DE102007057855B3 - Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität Download PDF

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Abstract

Bei dem Verfahren wird eine von Bandmaterial (4) aus einem beschichteten hochfesten Borstahl abgetrennte Platine (7) in einem mehrere Temperaturzonen (8, 9, 10) aufweisenden Ofen (11) zunächst in einer 1. Zone (8) auf eine Temperatur von etwa 830°C bis 950°C homogen erwärmt und über eine bestimmte Zeit (t) auf diesem Temperaturniveau gehalten. Anschließend wird ein Bereich (12) erster Art der Platine (7) in einer 2. Zone (9) des Ofens (11) auf eine Temperatur von etwa 550°C bis 700°C heruntergekühlt und über eine bestimmte Zeit (t<SUB>1</SUB>) auf diesem abgesenkten Temperaturniveau gehalten. Gleichzeitig wird ein Bereich (13) zweiter Art der Platine (7) in einer 3. Zone (10) des Ofens (11) während einer Zeit (t<SUB>2</SUB>) auf einem Temperaturniveau von etwa 830°C bis 950°C gehalten. Nach dieser Wärmebehandlung wird die Platine (7) in einem Warmformprozess zu einem Formbauteil (1) umgeformt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität aus einer von Bandmaterial abgetrennten metallischen Platine, bei welchem die Platine bereichsweise unterschiedlich erwärmt und dann einem Warmformprozess zwecks Umformen in den Formbauteil unterworfen wird (Oberbegriff der Ansprüche 1, 2 und 3).
  • Die DE 102 56 621 B3 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität und einen Durchlaufofen für dieses Verfahren. Gemäß diesem Vorschlag durchläuft ein Halbzeug aus einem härtbaren Stahl einen Durchlaufofen mit mindestens zwei nebeneinander in Durchlaufrichtung angeordneten Zonen mit unterschiedlichen Temperaturniveaus. Das Halbzeug wird dabei unterschiedlich hoch erwärmt, so dass sich bei einem anschließenden Warmformprozess zwei Gefügebereiche unterschiedlicher Duktilität einstellen.
  • Auch aus der DE 102 08 216 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität bekannt. Hierbei durchläuft ein Halbzeug aus einem härtbaren Stahl eine Erwärmungseinrichtung mit homogener Temperaturverteilung und wird in dieser komplett auf Austenitisierungstemperatur erwärmt. Anschließend wird ein Teilbereich erster Art des Halbzeugs während seines Weitertransports derart abgekühlt, dass eine Umwandlung des Grundwerkstoffs von Austenit in Ferrit und/oder Perlit erfolgen kann. Mithin entstehen bei einem anschließenden Warmformprozess keine oder nur geringe Martensitanteile. Folglich weist der Teilbereich erster Art eine hohe Duktilität auf. Gleichzeitig wird während des Transports in dem anderen Teilbereich zweiter Art des Halbzeugs die Temperatur gerade so hoch gehalten, dass bei dem anschließenden Warmformprozess noch ausreichend Martensitanteile entstehen. Demzufolge weist der Teilbereich zweiter Art im Vergleich zu dem Teilbereich erster Art geringere Duktilitätseigenschafte, aber dafür eine höhere Festigkeit auf.
  • Obwohl gemäß beiden vorstehend beschriebenen Verfahren die Erwärmung in einem Ofen unter Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird, kann nicht verhindert werden, dass das jeweilige Halbzeug während seiner Verlagerung vom Ofen zu einer Umformpresse und auch während des Umformprozesses verzundert.
  • Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität zu schaffen, bei welchem auf einer Verzunderung basierende Probleme vermieden werden.
  • Eine erste Lösung der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe besteht in den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Danach wird in der Anwendung auf einen Formbauteil aus einem mit einer Al/Si-Beschichtung versehenen hochfesten Borstahl eine von Bandmaterial aus einem derartigen Werkstoff abgetrennte Platine zunächst komplett homogen auf eine solche Temperatur erwärmt und über eine bestimmte Zeit auf diesem Temperaturniveau gehalten, dass sich eine Diffusionsschicht als Korrosionsbeziehungsweise Zunderschutzschicht bildet, wobei Material aus der Beschichtung in den Grundwerkstoff eindiffundiert. Die Erwärmungstemperatur beträgt etwa 830°C bis 950°C, vorzugsweise etwa 920°C. Diese homogene Erwärmung wird vorteilhaft in einer 1. Zone eines mehrere Temperaturzonen aufweisenden Durchlaufofens durchgeführt. Im Anschluss an diesen Verfahrensschritt wird ein Bereich erster Art der Platine in einer 2. Zone des Ofens auf eine Temperatur heruntergekühlt, bei der Austenit zerfällt. Dies erfolgt bei etwa 550°C bis 700°C, vorzugsweise etwa 625°C. Dieses abgesenkte Temperaturniveau wird für eine bestimmte Zeit gehalten, so dass der Zerfall von Austenit auch einwandfrei abläuft.
