DE102008030279A1 - Partial thermoforming and curing by means of infrared lamp heating - Google Patents

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DE102008030279A1
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Markus Pellmann
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Aisin Takaoka Co Ltd
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Abstract

Es wird vorgeschlagen, einen Bauteilrohling (4, 40) aus einem härtbaren Stahl in einer Erwärmungseinrichtung (6) auf eine homogene Temperatur kleiner dem AC3 Punkt der Legierung zu erwärmen. Anschließend wird der Bauteilrohling (4, 40) mittels eines Infrarot Lampenfeldes (7, 70) in Bereichen erster Art (47) auf eine Temperatur über den AC3 Punkt der Legierung gebracht und der Bauteilrohling (4, 40) in einem Warmform- und Härtewerkzeug (8) in den Bereichen erster Art (47) gehärtet. Dadurch wird ein Formbauteil (42) aus Stahl mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität (43 bis 47) erzeugt. Vorzugsweise besteht die Erwärmungseinrichtung (6) aus einem konventionellen Durchlaufofen. Auf diese Weise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer herkömmlichen Warmformlinie partiell gehärtete Bauteile hergestellt werden.It is proposed to heat a component blank (4, 40) made of a hardenable steel in a heating device (6) to a homogeneous temperature smaller than the AC3 point of the alloy. Subsequently, the component blank (4, 40) is brought to a temperature above the AC3 point of the alloy by means of an infrared lamp field (7, 70) in regions of the first type (47) and the component blank (4, 40) in a thermoforming and hardening tool (FIG. 8) hardened in the areas of the first type (47). As a result, a shaped component (42) made of steel with at least two structural areas of different ductility (43 to 47) is produced. Preferably, the heating device (6) consists of a conventional continuous furnace. In this way, partially cured components can be produced with the method according to the invention in a conventional hot forming line.

Description

  • Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität aus einem Bauteilrohling aus härtbarem Stahl, welcher bereichsweise unterschiedlich erwärmt und dann in einem Warmform- und Härtewerkzeug geformt und bereichsweise gehärtet wird und ein Infrarot Lampenfeld.The The invention describes a method for producing a molded component with at least two microstructures of different ductility from a component blank of hardenable steel, which partially heated differently and then in a thermoforming and Hardening tool shaped and partially cured becomes and an infrared lamp field.
  • Im Fahrzeugbau werden mehr und mehr Fahrzeugbauteile aus festem und hochfestem Stahl eingesetzt, um den Leichtbaukriterien gerecht zu werden. Dies gilt auch für den Karosseriebau, wo beispielsweise Struktur- und/oder Sicherheitsteile wie Türaufprallträger, A- und B-Säulen, Stoßfänger oder Längs- und Querträger immer öfter zur Erreichung der Gewichtsziele und der Sicherheitsanforderungen aus einem warmgeformten und pressgehärteten Stahl mit Zugfestigkeiten größer 1000 MPa hergestellt werden. Aus der DE 24 52 486 C2 ist dabei ein Verfahren zum Pressformen und Härten eines Stahlblechs mit geringer Materialdicke und guter Maßhaltigkeit bekannt, bei dem ein Blech aus einem borlegierten Stahl auf eine Temperatur über AC3 erwärmt und danach in weniger als 5 Sekunden in die endgültige Form zwischen zwei indirekt gekühlten Werkzeugen unter wesentlicher Formveränderung gepresst wird und unter Verbleiben in der Presse einer Schnellkühlung so unterzogen wird, dass ein martensitisches und/oder bainitisches Gefüge erzielt wird. Durch diese Maßnahmen erhält man ein Produkt mit hoher Formgenauigkeit, guter Maßhaltigkeit und hohen Festigkeitswerten, das sich hervorragend für Struktur- und Sicherheitsteile im Fahrzeugbau eignet. Dieser Prozess ist nachfolgend mit Warmformen und Presshärten gemeint. Dabei können sowohl vorgeformte Bauteile als auch ebene Platinen warmgeformt und pressgehärtet werden. Der Formvorgang kann sich bei vorgeformten Bauteilen auch auf eine Formung von einigen wenigen Prozent der Endgeometrie oder auf ein Kalibrieren beschränken.In vehicle construction, more and more vehicle components made of solid and high-strength steel are used to meet the lightweight criteria. This also applies to bodywork, where, for example, structural and / or safety parts such as door impact beams, A and B pillars, bumpers or longitudinal and transverse beams more and more to achieve the weight goals and safety requirements of a hot-formed and press-hardened steel with tensile strengths greater than 1000 MPa are produced. From the DE 24 52 486 C2 Here is a method for press forming and curing a steel sheet with low material thickness and good dimensional stability is known in which a sheet of boron-alloyed steel heated to a temperature above AC 3 and then in less than 5 seconds in the final mold between two indirectly cooled tools is subjected to significant change in shape and is subjected to a rapid cooling in the press so that a martensitic and / or bainitic structure is achieved. These measures result in a product with high dimensional accuracy, good dimensional stability and high strength values, which is ideal for structural and safety parts in vehicle construction. This process is hereinafter referred to as thermoforming and press hardening. Both preformed components and flat blanks can be thermoformed and press-hardened. With preformed components, the molding process can also be limited to forming a few percent of the final geometry or calibrating.
