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 PDFInfo
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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 bis3 ist mit1 ein Formbauteil mit zwei Gefügebereichen2 ,3 unterschiedlicher Duktilität bezeichnet. Bei dem Formbauteil1 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 der1 zu einem Coil5 gewickelt. Das Bandmaterial4 wird dann von diesem Coil5 kontinuierlich abgezogen und durch eine Stanze6 geführt. In der Stanze6 werden Platinen7 von dem Bandmaterial4 abgetrennt und diese danach einem drei Temperaturzonen8 ,9 ,10 aufweisenden Durchlaufofen11 zugeführt. - In einer 1. Zone
8 des Durchlaufofens11 wird jede Platine7 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 Platine7 in einer 2. Zone9 des Durchlaufofens11 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 Bereich13 zweiter Art der Platine7 in einer 3. Zone10 des Durchlaufofens11 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 Platine7 in einer nicht näher dargestellten Presse zum Formbauteil1 warmumgeformt. - Unterhalb und oberhalb des Durchlaufofens
11 ist der Temperaturverlauf über die Zeit beim Durchgang der Platine7 durch den Durchlaufofen11 hinsichtlich des Bereichs12 erster Art und des Bereichs13 zweiter Art der Platine7 dargestellt, wobei die untere Kurve14 die Wärmebehandlung des Bereichs12 erster Art, also den Temperaturverlauf des „weichen" Abschnitts einer Platine7 , und die obere Kurve15 die Wärmebehandlung des Bereichs13 zweiter Art, mithin den Temperaturverlauf des „gehärteten" Abschnitts einer Platine7 , zeigen. - In der
2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils1 mit zwei Gefügebereichen2 ,3 unterschiedlicher Duktilität veranschaulicht, bei welchem zunächst Bandmaterial4 aus einem mit einer Al/Si-Beschichtung versehenen Borstahl von einem Coil5 abgezogen und durch einen Vorofen16 geführt wird. In dem Vorofen16 wird das Bandmaterial4 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 Bandmaterial4 zu einem Coil17 gewickelt. Von diesem Coil17 wird das wärmebehandelte Bandmaterial4 einer Stanze18 zugeführt, wo aus dem Bandmaterial4 Platinen7 abgetrennt werden. Das Bandmaterial4 kann aber auch direkt nach dem Austritt aus dem Vorofen16 abgekühlt und dann der Stanze18 zugeführt werden. Diese Platinen7 aus dem vorbehandelten Bandmaterial4 werden sodann in einen Zwei-Zonen-Ofen19 überführt und hierin hinsichtlich eines Bereichs12 erster Art in einer 1. Zone20 des Ofens19 auf eine Temperatur von etwa 550°C bis 700°C, vorzugsweise etwa 680°C, sowie hinsichtlich eines Bereichs13 zweiter Art gleichzeitig in einer 2. Zone21 des Ofens19 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 Formbauteilen1 mit zwei unterschiedlichen Gefügebereichen2 ,3 umgeformt. - Die untere Kurve
22 im Temperatur-Zeit-Schaubild23 der2 zeigt in diesem Zusammenhang den Temperaturverlauf im Bereich12 erster Art der Platine7 und die obere Kurve24 den Temperaturverlauf im Bereich13 zweiter Art jeder Platine7 . - In der
3 ist veranschaulicht, wie Bandmaterial4 aus einem mit einer Al/Si-Beschichtung versehenen Borstahl von einem Coil5 abgezogen und direkt einer Stanze18 zugeführt wird. In der Stanze18 werden vom Bandmaterial4 Platinen7 abgetrennt und dann einem Vorofen16 zugeleitet, wo die Platinen7 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-Ofen19 überführt und hier in der 1. Zone20 hinsichtlich eines Bereichs12 erster Art, wie geschildert, auf eine Temperatur von etwa 550°C bis 700°C, vorzugsweise etwa 680°C, sowie hinsichtlich eines Bereichs13 zweiter Art gleichzeitig in der 2. Zone21 des Ofens19 auf eine Temperatur von etwa 830°C bis 950°C gebracht. - Das Temperatur-Zeit-Schaubild
23 entspricht demjenigen der2 . - Auch die derart wärmebehandelten Platinen
7 werden schließlich in einem Warmformprozess zu Formbauteilen1 mit zwei unterschiedlichen Gefügebereichen2 ,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)
- 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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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---|---|---|---|
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