DE102011057007B4 - Verfahren zum Herstellen eines Kraftfahrzeugbauteils sowie Kraftfahrzeugbauteil - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Kraftfahrzeugbauteils mit zwei Bereichen (7, 8), wobei die zwei Bereiche (7, 8) voneinander verschiedene Festigkeitseigenschaften aufweisen, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen einer Platine (3) aus härtbarem Stahlblech, – Erhitzen der Platine auf mindestens 800 bis 1100°C, insbesondere 900 bis 1000°C, vorzugsweise auf Austenitisierungstemperartur +/–100°C, – Verbringen der erwärmten Platine (3) in einen Ofen (4) mit zwei Temperaturzonen, wobei eine erste Zone (5) eine Temperatur (T2) aufweist, die im Wesentlichen gleich der Austenitisierungstemperatur (T1) ist und eine zweite Zone (6) eine Temperatur (T3) aufweist, die zwischen 300 und 600°C liegt, wobei ein zweiter Bereich (8) der Platine (3) auf eine Temperatur zwischen 300 und 450°C abgekühlt wird und der zweite Bereich (8) in der zweiten Zone (6) und ein erster Bereich (7) der Platine (3) in der ersten Zone (5) angeordnet und für einen Zeitraum die Temperaturen in den Bereichen (7, 8) gehalten werden, – Anschließendes Warmumformen und Presshärten der Platine (3) zu dem Kraftfahrzeugbauteil.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftfahrzeugbauteils gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
• Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeugbauteil gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 12.
• Zur Herstellung von Kraftfahrzeugbauteilen hat sich in den letzten Jahren die Warmumform- und Presshärtetechnologie etabliert, mit der es möglich ist, Kraftfahrzeugbauteile aus härtbaren Stahllegierungen herzustellen, die besonders hohe Festigkeitswerte bei gleichzeitig geringem Eigengewicht aufweisen. Insbesondere als crashrelevante Bauteile oder aber auch Kraftfahrzeugstrukturbauteile werden warmumgeformt und pressgehärtete Bauteile eingesetzt. So wird eine Blechplatine auf über Austenitisierungstemperatur erwärmt, in ein Warmumformwerkzeug eingelegt, dort warm umgeformt und im Anschluss hieran pressgehärtet. Dabei entsteht ein maßgeblich martensitisches Gefüge, das hohe Festigkeitswerte, aber geringe Bruchdehnungswerte, beispielsweise kleiner 7%, aufweist. So haben die warm umgeformt und pressgehärteten Bauteile nicht nur Vorteile, sondern aufgrund ihrer harten und auch zum Teil spröden Eigenschaften gewisse Nachteile. In Koppelungsbereichen oder aber in Bereichen von Ausnehmungen kann beispielsweise in einem Unfallszenario bzw. im Crashfall eines Kraftfahrzeuges ein Ausreißen bzw. Abreißen des Bauteils erfolgen.
• Aus der DE 102 08 216 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten metallischen Bauteils bekannt, das zwei Bereiche unterschiedlicher Duktilität aufweist. Hierzu wird eine Platine auf Austenitisierungstemperatur erwärmt und anschließend über einen Transportweg einem Härteprozess zugeführt, wobei während des Transportes Teilbereiche der Platine, die im Endbauteil höhere Duktilitätseigenschaften aufweisen sollen, abgekühlt werden.
• Weiterhin ist aus der EP 2 053 140 A1 ein Verfahren bekannt, mit dem ein gesamtes Metallbauteil wärmebehandelt wird, um gezielte Gefügeeinstellungen hervorzurufen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils aufzuzeigen, mit dem es möglich ist, gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren bessere Festigkeitseigenschaften bei gleichzeitig zumindest bereichsweise hoher Duktilität in dem Kraftfahrzeugbauteil einzustellen. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeugbauteil mit gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Kraftfahrzeugbauteilen verbesserten Festigkeitseigenschaften bei gleichzeitig zumindest bereichsweise hoher Duktilität bereitzustellen.
• Der verfahrenstechnische Teil wird mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Kraftfahrzeugbauteils mit zwei Bereichen, wobei die zwei Bereiche voneinander verschiedene Festigkeitseigenschaften aufweisen, gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
• Der gegenständliche Teil der Aufgabe wird mit einem Kraftfahrzeugbauteil mit zwei voneinander verschiedenen Festigkeitsbereichen gemäß den Merkmalen im Patentspruch 12 gelöst.
• Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
• Das Verfahren zum Herstellen eines Kraftfahrzeugbauteils mit zwei Bereichen, wobei die zwei Bereiche voneinander verschiedene Festigkeitseigenschaften aufweisen, ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
• – Bereitstellen einer Platine aus härtbarem Stahlblech,
• – Erhitzen der Platine auf mindestens 800 bis 1100°C, insbesondere auf 900 bis 1000°C, vorzugsweise auf Austenitisierungstemperartur +/–100°C,
• – Verbringen der erwärmten Platine in einen Ofen mit zwei Temperaturzonen, wobei eine erste Zone eine Temperatur aufweist, die im Wesentlichen gleich der Austenitisierungstemperatur ist, und eine zweite Zone eine Temperatur aufweist, die zwischen 300 und 600°C liegt,
• – wobei ein zweiter Bereich der Platine auf eine Temperatur zwischen 300 und 450°C abgekühlt wird und der zweite Bereich in der zweiten Zone und ein erster Bereich der Platine in der ersten Zone angeordnet werden und für einen Zeitraum die Temperaturen in den Bereichen gehalten werden,
• – Anschließendes Warmumformen und Presshärten der Platine zu dem Kraftfahrzeugbauteil.
• Im Rahmen der Erfindung wird somit eine Platine aus härtbarem Stahlblech bereit gestellt und auf mindestens Austenitisierungstemperatur erwärmt. Im Rahmen der Erfindung ist unter Austenitisierungstemperatur jeweils die Austenitisierungstemperatur des verwendeten Stahlwerkstoffes zu verstehen. Abhängig von der Legierungszusammensetzung des eingesetzten Stahlwerkstoffes liegt die Austenitisierungstemperatur bei mindestens 800°C. Vorzugsweise liegt die Austenitisierungstemperatur bei einer erfindungsgemäß eingesetzten Stahllegierung bei einer Aufheiztemperatur zwischen 800 und 1100°C, vorzugsweise 900 und 1000°C. Das Erhitzen kann in einer Wärmestation erfolgen, beispielsweise durch konduktive oder induktive Erwärmung. Ebenfalls ist auch eine Erwärmung durch Wärmestrahlung, Konvektion oder auch durch Infrarot oder sonstige Erwärmungsmethoden möglich.
• Nach dem Erwärmen auf mindestens Austenitisierungstemperatur wird die so erwärmte Platine in einen Ofen transferiert. Bei dem Ofen kann es sich um einen Durchlaufofen handeln oder aber bei dem Erwärmen auf Austenitisierungstemperatur und dem anschließenden Ofen um eine Ofenanlage, die mit einem Transportband verbunden ist.
• In dem Ofen wird die erwärmte Platine auf einer Temperatur gehalten, wobei der Ofen zwei Temperaturzonen aufweist und wobei die Temperaturzonen voneinander verschiedene Temperaturen besitzen. Eine erste Zone weist dazu eine Temperatur auf, die im Wesentlichen gleich der Austenitisierungstemperatur ist oder aber eine Temperatur aufweist, die mindestens oberhalb von 700°C liegt, bevorzugt über 800°C und insbesondere zwischen 900 und 1000°C.
• Weiterhin bevorzugt wird die Platine auf die Austenitisierungstemperatur +/–100°C erhitzt, so dass es im Rahmen der Erfindung möglich ist, sowohl eine im Wesentlichen zu 100% erfolgte Austenitisierung herzustellen, aber auch eine Teilaustenitisierung bereit zu stellen. Hierbei austenitisiert bei Temperaturen unterhalb der Austenitisierungstemperatur die Platine nur bereichsweise, wohingegen bei Temperaturen oberhalb der Austenitisierungstemperatur die Platine nahezu vollständig austenitisiert.
• Die zweite Zone weist zu der ersten Zone eine geringere Temperatur auf, vorzugsweise eine Temperatur, die zwischen 300 und 600°C liegt. Die Platine wird in dem Ofen mit den zwei voneinander verschiedenen Temperaturen für eine Haltezeit auf den jeweiligen Temperaturen in den Zonen und die sich dadurch einstellenden Temperaturen in der Platine selber gehalten.