  • In verschiedenen Anwendungsfällen der Kraftfahrzeugtechnik sollen Formbauteile über bestimmte Bereiche eine hohe Festigkeit, über andere Bereiche wiederum eine im Verhältnis dazu höhere Duktilität aufweisen. Neben der Verstärkung durch Zusatzbleche oder dem Zusammenfügen von Teilen unterschiedlicher Festigkeit ist es hierbei auch bereits bekannt, über Wärmebehandlungen ein Bauteil so zu behandeln, dass es lokal Bereiche höherer Festigkeit oder höherer Duktilität aufweist.In various applications of automotive technology Molded parts should have high strength over certain areas other areas in turn have a higher ductility in relation to this exhibit. In addition to the reinforcement by additional sheets or the joining of parts of different strength It is also already known about heat treatments to treat a component so that there are locally higher strength areas or higher ductility.
  • Aus der DE 102 08 216 C1 ist zum Beispiel ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten metallischen Bauteils mit mindestens zwei Bereichen unterschiedlicher Duktilität bekannt. Dabei wird eine Platine oder ein vorgeformtes Formbauteil in einer Erwärmungseinrichtung auf eine Austenitisierungstemperatur erwärmt und anschließend über einen Transportweg einem Härteprozess zugeführt. Während des Transportes werden Teilbereiche erster Art der Platine oder des Formbauteils, die im Endbauteil höhere Duktilitätseigenschaften aufweisen, abgekühlt. Das Verfahren wird dadurch für die Massenproduktion optimiert, dass die Bereiche erster Art von einer vorbestimmten Abkühl-Starttemperatur, die oberhalb der γ-α-Umwandlungstemperatur liegt, abgeschreckt werden und dass das Abschrecken beendet wird, wenn eine vorgegebene Abkühl-Stopptemperatur erreicht ist und zwar bevor eine Umwandlung in Ferrit und/oder Perlit stattgefunden hat oder nachdem erst eine geringe Umwandlung in Ferrit und/oder Perlit stattgefunden hat. Anschließend wird annähernd isotherm zur Umwandlung des Austenits in Ferrit und/oder Perlit gehalten. Währenddessen ist in den Bereichen zweiter Art, die im Endbauteil im Verhältnis geringere Duktilitätseigenschaften aufweisen, die Härtetemperatur (TH) gerade so hoch, dass eine ausreichende Martensitbildung in den Bereichen zweiter Art während eines Härteprozesses stattfinden kann. Anschließend wird der Härteprozess durchgeführt. Bei diesem Verfahren wird in die Bereiche erster Art zunächst mehr Wärmeenergie in die Platine oder das Formbauteil eingebracht als nötig, und sodann wird Wärmeenergie in einem zweiten Prozessschritt wieder entzogen, was ebenfalls mit einem Energieaufwand verbunden ist. Das Verfahren hat daher eine relativ schlechte Energiebilanz.From the DE 102 08 216 C1 For example, a method for producing a hardened metallic component having at least two regions of different ductility is known. In this case, a blank or a preformed mold component is heated in a heating device to an austenitizing temperature and then fed to a curing process via a transport path. During transport, subregions of the first type of board or of the molded component, which have higher ductility properties in the final component, are cooled. The method is optimized for mass production by quenching the regions of the first kind from a predetermined cooling start temperature, which is above the γ-α transformation temperature, and quenching is terminated when a predetermined cooling-stop temperature is reached before conversion into ferrite and / or perlite has taken place or after only a small conversion to ferrite and / or perlite has taken place. Subsequently, it is held approximately isothermally to convert the austenite into ferrite and / or perlite. Meanwhile, in the areas of the second kind, which have relatively lower ductility properties in the final component, the hardening temperature (T H ) is just high enough for sufficient martensite formation to take place in the second-type areas during a hardening process. Subsequently, the hardening process is carried out. In this method, more heat energy is first introduced into the board or the molding component in the areas of the first type than necessary, and then heat energy is removed again in a second process step, which is also associated with an energy input. The method therefore has a relatively poor energy balance.
  • Die DE 101 08 926 C1 offenbart ein Wärmebehandlungsverfahren zur Veränderung der physikalischen Eigenschaften eines Metallgegenstandes. Dabei wird der Gegenstand mindestens in einem vorbestimmten Oberflächenabschnitt mit elektromag netischer Strahlung eines Emitters mit einer Strahlertemperatur von 2900 K oder mehr im Bereich des nahen Infrarot mit hoher Leistungsdichte bestrahlt. Dadurch nimmt das Material einer Oberflächenschicht eine in Abhängigkeit von den Materialparametern vorbestimmte Behandlungstemperatur an. Anschließend wird der bestrahlte Oberflächenabschnitt aktiv gekühlt und so vergütet. Ein vollständiges Erwärmen eines großflächigen Gegenstandes von Raumtemperatur bis auf Härtetemperatur wäre aber mit dem in der DE 101 08 926 C1 beschriebenen Verfahren für eine industrielle Warmformlinie zu unwirtschaftlich.The DE 101 08 926 C1 discloses a heat treatment process for altering the physical properties of a metal article. In this case, the object is irradiated at least in a predetermined surface portion with electromagnetic radiation of an emitter with a radiator temperature of 2900 K or more in the range of the near infrared with high power density. As a result, the material of a surface layer assumes a predetermined treatment temperature as a function of the material parameters. Subsequently, the irradiated surface portion is actively cooled and thus annealed. A complete heating of a large area object from room temperature to hardening temperature but would be with the in DE 101 08 926 C1 described method for an industrial hot forming line too uneconomical.