  • Gleichzeitig mit dem lokalen Abkühlen des Bereichs erster Art der Platine wird in einer 3. Zone des Ofens in wenigstens einem Bereich zweiter Art die Temperatur gerade so hoch gehalten, dass bei dem sich anschließenden Warmumformen in einer entsprechenden Presse noch ausreichend Martensitanteile entstehen können. Diese Temperatur liegt bei 830°C bis 950°C, vorzugsweise etwa 900°C.
  • Auf diese Weise besitzen die Bereiche erster und zweiter Art des Formbauteils unterschiedliche Duktilitätseigenschaften, wobei der Bereich zweiter Art im Vergleich zu dem Bereich erster Art zwar eine geringere Duktilität, jedoch dafür höhere Festigkeitseigenschaften aufweist.
  • Die derartig gefertigten Formbauteile können demzufolge bezüglich konkreter Abschnitte gezielt den Anforderungen angepasst werden, denen sie in ihrer Eigenschaft als Strukturbauteil, beispielsweise als Bestandteil einer Fahrzeugkarosserie, gerecht werden müssen.
  • Eine zweite Lösung der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe besteht in den Merkmalen des Anspruchs 2.
  • Zur Bildung einer Diffusionsschicht als Korrosions- beziehungsweise Zunderschutzschicht wird hierbei in einem ersten Arbeitsschritt Bandmaterial aus einem mit einer Al/Si-Beschichtung versehenen hochfesten Borstahl in einem Vorofen im Durchlauf durchlegiert und dann abgekühlt. Die Temperatur beträgt 830°C bis 950°C, vorzugsweise etwa 920°C.
  • Dann werden in einem weiteren Arbeitsschritt Platinen von diesem durchlegierten Bandmaterial abgetrennt. Anschließend wird jede abgetrennte Platine in einen Zwei-Zonen-Ofen überführt. Hierbei wird ein Bereich zweiter Art der Platine bei einer Temperatur von etwa 830°C bis 950°C, vorzugsweise etwa 930°C, austenitisiert. Der Bereich erster Art wird maximal auf eine Temperatur unter der Austenitisierungstemperatur erwärmt. Diese beträgt etwa 550°C bis 700°C, vorzugsweise etwa 680°C.
  • Diese Art der Wärmebehandlung führt dazu, dass die Bereiche zweiter Art der letztlich in einem Warmformprozess aus den Platinen gefertigten Formbauteile im Vergleich zu den Bereichen erster Art geringe Duktilitätseigenschaften, dafür aber höhere Festigkeitseigenschaften aufweisen.
  • Eine dritte Lösung der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe besteht in den Merkmalen des Anspruchs 3.
  • Hierbei werden in der Anwendung auf einen Formbauteil aus einem mit einer Al/Si-Beschichtung versehenen hochfesten Borstahl in einem ersten Arbeitsschritt Platinen von Bandmaterial aus einem derartigen Werkstoff abgetrennt. Anschließend wird jede Platine in einem zweiten Arbeitsschritt in einem Vorofen auf eine Temperatur von etwa 830°C bis 950°C, vorzugsweise etwa 920°C, homogen erwärmt, über eine bestimmte Zeit auf diesem Temperaturniveau gehalten und dann wieder abgekühlt. Hierbei erfolgt die Bildung einer Diffusionsschicht als Korrosions- beziehungsweise Zunderschutzschicht aus der Al/Si-Beschichtung des Bandmaterials. In einem dritten Arbeitsschritt wird dann jede Platine in einen Zwei-Zonen-Ofen überführt und hinsichtlich eines Bereichs erster Art in einer 1. Zone des Ofens wieder auf eine Temperatur von etwa 550°C bis 700°C, vorzugsweise etwa 680°C, erwärmt. Gleichzeitig wird ein Bereich zweiter Art in einer 2. Zone des Ofens auf eine Temperatur von 830°C bis 950°C, vorzugsweise etwa 920°C, erwärmt. Letztlich wird die Platine in einem Warmformprozess in ein Formbauteil umgeformt. Das Formbauteil weist dann hinsichtlich des Bereichs zweiter Art im Vergleich zu dem Bereich erster Art geringere Duktilitätseigenschaften, jedoch höhere Festigkeitseigenschaften auf.