• Der zweite Bereich wird in der zweiten Zone des Ofens auf einer Temperatur des Werkstoffes der Platine, also einer Temperatur des zweiten Bereiches zwischen 300 und 450°C, gehalten. Zuvor ist es hierzu notwendig, dass der zweite Bereich auf die Temperatur zwischen 300 und 450°C abgekühlt wird. Zur Abkühlung können beispielsweise Luftdüsen oder ähnliches genutzt werden. Ebenfalls erfolgt ein aktives Abkühlen des zweiten Bereiches kurz vor oder während des Transfers in den Ofen zum Halten der Temperaturen oder aber direkt zu Beginn des Haltens der Temperaturen in dem Ofen. Der erste Bereich wird in der ersten Zone des Ofens angeordnet und dort ebenfalls für einen Zeitraum gehalten.
• Im Anschluss daran wird die auf zwei voneinander verschiedenen Temperaturen gehaltene Platine in ein Warmumformwerkzeug transferiert, dort warmumgeformt und pressgehärtet, so dass ein warmumgeformtes und pressgehärtetes Kraftfahrzeugbauteil mit zwei voneinander verschiedenen Festigkeitsbereichen entsteht. Der erste Bereich weist dabei eine hohe Festigkeit auf, wohingegen der zweite Bereich gegenüber dem ersten Bereich eine höhere Duktilität besitzt. Zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ist bevorzugt ein Übergangsbereich ausgebildet, wobei der Übergangsbereich insbesondere zwischen 30 und 120 mm, bevorzugt zwischen 20 und 110 mm, bevorzugt zwischen 30 und 100 mm und insbesondere im Wesentlichen 50 mm aufweist.
• Im Rahmen der Erfindung lassen sich hierüber insbesondere Kraftfahrzeugstrukturbauteile, beispielsweise Kraftfahrzeugsäulen, Schweller oder Dachholme, herstellen, die Bereiche besitzen, die eine höhere Duktilität und eine höhere Festigkeit aufweisen, insbesondere sind dieses Anbindungsbereiche. Im Falle eines Kraftfahrzeugunfalls kommt es somit nicht zu einer frühen Rissbildung und zu einem Abreißen des Bauteils, sondern der Verbund der einzelnen Bauteile wird lange gehalten, um somit gezielt Crashenergie zu leiten oder aber durch Deformation abzubauen. Ebenfalls ist es möglich, Panzerungsbauteile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen, die dann eine hohe Resistenz gegenüber Beschuss und Anprengungen, also gegenüber Projektilfeuerwaffen oder aber Detonationen, aufweisen. Ebenfalls ist es im Rahmen der Erfindung möglich, crashrelevante Bauteile, beispielsweise Querträger oder aber auch Crashboxen, mit dem Verfahren herzustellen.
• Besonders bevorzugt werden die zwei Bereiche, also die Bereiche mit einer gegenüber den ersten Bereichen höheren Duktilität, an den Kraftfahrzeugbauteilen hergestellt, die als Deformationsbereiche, Durchzüge, Öffnungen, Koppelpunkte oder aber sonstige Verbindungsbereiche dienen. Im Rahmen der Erfindung ist es somit möglich, ein Bauteil mit mehreren ersten und mehreren zweiten Bereichen herzustellen. Ebenfalls ist es im Rahmen der Erfindung möglich, ein Bauteil, das einen ersten Bereich aufweist und zwei, drei oder mehr zweite Bereiche besitzt, herzustellen.
• Besonders bevorzugt wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein härtbares Stahlblech verwendet, das eine Legierung aufweist, bei der folgende Legierungsbestandteile verwendet werden:
• – Kohlenstoff (C) 0,14–0,3%
• – Mangan (Mn) 0,8–2,5%
• – Silizium (Si) 1,5–2,5%
• – Chrom (Cr) max. 0,4%
• – Aluminium (Al) max. 0,1%
• – Nickel (Ni) max. 0,3%
• – Bor (B) 0,0008–0,005%
• – Titan (Ti) 0,005–0,1%
• – Niob (Nb) max. 0,1%
• Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
• Bei den Verunreinigungen kann es sich zum einen um die erschmelzungbedingten Verunreinigungen bei der Herstellung der Rohbauteile oder Halbzeuge handeln, es kann sich jedoch auch um Verunreinigungen handeln, die beim Warmumformen und Presshärten oder aber bei der Temperaturbehandlung auftreten bzw. entstehen.