  • Offenbart wird in der DE 102 56 621 B3 ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit mindestens zwei Bereichen unterschiedlicher Duktilität aus einem Halbzeug aus härtbarem Stahl mit einer Erwärmung in einem Durchlaufofen und einem Härteprozess. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das zu erwärmende Halbzeug während des Transports durch einen Durchlaufofen gleichzeitig mindestens zwei nebeneinander in Durchlaufrichtung angeordnete Zonen des Durchlaufofens mit unterschiedlichen Temperaturniveaus durchläuft und dabei unterschiedlich stark erwärmt wird, so dass sich bei einem anschließenden Härteprozess mindestens zwei Gefügebereiche mit unterschiedlicher Duktilität einstellen. Der erfindungsgemäße Durchlaufofen ist dementsprechend mit mindestens zwei in Durchlaufrichtung nebeneinander liegenden Zonen versehen, die voneinander so durch eine Trennwand getrennt sind, dass ein den Ofen durchlaufendes Werkstück sich sowohl bereichsweise in Zone 1 als auch bereichsweise in Zone 2 befindet und in beiden Zonen eine getrennte Temperaturregelung möglich ist. Dieser Mehrzonenofen ist allerdings ein Spezialofen für partiell zu erwärmende Bauteile.It is revealed in the DE 102 56 621 B3 a method for producing a molded component having at least two regions of different ductility from a semifinished product made of hardenable steel with a heating in a continuous furnace and a hardening process. According to the invention it is provided that the semi-finished product to be heated during transport through a continuous furnace at the same time at least two adjacent to each other in the direction of passage zones of the continuous furnace with passes through different temperature levels and is heated to different degrees, so that set in a subsequent hardening process at least two structural areas with different ductility. The continuous furnace according to the invention is accordingly provided with at least two adjacent zones in the passage direction, which are separated from each other by a partition, that a workpiece passing through the furnace is both partially in zone 1 and partially in zone 2 and in both zones a separate temperature control is possible. However, this multi-zone furnace is a special furnace for partially heated components.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zu Grunde, eine herkömmliche Warmformlinie möglichst wirtschaftlich im Pressentakt für die Herstellung eines partiell gehärteten Bauteils einsetzen zu können.outgoing From this prior art, the invention is therefore the task based, a conventional hot forming line as possible economically in press cycle for the production of a partial Hardened component to use.
  • Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach wird vorgeschlagen, einen Bauteilrohling aus einem härtbaren Stahl in einer Erwärmungseinrichtung auf eine homogene Temperatur kleiner dem AC3 Punkt der Legierung zu erwärmen. Anschließend wird der Bauteilrohling mittels eines Infrarot Lampenfeldes in Bereichen erster Art auf eine Temperatur über den AC3 Punkt der Legie rung gebracht und der Bauteilrohling in einem Warmform- und Härtewerkzeug in den Bereichen erster Art gehärtet. Dadurch wird ein Formbauteil aus Stahl mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität erzeugt. Vorzugsweise besteht die Erwärmungseinrichtung aus einem konventionellen Durchlaufofen. Auf diese Weise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer herkömmlichen Warmformlinie partiell gehärtete Bauteile hergestellt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können sowohl vorgeformte Bauteile als auch ebene Platinen erwärmt werden, beide zusammen nachfolgend als Bauteilrohling bezeichnet. Der Formvorgang kann sich bei vorgeformten Bauteilen auch auf eine Formung von einigen wenigen Prozent der Endgeometrie oder auf ein Kalibrieren beschränken.This object is achieved by the invention having the features of claim 1. Accordingly, it is proposed to heat a component blank made of a hardenable steel in a heating device to a homogeneous temperature smaller than the AC 3 point of the alloy. Subsequently, the component blank is brought tion by means of an infrared lamp array in areas of the first kind to a temperature above the AC 3 point of the alloy and the component blank cured in a thermoforming and hardening tool in the areas of the first kind. As a result, a shaped component made of steel with at least two structural areas of different ductility is produced. Preferably, the heating device consists of a conventional continuous furnace. In this way, partially cured components can be produced with the method according to the invention in a conventional hot forming line. With the method according to the invention both preformed components and planar boards can be heated, both together referred to below as the component blank. With preformed components, the molding process can also be limited to forming a few percent of the final geometry or calibrating.
