DE102008028459A1 - Verfahren zum Behandeln eines thermisch gefügten Fahrzeugbauteils - Google Patents

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Philip Dipl.-Ing. Betz
Jochen Dipl.-Ing. Ehrhardt
Ralf Dipl.-Ing. Herrmann
Marcus Dipl.-Ing. Rieth
Bertram Dipl.-Ing. Seifert
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
    • C21D7/06Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface by shot-peening or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D10/00Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines thermisch gefügten Fahrzeugbauteils (10), insbesondere eines Fahrwerksbauteils, bei welchem das Fahrzeugbauteil (10) zumindest bereichsweise durch gezieltes Oberflächenstrahlen mit einem Strahlmedium (18) behandelt wird, wobei das Strahlmedium (18) und/oder ein Strahlwinkel (alpha) und/oder eine Strahlgeschwindigkeit und/oder eine Strahlzeit so gewählt werden, dass der behandelte Bereich verfestigt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines thermisch gefügten Fahrzeugbauteils, insbesondere eines Fahrwerksbauteils.
  • Fahrzeugbauteile, insbesondere Fahrwerksbauteile, werden üblicherweise als Vorbehandlung einer Beschichtung reinigungsgestrahlt, um eine gute Haftung und Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung zu gewährleisten. Bei thermisch gefügten Fahrwerksbauteilen aus Aluminium- und anderen Leichtmetalllegierungen entfällt oftmals dieser Beschichtungsschritt. Solche Bauteile werden daher üblicherweise überhaupt nicht gestrahlt.
  • Auch wenn eine strahlende Behandlung von solchen Bauteilen stattfindet, beschränkt sich die Auswahl der Prozessparameter beim Strahlen in der Regel vollständig auf die Reinigungswirkung und die Optimierung des darauffolgenden Beschichtungsschritts. Über die Reinigungswirkung und die Wirkung der Haftoptimierung von später aufzubringenden Beschichtungen hinaus hat das Oberflächenstrahlen jedoch weitere vorteilhafte Auswirkungen auf die Materialqualität, welche bisher bei der Herstellung von Fahrzeugbauteilen nicht genutzt werden.
  • Die in der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es also, ein Verfahren zum Behandeln eines thermisch gefügten Fahrzeugbauteils zur Verfügung zu stellen, welches die geschilderten Nachteile überwindet.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Behandeln eines thermisch gefügten Fahrzeugbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bei einem solchem Verfahren wird das Fahrzeugbauteil zumindest bereichsweise durch gezieltes Oberflächenstrahlen mit einem Strahlmedium behandelt, wobei das Strahlmedium und/oder ein Strahlwinkel und/oder eine Strahlgeschwindigkeit und/oder eine Strahlzeit so gewählt werden, dass der behandelte Bereich verfestigt wird. Hierbei wird unter Strahlmedium ein geeignetes Strahlmittel verstanden.
  • Indem also die Strahlparameter nicht mehr ausschließlich unter Hinblick auf die Optimierung der Reinigungswirkung und auf die verbesserte Haftung einer später aufzubringenden Beschichtung gewählt werden, kann durch Oberflächenstrahlen zusätzlich eine gezielte Verfestigung bzw. Härtung, Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit, Steigerung der Schwingfestigkeit, Reduktion von Schwingungsverschleiß und Steigerung der Verschleißfestigkeit erzielt werden. Dies ist insbesondere beim Leichtbau von Kraftfahrzeugen von Bedeutung, da durch eine erhöhte Dauerschwingfestigkeit die gleiche Bauteilleistung bei einem verringerten Bauteilgewicht realisiert werden kann. Auch die Lebensdauer der Bauteile wird durch die erhöhte Korrosions- und Betriebsfestigkeit bzw. Verschleißbeständigkeit erhöht.
  • Besonders bevorzugt erfolgt das Oberflächenstrahlen dabei im Bereich einer thermischen Fügestelle. Gerade an solchen thermischen Fügestellen ist das Bauteilgefüge besonders beansprucht und damit ggf. verschleißanfällig. Neben der Optimierung der Eigenspannungsverteilung im Werkstück kann eine Behandlung durch Oberflächenstrahlen im Bereich von thermischen Fügestellen zusätzlich eine Verbesserung der Gefügequalität durch die Verringerung des Restaustenitgehalts bewirken.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden Strahlmedium, Strahlwinkel, Strahlgeschwindigkeit und Strahlzeit für unterschiedliche Bereiche des Fahrzeugbauteils unterschiedlich gewählt. Damit ist eine Anpassung der Materialgüte an bereichsweise unterschiedliche Belastungen des Bauteils ermöglicht. So können beispielsweise durch gezieltes, bereichsweise unterschiedliches Strahlen gezielte Eigendruckspannungsgradienten in das Material eingebracht werden, welche beispielsweise vorteilhaft zum Ausgleich zu erwartender Zugspannungsverläufe im Werkstück angelegt werden können.
  • Besonders bevorzugt werden bei einem solchen Verfahren Strahlmedien verwendet, welche aus Partikel und insbesondere aus kugelförmigem Strahlgut bestehen.
  • Das Fahrzeugbauteil kann insbesondere aus einem metallischen Werkstoff wie z. B. aus Stahl oder Aluminium bestehen.
  • Im Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre Ausführungsformen näher erläutert werden, wobei die einzige Figur eine schematische Darstellung eines thermisch gefügten Fahrzeugbauteils während der strahlenden Behandlung darstellt.
  • Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt eines Fahrzeugbauteils 10, welches aus zwei Teilbauteilen 12 und 14 besteht, welche thermisch, hier über eine Schweißnaht 16, zusammengefügt wurden. Zum Behandeln des Bauteils 10 wird es mit einem Strahlmedium bzw. mit einem Strahlmittel, welches aus beispielsweise kugelförmigen Partikeln 18, welche der Übersichtlichkeit halber nicht alle bezeichnet sind, besteht, in Richtung des Vektors 20 bestrahlt. Der Vektor 20 schließt dabei mit der Flächennormalen 22 auf die Oberfläche 24 des Bauteils 10 den so genannten Strahlwinkel α ein.
  • Eine solche strahlende Behandlung verändert zunächst einmal die Geometrie der Oberfläche 24, wie im bereits bestrahlten Bereich 26 zu erkennen. Durch die strahlende Behandlung wird der Werkstoff verfestigt. Gleichzeitig werden Oxidschichten abgetragen und eine generelle Reinigungswirkung erzielt. Eine so aufgeraute und gereinigte Oberfläche verbessert zunächst einmal die Haftfähigkeit später aufzutragender Beschichtungen.
  • Über diese Veränderung der Oberfläche 24 hinaus führt die strahlende Behandlung weiterhin zu Gefügeveränderungen in einer Oberflächenschicht 30. Insbesondere induzieren strahlende Verfahren eine Druckeigenspannung in einer Oberflächenschicht 30 mit der Dicke d. Die Dicke d hängt dabei von den Parametern des Strahlverfahrens ab. Hierzu zählt der bereits genannte Strahlwinkel α, die Strahlgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit mit der die z. B. kugelförmigen Partikel 18 des Strahlmediums entlang des Vektors 20 auf die Oberfläche 24 auftreffen sowie die Strahlzeit, also die Einwirkzeit des Strahlmediums auf einen bestimmten Oberflächenbereich. Hierzu kommt noch die Strahldichte, also die Anzahl der Partikel 18, welche pro Zeiteinheit auf eine Flächeneinheit der Oberfläche 24 auftreffen. Die genannten Parameter können im Rahmen des verwendeten Strahlverfahrens in weiten Intervallen variiert werden.
  • Zur Beschleunigung der Partikel 18 auf die Oberfläche 24 zu eignen sich die gängigen Strahlverfahren, insbesondere das Druckluft- und das Schleuderradstrahlen. Letztlich spielt noch die Form der Partikel 18, welche hier kugelförmig dargestellt sind, eine Rolle. Neben solchen kugelförmigen Partikeln (Schroten) sind auch kantige oder zylindrische Partikel (Grits) verwendbar. Solche Grits erzeugen allerdings einen höheren Materialabtrag bei geringerer Dicke d der verfestigten Schicht 30. In Abhängigkeit vom Werkstoff, welcher für das Bauteil 10 verwendet wurde, ist schließlich noch das Material der Partikel 18 des Strahlmediums anzupassen, insbesondere unter Berücksichtigung der Dichte der Partikel 18.
  • Neben der Erhöhung der Druckeigenspannung in der Oberflächenschicht 30 werden durch eine strahlende Behandlung weitere Gefügeveränderungen erzeugt. Insbesondere erhöht sich im Bereich der Oberflächenschicht 30 auch die Festigkeit des Werkstoffes des Bauteils 10. Bei einer strahlenden Behandlung von eisenbasierten Legierungen, insbesondere von Stählen, kommt es darüber hinaus zu einer vorteilhaften Verringerung des Restaustenitgehalts. Dies ist insbesondere im Bereich der die Schweißnaht 16 umgebenden Wärmeeinflusszone 32 von Bedeutung.
  • Die eingangs genannten Strahlparameter müssen dabei nicht über die gesamte Oberfläche 24 des Bauteils 10 hinweg konstant gehalten werden. Es kann vielmehr durchaus vorteilhaft sein, die genannten Parameter über verschiedene Bereich der Oberfläche 24 hinweg zu variieren. Insbesondere im Bereich von thermischen Fügestellen 16 kann beispielsweise ein intensiveres Strahlen der Oberfläche vorteilhaft sein. Auch können durch eine gezielte Variation der Strahlparameter beispielsweise Eigendruckspannungsgradienten in die Oberflächenschicht 30 des Bauteils 10 eingebracht werden, welche idealerweise so gewählt werden, dass sie mit erwarteten Zugspannungen am Bauteil im Verlauf übereinstimmen, und damit die Widerstandsfähigkeit des Bauteils gegenüber solchen Zugspannungen erhöhen.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Behandeln eines thermisch gefügten Fahrzeugbauteils (10), insbesondere eines Fahrwerksbauteils, bei welchem das Fahrzeugbauteil (10) zumindest bereichsweise durch gezieltes Oberflächenstrahlen mit einem Strahlmedium (18) behandelt wird, wobei das Strahlmedium (18) und/oder ein Strahlwinkel (α) und/oder eine Strahlgeschwindigkeit und/oder eine Strahlzeit so gewählt werden, dass der behandelte Bereich verfestigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenstrahlen im Bereich einer thermischen Fügestelle (16) erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlmedium (18) und/oder ein Strahlwinkel (α) und/oder die Strahlgeschwindigkeit und/oder die Strahlzeit für unterschiedliche Bereiche des Fahrzeugbauteils (10) unterschiedlich gewählt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlmedium (18), welches aus Partikel und insbesondere aus kugelförmigem Strahlgut besteht, verwendet wird.
  5. Fahrzeugbauteil (10), insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, mit einer Oberfläche (24), welche mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 behandelt wurde.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110303227A (zh) * 2019-07-16 2019-10-08 山东核电设备制造有限公司 一种核电大型贯穿件焊接及焊后处理方法及其应用
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