• Bei einer solch verwendeten Legierung findet zunächst durch das Erwärmen auf über Austenitisierungstemperatur, also auf eine Temperatur über dem AC3 Punkt der Legierung, eine Umwandlung des Gefüges in Austenit statt. Durch das nach der zwischen Erwärmen und vor dem Einlegen in das Warmumformwerkzeug erfolgten Zwischenbehandlung bleibt in dem ersten Bereich ein im Wesentlichen austenitisches Gefüge erhalten, wohingegen sich in dem zweiten Bereich ein bainitisches Gefüge, insbesondere ein bainitisches Gefüge im unteren Bainitbereich, einstellt. Durch einen hohen Siliziumanteil bildet sich an einer Oberfläche Siliziumoxid, das eine vorschnelle Verzunderung verhindert. Durch diese Maßnahme ist es möglich, eine Verzunderung zu vermindern oder gar auf Schutzgas während der Erwärmung zu verzichten. Hierdurch werden Energiekosten gespart.
• Im Anschluss an das Halten der Temperatur, also an die Wärmezwischenbehandlung, findet ein Warmumformen mit anschließendem Presshärten statt. Hierbei wird die Platine auf eine Temperatur abgekühlt, die vorzugsweise unter 250°C, insbesondere unter 200°C und ganz besonders bevorzugt unter 150°C liegt, und pressgehärtet, so dass sich in dem ersten Bereich ein martensitisches Gefüge und in dem zweiten Bereich ein bainitisches Gefüge, insbesondere in bainitisches Gefüge im unteren Bainitbereich, einstellen.
• Durch die spezielle Zusammensetzung des Stahls, insbesondere die relativ große Zugabe von Silizium, entsteht beim Härten nicht nur Martensit. Es bleibt auch ein Teil des Austenits als Restaustenit erhalten, der bis zu Temperaturen von –100°C stabil bleibt. Das Silizium im Stahl verhindert weiterhin die Karbidbildung, wodurch Kohlenstoff zur Stabilisierung des Restaustenits zur Verfügung steht. Der Restaustenit verleiht dem Kraftfahrzeugbauteil, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, auch in den Bereichen erster Art eine höhere Bruchdehnung, als es bei klassischen borlegierten, rein martensitischen Warmformstählen, beispielsweise 22 MnB5, der Fall ist.
• Weiterhin bevorzugt wird der zweite Bereich nach dem Erwärmen auf über Austenitisierungstemperatur und kurz vor oder während dem Verbringen in den Ofen zum Halten der zwei voneinander verschiedenen Temperaturen aktiv abgekühlt, insbesondere mit einer Abkühlgeschwindigkeit, die zwischen 100 Kelvin pro Sekunde und 10 Kelvin pro Sekunde liegt. Der zweite Bereich wird derart abgekühlt, dass die Temperatur der Platine in dem zweiten Bereich zwischen 300 und 450°C liegt. Die Abkühlgeschwindigkeit zwischen 100 Kelvin pro Sekunde und 10 Kelvin pro Sekunde ist in Abhängigkeit der einzustellenden Festigkeitswerte in dem zweiten Bereich zu wählen. So ist es beispielsweise bei einer geringeren Abkühlgeschwindigkeit, die im Bereich von 20 Kelvin pro Sekunde anzusiedeln wäre, möglich, direkt in die bainitische Phase abzukühlen. Bei einer hohen Abkühlgeschwindigkeit, die im Bereich zwischen 80 und 90 Kelvin pro Sekunde liegt, wird zunächst je nach Abkühltemperatur auf den Bereich knapp unterhalb der Martensitstarttemperatur abgekühlt, also der Temperatur, bei der das Austenit beginnt, in den martensitischen Zustand überzugehen, und durch das anschließende Halten der Temperatur in dem Ofen wird in den bainitischen Gefügezustand übergegangen. Hierüber ist es möglich, auch ein bainitisches martensitisches Mischgefüge einzustellen.
• Insgesamt wird durch das Halten des zweiten Bereiches auf einer Temperatur zwischen 300 und 450°C und das anschließende Warmumformen und Presshärten in dem zweiten Bereich ein bainitisches Gefüge eingestellt, dass im unteren bainitischen Bereich eines Zeittemperaturumwandlungsdiagramms angesiedelt ist. Gleichzeitig wird in dem ersten Bereich aufgrund des Haltens auf im Wesentlichen Austentitisierungstemperatur ein im Wesentlichen martensitisches Gefüge eingestellt.