  • Beim Warmformen und Presshärten muss der Bauteilrohling einen definierten Wärmeeintrag erfahren. Alle Bereiche, die durch das Härten eine möglichst vollständige Gefügeumwandlung in Martensit erfahren sollen, müssen zuvor auf eine Temperatur größer oder gleich dem AC3 Punkt der Legierung erwärmt worden sein. Dies sind im Folgenden die Bereiche erster Art. Bereiche, die nicht oder nicht vollständig gehärtet werden sollen, im Folgenden Bereiche zweiter Art genannt, dürfen nicht auf eine Temperatur über AC3 erwärmt werden. Für den Presshärtevorgang würde es genügen, wenn die Bereiche zweiter Art Raumtemperatur hätten. Dies wäre auch energetisch die günstigste Variante, allerdings hat Stahl bei Raumtemperatur ein wesentlich geringeres Umformvermögen als erwärmter Stahl. Daher ist es für den Umformvorgang zumindest bei komplexeren Tiefziehteilen notwendig, dass der Stahl auch in den Bereichen zweiter Art erwärmt wird, zumal gängiger Warmformstahl nach einem Kaltformen rückfedert, was sich negativ auf die einzuhaltenden Toleranzen auswirkt. Hinzu kommt, dass ein zu großer Temperaturgradient zwischen den Bereichen erster Art und den Bereichen zweiter Art nach dem Härten zu Spannungen im Übergangsbereich führen kann. Um die Bildung von Martensit in den Bereichen zweiter Art nach dem Härten auszuschließen, werden in einer bevorzugten Ausführungsform die Bereiche zweiter Art auf eine Temperatur bis maximal zum AC1 Punkt der Legierung erwärmt. Nach Überschreiten des AC1 Punktes beginnt bereits eine Teilgefügeumwandlung, die nach dem Härten auch zu einer Teilmartensitbildung führen kann, was nicht gewünscht ist. Umgekehrt soll die Erwärmung mit den Infrarotlampen aber nicht zu lange dauern. Deswegen soll die Starttemperatur für die Lampenerwärmung mittels Infrarot möglichst hoch liegen. Folglich wird das gesamte Bauteil bevorzugt auf eine homogene Temperatur bis maximal zum AC1 Punkt der Legierung in einem Durchlaufofen erwärmt und anschließend unter das Infrarot Lampenfeld umgelagert, um die Bereiche erster Art auf über AC3 zu erwärmen. Die Bereiche zweiter Art werden währenddessen gar nicht mit Infrarot bestrahlt oder lediglich auf ihrer Temperatur gehalten. Auf diese Weise erfolgt die Erwärmung mittels Infrarot schnell genug, um die Fertigungsabfolge im Pressentakt zu gewährleisten. Sollte die Erwärmung der Bereiche erster Art mittels Infrarot auf über AC3 langsamer sein als der Pressentakt, muss mit zwei oder mehr Infrarot Lampenfeldern gearbeitet werden. Es ist daher ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, die herkömmlichen Durchlauföfen in einer konventionellen Fertigungslinie für das Warmformen beibehalten zu können und die konventionelle Linie einfach und wirtschaftlich für die Herstellung eines nur partiell gehärteten Bauteils umrüsten zu können. Zudem ist es möglich, bei einer eigens eingerichteten Fertigungslinie den Erwärmungsofen insgesamt einfacher und günstiger aufzubauen, wenn der Ofen nur Temperaturen bis AC1 und nicht bis auf über AC3 erbringen und im Dauerbetrieb standhalten muss.During thermoforming and press hardening, the component blank must experience a defined heat input. All areas which are to undergo as complete structural transformation as possible in martensite due to curing must first have been heated to a temperature greater than or equal to the AC 3 point of the alloy. In the following, these are the areas of the first type. Areas which are not or will not be fully cured, hereinafter referred to as second-type areas, must not be heated to a temperature above AC 3 . For the press hardening process, it would be sufficient if the second type areas had room temperature. This would be energetically the cheapest option, but steel at room temperature has a much lower forming capacity than heated steel. Therefore, it is necessary for the forming process, at least for more complex deep drawn parts that the steel is heated in the areas of the second kind, especially since common hot-forming steel springs back after cold forming, which has a negative effect on the tolerances to be observed. In addition, too high a temperature gradient between the first type regions and the second type regions after curing can lead to stress in the transition region. In order to preclude the formation of martensite in the second-type regions after curing, in a preferred embodiment, the second-type regions are heated to a temperature up to at most the AC 1 point of the alloy. After exceeding the AC 1 point already begins a partial structure transformation, which can also lead to a Teilmartensitbildung after curing, which is not desirable. Conversely, heating with the infrared lamps should not take too long. Therefore, the starting temperature for the lamp heating by means of infrared should be as high as possible. Consequently, the entire component is preferably heated to a homogeneous temperature up to at most the AC 1 point of the alloy in a continuous furnace and then rearranged under the infrared lamp array to heat the first type regions above AC 3 . Meanwhile, the areas of the second kind are not irradiated with infrared or merely kept at their temperature. In this way, the heating by means of infrared is fast enough to ensure the production sequence in the press cycle. If the heating of the areas of the first kind by means of infrared to above AC 3 is slower than the pressing cycle, two or more infrared lamp fields must be used. It is therefore an advantage of the method according to the invention to be able to maintain the conventional continuous furnaces in a conventional production line for thermoforming and to convert the conventional line easily and economically for the production of only partially cured component. In addition, it is possible to build the heating furnace in a specially designed production line easier and cheaper overall, if the furnace only temperatures up to AC 1 and not up to about AC 3 and must withstand continuous operation.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Bauteilrohling insgesamt auf eine homogene Temperatur kleiner AC3, aber größer AC1 der Legierung erwärmt und dann unter das Infrarot Lampenfeld umgelagert, unter dem die Bereiche erster Art auf über AC3 erwärmt werden. In den Bereichen zweiter Art tritt dann nach dem Härten ein Mischgefüge auf, das zwischen den Eigenschaften des Ausgangsgefüges und den Eigenschaften des harten Gefüges angesiedelt ist. Dieses Mischgefüge kann für bestimmte Einsatzzwecke vorteilhaft sein. Die Bauteilparameter können daher durch eine Leistungssteuerung der Infrarot Lampen je nach Bedarf flexibel eingestellt werden.In a further preferred embodiment, the component blank as a whole is heated to a homogeneous temperature of less than AC 3 but greater than AC 1 of the alloy and then transferred to the infrared lamp array under which the areas of the first type are heated above AC 3 . In the areas of the second type, then, after hardening, a mixed structure occurs, which is located between the properties of the initial structure and the properties of the hard structure. This mixed structure may be advantageous for certain applications. The Component parameters can therefore be flexibly adjusted as required by a power control of the infrared lamps.