  • Zur beschleunigten Abkühlung auf die Umwandlungstemperatur, bei der Austenit in Ferrit und Perlit zerfällt, kann nach den Merkmalen des Anspruchs 4 die lokale Abkühlung des Bereichs erster Art der Platine nach der Erwärmung dadurch erfolgen, dass der Bereich erster Art kurzzeitig mit Kühlbacken in Kontakt gebracht wird.
  • Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 ist es aber auch möglich, dass nach der Erwärmung der Bereich erster Art der Platine mit gekühltem Gas angeblasen wird.
  • Vorzugsweise kann dies nach Anspruch 6 dadurch erfolgen, dass als Gas Stickstoff verwendet wird.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 im Schema die Herstellung eines Formbauteils mit zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität;
  • 2 im Schema ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität und
  • 3 im Schema ein drittes Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität.
  • In den 1 bis 3 ist mit 1 ein Formbauteil mit zwei Gefügebereichen 2, 3 unterschiedlicher Duktilität bezeichnet. Bei dem Formbauteil 1 handelt es sich um die B-Säule einer ansonsten nicht näher dargestellten Fahrzeugkarosserie.
  • Die Fertigung des Formbauteils 1 erfolgt aus einem mit einer Al/Si-Beschichtung versehenen hochfesten Borstahl.
  • Ein Bandmaterial 4 aus einem derartigen Stahl ist entsprechend der 1 zu einem Coil 5 gewickelt. Das Bandmaterial 4 wird dann von diesem Coil 5 kontinuierlich abgezogen und durch eine Stanze 6 geführt. In der Stanze 6 werden Platinen 7 von dem Bandmaterial 4 abgetrennt und diese danach einem drei Temperaturzonen 8, 9, 10 aufweisenden Durchlaufofen 11 zugeführt.
  • In einer 1. Zone 8 des Durchlaufofens 11 wird jede Platine 7 auf eine Temperatur von etwa 830°C bis 950°C, vorzugsweise 920°C, komplett homogen erwärmt und über eine bestimmte Zeit t auf diesem Temperaturniveau gehalten (2).
  • Anschließend wird ein Bereich 12 erster Art der Platine 7 in einer 2. Zone 9 des Durchlaufofens 11 auf eine Temperatur von etwa 550°C bis 700°C, vorzugsweise etwa 625°C, heruntergekühlt und über eine bestimmte Zeit t1 auf diesem abgesenkten Temperaturniveau gehalten. Gleichzeitig wird ein Bereich 13 zweiter Art der Platine 7 in einer 3. Zone 10 des Durchlaufofens 11 auf einem Temperaturniveau von etwa 830°C bis 950°C, vorzugsweise etwa 900°C, gehalten.
  • Nach dem Austritt aus dem Durchlaufofen 11 wird dann die wärmebehandelte Platine 7 in einer nicht näher dargestellten Presse zum Formbauteil 1 warmumgeformt.
  • Unterhalb und oberhalb des Durchlaufofens 11 ist der Temperaturverlauf über die Zeit beim Durchgang der Platine 7 durch den Durchlaufofen 11 hinsichtlich des Bereichs 12 erster Art und des Bereichs 13 zweiter Art der Platine 7 dargestellt, wobei die untere Kurve 14 die Wärmebehandlung des Bereichs 12 erster Art, also den Temperaturverlauf des „weichen" Abschnitts einer Platine 7, und die obere Kurve 15 die Wärmebehandlung des Bereichs 13 zweiter Art, mithin den Temperaturverlauf des „gehärteten" Abschnitts einer Platine 7, zeigen.
