellt wird.
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Aus
der
EP 1 426 454 A1 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem die Wärmebehandlung von Stahlblechen
in einem Durchlaufofen in der Form erfolgt, dass durch in Durchlaufrichtung
nebeneinander liegende Ofenzonen unterschiedlicher Erwärmungstemperatur
die mechanischen Eigenschaften für
das herzustellende Formteil so beeinflusst werden, dass sich in
bei einem nachfolgenden Härten
definierte Zonen unterschiedlicher Duktilität einstellen lassen.
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Das
erfindungsgemäße einteilige,
durch Umformung hergestellte Blechhalbzeug zeichnet sich allerdings
durch Zonen unterschiedlicher Festigkeit aus, wobei im Einzelnen
in der Art vorgegangen wird, dass die mindestens eine Zone unterschiedlicher Festigkeit
gegenüber
einer benachbarten Zone durch Erwärmung und nachfolgende Abkühlung während der
Umformung dieser Zone herstellbar ist. Hieraus wird deutlich, dass
die Zone oder die Zonen unterschiedlicher Festigkeit gegenüber benachbarten
Zonen anderer zumeist geringerer Festigkeit zunächst einmal definiert erwärmt werden,
wobei die Temperatur im Bereich der Umwandlung des Gefüges des Metalles
gewählt
ist, um dann während
der Umformung, beispielsweise beim Walzvorgang, diese Zonen zur
Umwandlung des Gefüges
abzukühlen.
Das heißt,
die Gefügestruktur
und damit die Festigkeit in der entsprechenden Zone wird nicht nur
durch die Wahl der Temperatur und die Abkühlgeschwindigkeit bestimmt,
sondern auch durch die Umformung, beispielsweise beim Walzvorgang.
Das heißt,
dass die solchermaßen
hergestellten Bleche über
ihre Fläche eine
durchaus gleiche Dicke aber doch Zonen unterschiedlicher Festigkeit
aufweisen können.
Es handelt sich hierbei demzufolge um eine thermisch aktivierte Gefügeumwandlung
durch sogenannte Martensitbildung. Dabei erfolgt die Einstellung
der zur Erreichung des festigkeitssteigernden Effektes notwendigen Temperatur
in der Zone bevorzugt mittels induktiver Erwärmung. Die dabei eingestellte
Temperaturführung
in den entsprechenden Zonen des einlaufenden Blechbandes erfolgt
in der Weise, dass ausreichend hohe Aufheizraten (> 6 °C/s) dafür sorgen, dass schon bei verhältnismäßig niedrigen
Temperaturen (860 °C)
eine vollständige
Austenitisierung als wesentliche Voraussetzung für die angestrebte nachfolgende Martensitumwandlung
erreicht wird. Bei höheren
Austenitisierungstemperaturen sind sogar höhere Aufheizraten und damit
höhere
Produktivitäten denkbar.
Damit ist aus metallurgischen Gesichtspunkten eine explizite Haltezeit
der Temperatur nicht mehr erforderlich. Durch eine schnelle Temperaturabfuhr
im Kontakt in dem Umformwerkzeug (Walzen) und ggf. zusätzlicher
Druckgas- und/oder Flüssigkkeitskühlung kommt
es dann bei entsprechend hohen Abkühlraten zur gewünschten
Martensitbildung.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung eines einteiligen Blechbauteiles mit definierten
Zonen unterschiedlicher Festigkeit zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch
aus, dass die definierten Zonen auf ein Temperaturniveau oberhalb
oder gleich der Gefügeumwandlungstemperatur,
wie oben beschrieben, erwärmt
werden, wobei während
der nachfolgenden Umformung diese Zonen verformt und abgekühlt werden.
Das heißt
auch, das erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich durch zwei Parameter aus, die im Wesentlichen zur
gleichen Zeit die Festigkeit des Werkstoffs beeinflussen, nämlich zum
einen die Erwärmung
und Abkühlung,
und zum anderen die dabei stattfindende Umformung. Insofern ist
auch vorgesehen, dass die Abkühlung
durch das Umformwerkzeug, z. B. durch die Walzen, also das Umformwerkzeug,
erfolgt.
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Weitere
Merkmale der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
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Um
ein flächiges
Werkstück,
beispielsweise ein Blechhalbzeug, im Bereich definierter Zonen zu erwärmen, ist
vorgesehen, dass die Erwärmung
insbesondere induktiv erfolgt, da durch die induktive Erwärmung tatsächlich abgegrenzte
Zonen definiert und relativ schnell aufgeheizt werden können.
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Wie
bereits an anderer Stelle erläutert,
ist zur Erzielung der gewünschten
Festigkeiten in den definierten Zonen eine Aufheizung dieser Zone
mit nachfolgender schneller Abkühlung
erforderlich. Zur Erzielung eines hohen Temperaturgradienten, also
einer hohen Abkühlgeschwindigkeit,
ist vorgesehen, dass das Umformwerkzeug und hier insbesondere die
Walze eines Walzwerkzeuges gekühlt
wird. Denkbar ist allerdings auch, dass zur Erzielung eines solchen
hohen Temperaturgradienten in den Walzenspalt ein Kühlmedium
eingebracht wird. Das bedeutet, dass während des Walzvorganges die
Abkühlung erfolgt.
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Vorteilhaft
ist weiterhin vorgesehen, dass die Zone der hohen Festigkeit in
dem Blechhalbzeug nicht der weiteren Umformung unterzogen wird.
Die Zone der hohen Festigkeit in dem Blechhalbzeug wird insbesondere
dadurch erzeugt, dass dort eine Erwärmung oberhalb oder gleich
der Gefügeumwandlungstemperatur
erfolgt, mit nachfolgender Abkühlung,
wie dies bereits beschrieben wurde.
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Eine
solche Zone wird bei einem weiteren Umformvorgang des Blechhalbzeuges
ausgespart, um insbesondere eine Rissbildung in diesem Bereich zu
vermeiden. Nachteilig wären
auch höhere
Prozesskräfte
bei der Umformung auch dieser Zonen höherer Festigkeit.
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Bevorzugte
Stahlsorten, die für
die Verwendung in einem solchen Verfahren in Frage kommen, weisen
einen definierten Mangan- und Boranteil auf. Mangan bewirkt eine
Herabsetzung der kritischen Abkühlgeschwindigkeit,
was letztlich zu höheren Festigkeits-
und Zähigkeitswerten
führt.
Bor verzögert
die Austenitumwandlung in der Ferritstufe, was letztlich die für die Martensitumwandlung
notwendige kritische Abkühlgeschwindigkeit
so verringert, dass eine Abkühlung über den
Werkzeugkontakt zumeist schon hinreichend ist. Ein typisches Beispiel
für einen
solchen höchstfesten
Vergütungsstahl
ist der Stahl 22MnB5 (1,5528), bei dem durch die zuvor genannte
thermo-mechanische Behandlung Endfestigkeiten zwischen 1200 und
1600 N/mm2 erreicht werden können.