  • Das Verfahren eignet sich besonders für das Warmformen einer Stahllegierung, die sich ausgedrückt in Gewichtsprozent zusammensetzt aus
    Kohlenstoff (C) 0,18% bis 0,3%
    Silizium (Si) 0,1% bis 0,7%
    Mangan (Mn) 1,0% bis 2,5%
    Phosphor (P) maximal 0,025%
    Chrom (Cr) bis 0,8%
    Molybdän (Mo) bis 0,5%
    Schwefel (S) maximal 0,01%
    Titan (Ti) 0,02% bis 0,05%
    Bor (B) 0,002% bis 0,005%
    Aluminium (Al) 0,01% bis 0,06%
    The process is particularly suitable for thermoforming of a steel alloy, expressed as a percentage by weight
    Carbon (C) 0.18% to 0.3%
    Silicon (Si) 0.1% to 0.7%
    Manganese (Mn) 1.0% to 2.5%
    Phosphorus (P) max. 0.025%
    Chromium (Cr) up to 0.8%
    Molybdenum (Mo) to 0.5%
    Sulfur (S) max. 0.01%
    Titanium (Ti) 0.02% to 0.05%
    Boron (B) 0.002% to 0.005%
    Aluminum (Al) 0.01% to 0.06%
  • Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen. Hierbei handelt es sich um einen borlegierten unbeschichteten Warmformstahl. Ein Bauteilrohling aus diesem Stahl wird zunächst homogen auf mindestens 400°C, vorzugsweise auf etwa 700°C erwärmt und dann in den Bereichen erster Art mittels Infrarot-Lampen auf eine Temperatur von ca. 930°C erwärmt. Die Bereiche zweiter Art werden währenddessen auf etwa 700°C gehalten. Sofort im Anschluss an die Erwärmung wird der Bauteilrohling einem Warmform- und Härtewerkzeug zugeführt und geformt und in den Bereichen erster Art gehärtet. Dadurch erhält man ein partiell gehärtetes, maßgetreues, warmgeformtes Bauteil mit definierten Eigenschaften in den jeweiligen Bereichen.rest Iron and smelting contaminants. This acts it is a boron-alloyed uncoated hot-forming steel. One Part blank from this steel is initially homogeneous heated to at least 400 ° C, preferably to about 700 ° C. and then in the areas of the first kind by means of infrared lamps heated to a temperature of about 930 ° C. The areas The second species is meanwhile at about 700 ° C held. Immediately following the warming is the Component blank supplied to a thermoforming and hardening tool and shaped and hardened in the areas of the first kind. Thereby you get a partially hardened, true-to-life, thermoformed component with defined properties in the respective Areas.
  • Das Verfahren ist jedoch auch für einen mit einer metallischen Schicht wie beispielsweise Aluminium oder Zink versehenen Warmformstahl einsetzbar. Insbesondere ein mit einer Aluminiumhaltigen Schicht beschichteter Warmformstahl muss jedoch zur Ausbildung einer sogenannten intermetallischen Phase zunächst auf eine Temperatur über dem AC3 Punkt der Legierung erwärmt und durchlegiert werden. Zur wirtschaftlichen Anwendung des hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens muss ein mit Aluminium beschichteter Warmformstahl daher zunächst in einem separaten Arbeitsschritt durchlegiert werden. Am besten wäre dieser Arbeitsschritt beim Stahlhersteller bereits bei der Herstellung des Coils auszuführen.However, the method is also applicable to a hot-forming steel provided with a metallic layer such as aluminum or zinc. In particular, however, a hot-forming steel coated with an aluminum-containing layer must first be heated and alloyed to a temperature above the AC 3 point of the alloy in order to form a so-called intermetallic phase. For cost-effective application of the method according to the invention described here, therefore, a hot-forming steel coated with aluminum must first be alloyed in a separate working step. This step would be best done at the steel manufacturer already in the production of the coil.
  • Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen genauer beschrieben.following the invention is described in detail with reference to the drawings.
  • 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Warmformlinie 1 für einen unbeschichteten Stahl. 1 schematically shows a hot forming line according to the invention 1 for an uncoated steel.
  • 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Warmformlinie 10 für einen beschichteten Stahl. 2 schematically shows a hot forming line according to the invention 10 for a coated steel.
  • 3 zeigt vergrößert die Infrarot Lampen Station 7 aus den 1 und 2. 3 shows enlarged the infrared lamps station 7 from the 1 and 2 ,
  • 4 zeigt die Härteverteilung bei einer erfindungsgemäß hergestellten B-Säule 42. 4 shows the hardness distribution in a B-pillar made according to the invention 42 ,
  • 5 zeigt schematisiert eine Draufsicht auf eine Infrarot Lampen Station 70. 5 schematically shows a plan view of an infrared lamps station 70 ,
  • 6 zeigt eine Erwärmungskurve 110 eines Bereiches erster Art. 6 shows a heating curve 110 an area of the first kind.