  • In der 2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils 1 mit zwei Gefügebereichen 2, 3 unterschiedlicher Duktilität veranschaulicht, bei welchem zunächst Bandmaterial 4 aus einem mit einer Al/Si-Beschichtung versehenen Borstahl von einem Coil 5 abgezogen und durch einen Vorofen 16 geführt wird. In dem Vorofen 16 wird das Bandmaterial 4 auf eine Temperatur von etwa 830°C bis 950°C, vorzugsweise etwa 920°C, homogen erwärmt und über eine bestimmte Zeit auf diesem Temperaturniveau gehalten. Anschließend wird das derart wärmebehandelte Bandmaterial 4 zu einem Coil 17 gewickelt. Von diesem Coil 17 wird das wärmebehandelte Bandmaterial 4 einer Stanze 18 zugeführt, wo aus dem Bandmaterial 4 Platinen 7 abgetrennt werden. Das Bandmaterial 4 kann aber auch direkt nach dem Austritt aus dem Vorofen 16 abgekühlt und dann der Stanze 18 zugeführt werden. Diese Platinen 7 aus dem vorbehandelten Bandmaterial 4 werden sodann in einen Zwei-Zonen-Ofen 19 überführt und hierin hinsichtlich eines Bereichs 12 erster Art in einer 1. Zone 20 des Ofens 19 auf eine Temperatur von etwa 550°C bis 700°C, vorzugsweise etwa 680°C, sowie hinsichtlich eines Bereichs 13 zweiter Art gleichzeitig in einer 2. Zone 21 des Ofens 19 auf eine Temperatur von etwa 830°C bis 950°C gebracht.
  • Die in dieser Weise wärmebehandelten Platinen 7 werden letztlich in einem nicht näher dargestellten Warmumformprozess zu Formbauteilen 1 mit zwei unterschiedlichen Gefügebereichen 2, 3 umgeformt.
  • Die untere Kurve 22 im Temperatur-Zeit-Schaubild 23 der 2 zeigt in diesem Zusammenhang den Temperaturverlauf im Bereich 12 erster Art der Platine 7 und die obere Kurve 24 den Temperaturverlauf im Bereich 13 zweiter Art jeder Platine 7.
  • In der 3 ist veranschaulicht, wie Bandmaterial 4 aus einem mit einer Al/Si-Beschichtung versehenen Borstahl von einem Coil 5 abgezogen und direkt einer Stanze 18 zugeführt wird. In der Stanze 18 werden vom Bandmaterial 4 Platinen 7 abgetrennt und dann einem Vorofen 16 zugeleitet, wo die Platinen 7 auf eine Temperatur von etwa 830°C bis 950°C, vorzugsweise etwa 920°C, homogen erwärmt und über eine bestimmte Zeit t2 auf diesem Temperaturniveau gehalten werden.
  • Die derart wärmebehandelten Platinen 7 werden sodann in den vorstehend bereits erwähnten Zwei-Zonen-Ofen 19 überführt und hier in der 1. Zone 20 hinsichtlich eines Bereichs 12 erster Art, wie geschildert, auf eine Temperatur von etwa 550°C bis 700°C, vorzugsweise etwa 680°C, sowie hinsichtlich eines Bereichs 13 zweiter Art gleichzeitig in der 2. Zone 21 des Ofens 19 auf eine Temperatur von etwa 830°C bis 950°C gebracht.
  • Das Temperatur-Zeit-Schaubild 23 entspricht demjenigen der 2.
  • Auch die derart wärmebehandelten Platinen 7 werden schließlich in einem Warmformprozess zu Formbauteilen 1 mit zwei unterschiedlichen Gefügebereichen 2, 3 umgeformt.