  • In 1 ist schematisiert eine erfindungsgemäße Warmformlinie 1 dargestellt. Ein Coil 2 mit einem unbeschichteten Warmformstahl, beispielsweise der weiter oben beschriebenen Stahlsorte, wird kontinuierlich abgewickelt und in einer Schneidestation 3 zu einer Formplatine 4 geschnitten. Die Formplatine 4 kann wahlweise in einer Formstation 5 kalt vorgeformt und/oder beschnitten werden. Das Kaltformen ist in der Regel ein Tiefziehen bei Raumtemperatur, der Beschnitt wird möglichst endkonturnah ausgeführt. Die Formstation 5 ist optional und abhängig von der Komplexität der Bauteilgeometrie. Sie kann auch völlig entfallen. Dann wird die Formplatine 4 direkt in die Erwärmungsstation 6 überführt. In der Erwärmungsstation 6 wird die Formplatine 4 homogen auf eine Temperatur kleiner AC3 erwärmt und dann sofort unter die Infrarot Lampen Station 7 umgelagert. Die Infrarot Lampen Station 7 ist hier als separate Station dargestellt. Die Infrarot Lampen können aber auch zum Beispiel in die Erwärmungsstation 6 integriert sein, beispielsweise im Endbereich. In der Infrarot Lampen Station 7 wird die Formplatine 4 in einem Bereich erster Art auf eine Temperatur über den AC3 Punkt der Legierung erwärmt. Die Bereiche zweiter Art verbleiben auf einer Temperatur unterhalb von AC3. In dem Ausführungsbeispiel der 1 liegen die Bereiche zweiter Art an den jeweiligen Enden der Formplatine 4 und der Bereich erster Art in der Mitte der Formplatine 4. Die so vorerwärmte Formplatine 4 wird dann einem zwangsgekühlten Form- und Härtewerkzeug 8 zugeführt und in der Station 8 warmgeformt und partiell gehärtet.In 1 schematically is a hot forming line according to the invention 1 shown. A coil 2 with an uncoated thermoforming steel, for example, the steel type described above, is continuously unwound and in a cutting station 3 to a form board 4 cut. The form board 4 can optionally in a forming station 5 cold preformed and / or trimmed. The cold forming is usually deep drawing at room temperature, the trimming is carried out as close to the final contour as possible. The forming station 5 is optional and depends on the complexity of the component geometry. It can also be completely eliminated. Then the molding board 4 directly into the warming station 6 transferred. In the warming station 6 becomes the form board 4 heated homogeneously to a temperature smaller AC 3 and then immediately under the infrared lamps station 7 rearranged. The infrared lamps station 7 is shown here as a separate station. The infrared lamps can also be used in the warming station, for example 6 be integrated, for example in the end. In the infrared lamps station 7 becomes the form board 4 heated in a range of the first kind to a temperature above the AC 3 point of the alloy. The second type regions remain at a temperature below AC 3 . In the embodiment of 1 are the areas of the second type at the respective ends of the form board 4 and the first type area in the middle of the form board 4 , The so preheated molding board 4 then becomes a forced-cooled forming and hardening tool 8th fed and in the station 8th thermoformed and partially hardened.
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante für eine Warmformlinie 10 für einen beschichteten Stahl. Ein Coil 20 mit einem Warmformstahl, der mit einer Aluminiumhaltigen Legierung beschichtet ist, wird kontinuierlich abgewickelt und durch eine Erwärmungseinrichtung 9 gefahren. In der Erwärmungseinrichtung 9 wird der beschichtete Warmformstahl homogen auf eine Temperatur über AC3 erwärmt, so dass die Beschichtung durchlegiert und mit dem Grundmaterial eine sogenannte intermetallische Phase ausbildet. Der erwärmte beschichtete Stahl wird dann allerdings nicht abgeschreckt, so dass er nicht härtet, denn dann wäre sein Formände rungswiderstand für ein weiteres Verarbeiten zu hoch. Beim Verlassen der Erwärmungseinrichtung 9 wird der durchlegierte beschichtete Stahl auf ein zweites Coil 21 wieder aufgewickelt. Von diesem Coil 21 wird der beschichtete Stahl sodann kontinuierlich abgewickelt und in einer Schneidestation 3 zu einer beschichteten Formplatine 40 geschnitten. Die Formstation 5 zum kalt Vorformen entfällt, weil die beim Durchlegieren entstandene intermetallische Phase nicht kalt geformt werden kann, ohne zu reißen. Daher wird die Formplatine 40 direkt in die Erwärmungsstation 6 überführt. In der Erwärmungsstation 6 wird die beschichtete Formplatine 40 homogen auf eine Temperatur kleiner AC3 erwärmt und dann sofort unter die Infrarot Lampen Station 7 umgelagert. Die Infrarot Lampen Station 7 ist hier als separate Station dargestellt. Die Infrarot Lampen können aber auch zum Beispiel in die Erwärmungsstation 6 integriert sein, beispielsweise im Endbereich. In der Infrarot Lampen Station 7 wird die Formplatine 40 in einem Bereich erster Art auf eine Temperatur über den AC3 Punkt der Legierung erwärmt. Die Bereiche zweiter Art verbleiben auf einer Temperatur unterhalb von AC3. In dem Ausführungsbeispiel der 2 liegen die Bereiche zweiter Art an den jeweiligen Enden der Formplatine 40 und der Bereich erster Art in der Mitte der Formplatine 40. Die so vorerwärmte Formplatine 40 wird dann einem zwangsgekühlten Form- und Härtewerkzeug 8 zugeführt und in der Station 8 warmgeformt und partiell gehärtet. 2 shows an embodiment variant according to the invention for a thermoforming line 10 for a coated steel. A coil 20 with a hot-forming steel, which is coated with an aluminum-containing alloy, is continuously unwound and by a heating device 9 hazards. In the heating device 9 The coated hot-forming steel is heated homogeneously to a temperature above AC 3 , so that the coating is alloyed through and forms a so-called intermetallic phase with the base material. However, the heated coated steel is then not quenched, so that it does not harden, because then his Formände tion resistance would be too high for further processing. When leaving the heating device 9 is the plated-through coated steel on a second coil 21 wound up again. From this coil 21 The coated steel is then continuously unwound and in a cutting station 3 to a coated form board 40 cut. The forming station 5 for cold preforming is omitted because the intermetallic phase formed during permeation can not be cold formed without cracking. Therefore, the molding board 40 directly into the warming station 6 transferred. In the warming station 6 becomes the coated molding board 40 heated homogeneously to a temperature smaller AC 3 and then immediately under the infrared lamps station 7 rearranged. The infrared lamps station 7 is shown here as a separate station. The infrared lamps can also be used in the warming station, for example 6 be integrated, for example in the end. In the infrared lamps station 7 becomes the form board 40 heated in a range of the first kind to a temperature above the AC 3 point of the alloy. The second type regions remain at a temperature below AC 3 . In the embodiment of 2 are the areas of the second type at the respective ends of the form board 40 and the first type area in the middle of the form board 40 , The so preheated molding board 40 then becomes a forced-cooled forming and hardening tool 8th fed and in the station 8th thermoformed and partially hardened.
  • 3 zeigt die Infrarot Lampen Station 7 aus den 1 und 2 im Detail. An einem Träger 75 sind stabförmige Infrarot Lampen 71 angebracht. Die Infrarot Lampen 71 sind in den Temperaturfeldern 72 und 74 so gesteuert, dass sie das auf einer Trägerplatte 76 liegende vorgeformte und vorerwärmte Bauteil 41 jeweils in den Endbereichen auf 700°C halten. Im Temperaturfeld 73 sind die stabförmigen Infrarot Lampen so gesteuert, dass sie das Bauteil 41 mittig auf 930°C erwärmen. In dieser 3 sind die Temperaturfelder 72, 73 und 74 durch Schotte 77 und 78 voneinander getrennt. Mit den Schotten 77 und 78 können die Temperaturverteilung im Bauteil 41 besser beherrscht und die Härtewerte im fertigen Bauteil genauer eingestellt werden. 3 shows the infrared lamps station 7 from the 1 and 2 in detail. On a carrier 75 are rod-shaped infrared lamps 71 appropriate. The infrared lamps 71 are in the temperature fields 72 and 74 controlled so that they are on a support plate 76 lying preformed and preheated component 41 each in the end areas to 700 ° C hold. In the temperature field 73 The rod-shaped infrared lamps are controlled so that they are the component 41 warm to 930 ° C. In this 3 are the temperature fields 72 . 73 and 74 by jock 77 and 78 separated from each other. With the Scots 77 and 78 can the temperature distribution in the component 41 controlled better and the hardness values in the finished component are more accurately adjusted.
  • Nach dem Warmformen und Härten ist aus dem Bauteilrohling 41 aus 3 eine in 4 dargestellte partiell gehärtet B-Säule 42 entstanden. Die B-Säule 42 ist im Kopfbereich 43 und dem Säulenfuß 44 relativ duktil. In dem mittleren Bereich 47 ist die B-Säule gehärtet worden und in den Übergangsbereichen 45 und 46 von dem gehärteten zum ungehärteten Bereich hat sich ein Mischgefüge eingestellt.After thermoforming and hardening is out of the component blank 41 out 3 one in 4 shown partially cured B-pillar 42 emerged. The B-pillar 42 is in the head area 43 and the pedestal 44 relatively ductile. In the middle area 47 the B-pillar has been hardened and in the transition areas 45 and 46 from the hardened to the uncured area, a mixed structure has set.
  • 5 zeigt schematisiert eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform 70 einer Infrarot Lampen Station. Unter spotförmigen Infrarot Lampen 710 lagert die erwärmte Formplatine 4. Im Kopfbereich 43 und dem Fußbereich 44, jeweils Bereiche zweiter Art, wird die Formplatine 4 auf einer Temperatur von 700°C gehalten. Im mittleren Bereich 47, einem Bereich erster Art, wird die Formplatine 4 auf 930°C erwärmt. In den Übergangsbereichen 45 und 46 fällt die Temperatur von 930°C auf 700°C ab. 5 schematically shows a plan view of another embodiment 70 an infrared lamps station. Under spot-shaped infrared lamps 710 stores the heated molding board 4 , In the head area 43 and the foot area 44 , each areas of the second kind, the molding board 4 kept at a temperature of 700 ° C. In the middle area 47 , an area of the first kind, is the molding board 4 heated to 930 ° C. In the transition areas 45 and 46 the temperature drops from 930 ° C to 700 ° C.