  • 1
    Formbauteil
    2
    Gefügebereich v. 1
    3
    Gefügebereich v. 1
    4
    Bandmaterial
    5
    Coil
    6
    Stanze
    7
    Platine
    8
    1. Zone v. 11
    9
    2. Zone v. 11
    10
    3.Zone v. 11
    11
    Durchlaufofen
    12
    Bereich erster Art v. 7
    13
    Bereich zweiter Art v. 7
    14
    untere Kurve
    15
    obere Kurve
    16
    Vorofen
    17
    Coil
    18
    Stanze
    19
    Zwei-Zonen-Ofen
    20
    1. Zone v. 19
    21
    2. Zone v. 19
    22
    untere Kurve in 23
    23
    Schaubild
    24
    obere Kurve in 23
    t
    Zeit
    t1
    Zeit
    t2
    Zeit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10256621 B3 [0002]
    • - DE 10208216 C1 [0003]

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils (1) mit mindestens zwei Gefügebereichen (2, 3) unterschiedlicher Duktilität aus einer von Bandmaterial (4) abgetrennten metallischen Platine (7), bei welchem die Platine (7) bereichsweise unterschiedlich erwärmt und dann einem Warmformprozess zwecks Umformen in den Formbauteil (1) unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anwendung auf einen Formbauteil (1) aus einem mit einer Al/Si-Beschichtung versehenen hochfesten Borstahl eine von Bandmaterial (4) aus einem derartigen Werkstoff abgetrennte Platine (7) in einem mehrere Temperaturzonen (8, 9, 10) aufweisenden Ofen (11) zunächst in einer 1. Zone (8) auf eine Temperatur von etwa 830°C–950°C homogen erwärmt und über eine bestimmte Zeit (t) auf diesem Temperaturniveau gehalten wird, dass anschließend ein Bereich (12) erster Art der Platine (7) in einer 2. Zone (9) des Ofens (11) auf eine Temperatur von etwa 550°C–700°C herunter gekühlt und über eine bestimmte Zeit (t1) auf diesem abgesenkten Temperaturniveau gehalten wird, und dass gleichzeitig ein Bereich (13) zweiter Art der Platine (7) in einer 3. Zone (10) des Ofens (11) während einer Zeit (t2) auf einem Temperaturniveau von etwa 830°C–950°C gehalten wird, worauf die Platine (7) in einem anschließenden Warmformprozess zum Formbauteil (1) umgeformt wird.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils (1) mit mindestens zwei Gefügebereichen (2, 3) unterschiedlicher Duktilität aus einer von Bandmaterial (4) abgetrennten metallischen Platine (7), bei welchem die Platine (7) bereichsweise unterschiedlich erwärmt und dann einem Warmformprozess zwecks Umformen in den Formbauteil (1) unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anwendung auf einen Formbauteil (1) aus einem mit einer Al/Si-Beschichtung versehenen hochfesten Borstahl Bandmaterial (4) aus einem derartigen Werkstoff im Durchlauf in einem Vorofen (16) auf eine Temperatur von etwa 830°C–950°C homogen erwärmt, über eine bestimmte Zeit auf diesem Temperaturniveau gehalten und dann abgekühlt wird, worauf Platinen (7) vom Bandmaterial (4) abgetrennt werden, und dass danach jede vom Bandmaterial (4) abgetrennte Platine (7) in einen Zwei-Zonen-Ofen (19) überführt und hinsichtlich eines Bereichs (12) erster Art in einer 1. Zone (20) des Ofens (19) auf eine Temperatur von etwa 550°C–700°C sowie hinsichtlich eines Bereichs (13) zweiter Art gleichzeitig in einer 2. Zone (21) des Ofens (19) auf eine Temperatur von etwa 830°C–950°C gebracht wird, und dass letztlich die Platine (7) in einem Warmformprozess zum Formbauteil (1) umgeformt wird.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils (1) mit mindestens zwei Gefügebereichen (2, 3) unterschiedlicher Duktilität aus einer von Bandmaterial (4) abgetrennten metallischen Platine (7), bei welchem die Platine (7) bereichsweise unterschiedlich erwärmt und dann einem Warmformprozess zwecks Umformen in den Formbauteil (1) unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anwendung auf einen Formbauteil (1) aus einem mit einer Al/Si-Beschichtung versehenen hochfesten Borstahl Platinen (7) von Bandmaterial (4) aus einem derartigen Werkstoff abgetrennt werden, und dass anschließend jede Platine (7) in einem Vorofen (16) auf eine Temperatur von etwa 830°C–950°C homogen erwärmt sowie über eine bestimmte Zeit auf diesem Temperaturniveau gehalten und dann abgekühlt wird, worauf die Platine (7) in einen Zwei-Zonen-Ofen (19) überführt und hinsichtlich eines Bereichs (12) erster Art in einer 1. Zone (20) des Ofens (19) auf eine Temperatur von etwa 550°C–700°C sowie hinsichtlich eines Bereichs (13) zweiter Art gleichzeitig in einer 2. Zone (21) des Ofens (19) auf eine Temperatur von etwa 830°C–950°C gebracht und über eine Zeit (t3) auf diesem Temperaturniveau gehalten werden, und dass letztlich die so behandelte Platine (7) in einem Warmformprozes in das Formbauteil (1) umgeformt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abkühlung auf etwa 550°C– 700°C der Bereich (12) erster Art der Platine (7) kurzzeitig mit Kühlbacken in Kontakt gebracht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abkühlung auf etwa 550°C–700°C der Bereich (12) erster Art der Platine (7) mit gekühltem Gas angeblasen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abkühlung auf etwa 550°C–700°C der Bereich (12) erster Art der Platine (7) mit Stickstoff angeblasen wird.
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