  • 6 zeigt eine Erwärmungskurve 110 eines Bereiches erster Art von einem Blech. Dargestellt ist die Temperatur in °C über die Zeit in Sekunden. Der Kurvenbereich 11 zeigt die kontinuierliche Aufheizung des Bleches in einem Durchlaufofen. Innerhalb von knapp 200 Sekunden wird das gesamte Blech homogen von Raumtemperatur auf ca. 700°C aufgeheizt. Sodann wird das Blech bei Kurvenpunkt 12 unter ein Infrarot Lampenfeld umgelagert und innerhalb von etwa 30 Sekunden auf knapp 1000°C aufgeheizt. Bei Punkt 13 ist die Erwärmung abgeschlossen. 6 shows a heating curve 110 an area of the first kind of a sheet metal. Shown is the temperature in ° C over time in seconds. The curve area 11 shows the continuous heating of the sheet in a continuous furnace. Within just under 200 seconds, the entire sheet is heated homogeneously from room temperature to about 700 ° C. Then the sheet is at the curve point 12 rearranged under an infrared lamp array and heated to almost 1000 ° C within about 30 seconds. At point 13 the warming is complete.
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Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils (42) mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität (4347) aus einem Bauteilrohling (4, 40) aus härtbarem Stahl, welcher bereichsweise unterschiedlich erwärmt und dann in einem Warmform- und Härtewerkzeug (8) geformt und bereichsweise gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, – dass der Bauteilrohling (4, 40) in einer Erwärmungseinrichtung (6) auf eine homogene Temperatur kleiner dem AC3 Punkt der Legierung erwärmt wird, – dass der Bauteilrohling anschließend mittels eines Infrarot Lampenfeldes (7, 70) in Bereichen erster Art (47) auf eine Temperatur über den AC3 Punkt der Legierung gebracht wird und – dass der Bauteilrohling (4, 40) in dem Warmform- und Härtewerkzeug (8) in den Bereichen erster Art (47) gehärtet wird.Method for producing a molded component ( 42 ) with at least two microstructures of different ductility ( 43 - 47 ) from a component blank ( 4 . 40 ) made of hardenable steel, which in some areas heated differently and then in a thermoforming and hardening tool ( 8th ) is formed and partially cured, characterized in that - the component blank ( 4 . 40 ) in a heating device ( 6 ) is heated to a homogeneous temperature lower than the AC 3 point of the alloy, that the component blank is subsequently heated by means of an infrared lamp field ( 7 . 70 ) in areas of the first kind ( 47 ) is brought to a temperature above the AC 3 point of the alloy and - that the component blank ( 4 . 40 ) in the thermoforming and hardening tool ( 8th ) in the fields of the first type ( 47 ) is hardened.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilrohling (4, 40) in einem Durchlaufofen (6) auf eine homogene Temperatur kleiner dem AC3 Punkt der Legierung erwärmt wird.Method according to claim 1, characterized in that the component blank ( 4 . 40 ) in a continuous furnace ( 6 ) is heated to a homogeneous temperature lower than the AC 3 point of the alloy.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilrohling (4, 40) in der Erwärmungseinrichtung (6) auf eine homogene Temperatur bis maximal AC1 der Legierung erwärmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component blank ( 4 . 40 ) in the heating device ( 6 ) is heated to a homogeneous temperature up to a maximum of AC 1 of the alloy.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilrohling (4, 40) in der Erwärmungseinrichtung (6) auf eine homogene Temperatur kleiner AC3, aber größer AC1 der Legierung erwärmt wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 2, characterized in that the component blank ( 4 . 40 ) in the heating device ( 6 ) is heated to a homogeneous temperature less than AC 3 but greater than AC 1 of the alloy.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stahllegierung eingesetzt wird, die sich ausgedrückt in Gewichtsprozent zusammensetzt aus Kohlenstoff (C) 0,18% bis 0,3% Silizium (Si) 0,1% bis 0,7% Mangan (Mn) 1,0% bis 2,5% Phosphor (P) maximal 0,025% Chrom (Cr) bis 0,8% Molybdän (Mo) bis 0,5% Schwefel (S) maximal 0,01% Titan (Ti) 0,02% bis 0,05% Bor (B) 0,002% bis 0,005% Aluminium (Al) 0,01% bis 0,06% Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.Method according to one of the preceding claims, thereby in that a steel alloy is used, the expressed in terms of weight percent composed carbon (C) 0.18% to 0.3% Silicon (Si) 0.1% to 0.7% manganese (Mn) 1.0% to 2.5% Phosphorus (P) max. 0.025% Chrome (Cr) up to 0.8% Molybdenum (Mo) to 0.5% Sulfur (S) maximum 0.01% Titanium (Ti) 0.02% to 0.05% Boron (B) 0.002% up to 0.005% Aluminum (Al) 0.01% to 0.06% Rest iron and melting impurities.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer metallischen Beschichtung versehener Bauteilrohling (40) eingesetzt wird, wobei die Beschichtung im Vorfeld durchlegiert worden ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a provided with a metallic coating component blank ( 40 ), wherein the coating has been pre-alloyed in advance.
  7. Infrarot Lampenfeld (7) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Temperaturfelder (72, 73, 74) des Infrarot Lampenfeldes (7) durch ein Schott (77, 78) voneinander getrennt sind.Infrared lamp field ( 7 ) for carrying out a method according to one of the preceding claims, characterized in that different temperature fields ( 72 . 73 . 74 ) of the infrared lamp field ( 7 ) through a bulkhead ( 77 . 78 ) are separated from each other.
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