• Bevorzugt wird die Platine in dem Ofen für eine Zeit zwischen 5 und 400 Sekunden auf den zwei voneinander verschiedenen Temperaturbereichen gehalten. Die Haltezeit richtet sich maßgeblich nach den in dem zweiten Bereich einzustellenden Festigkeits- bzw. Duktilitätswerten, da aufgrund der Haltezeit, insbesondere in Verbindung mit der Haltetemperatur des zweiten Bereiches, die Einstellung des bainitischen Gefüges oder aber eines martensitischen bainitischen Mischgefüges erreicht wird. Durch die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrensschritte sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Legierung ist es möglich, in dem ersten Bereich eine Zugfestigkeit zwischen 1200 und 1700 MPa, vorzugsweise zwischen 1300 und 1600 MPa und bevorzugt zwischen 1450 und 1550 MPa einzustellen, bei einer Bruchdehnung A5 größer 13%. Die Bruchdehnung ist im Rahmen der Erfindung zu limitieren bei einer Obergrenze von ca. 40%, bevorzugt 30% und ganz besonders bevorzugt 20%, insbesondere für den ersten, aber auch für den zweiten Bereich.
• In dem zweiten Bereich wird eine Zugfestigkeit zwischen 900 und 1300 MPa, bevorzugt zwischen 950 und 1050 MPa eingestellt bei einer Bruchdehnung ab A5 von mehr als 16%, insbesondere von mehr als 17%. Beispielsweise wird bei einer Ofentemperatur in der zweiten Zone von ca. 350°C eine Zugfestigkeit im zweiten Bereich von 1000 MPa, eine Streckgrenze Rp 0,2 von ca. 650 bis 700 MPa bei einer Bruchdehnung A5 von mehr als 16% eingestellt. Bei einer Ofentemperatur von 600°C ist es möglich, eine Zugfestigkeit von 800 MPa, eine Streckgrenze Rp 0,2 von ca. 600 MPa bei einer Bruchdehnung A5 größer 17% einzustellen.
• Weiterhin bevorzugt wird in dem zweiten Bereich durch die zuvor genannten Verfahrensschritte bei erfindungsgemäßer Verwendung der oben genannten Legierung eine Streckgrenze Rp 0,2 zwischen 550 und 800 MPa, insbesondere zwischen 600 und 700 MPa eingestellt.
• Durch die erfindungsgemäße Verwendung der oben genannten Legierung mit dem hohen Siliziumanteil verzundert die Oberfläche des Bauteils bei der Erwärmung geringer, als es bei herkömmlichen Warmformstählen der Fall ist. Hierdurch ist es möglich, ein warm umgeformtes, pressgehärtetes Bauteil mit einer Oberfläche zu erzeugen, die ohne vorheriges Strahlen direkt weiterbehandelt werden kann. So können beispielsweise Schweißarbeiten oder Klebearbeiten vorgenommen werden oder aber auch eine Beschichtung, Lackierung oder aber eine KTL-Beschichtung durchgeführt werden. Ebenfalls ist das hergestellte Kraftfahrzeugbauteil anlassbeständig. Somit ist es möglich, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbauteil auch noch bei Temperaturen bis zu 400 oder sogar 450°C zu verzinken, bei gleichzeitiger Erhaltung der zuvor genannten Festigkeitseigenschaften.
• Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, das Verfahren auf einem Durchlaufofen durchzuführen. Hierbei kann nur das Halten der Temperatur für eine bestimmte Zeit auf dem Durchlaufofen durchgeführt werden oder aber das gesamte Erwärmungsverfahren bis zum Verbringen der erwärmten und wärmebehandelten Platine in ein Warmumformwerkzeug. Zunächst ist es somit möglich, in einer Erwärmungsanlage, beispielsweise über Induktion, Infrarot, Heißluft oder ähnlichem, die Platine auf über Austenitsierungstemperatur zu erwärmen. Anschließend wird die Platine von der Erwärmungsanlage in den Durchlaufofen transferiert.
• In dem Durchlaufofen sind zwei voneinander verschiedene Temperaturzonen vorgesehen, so dass in einer ersten Zone ein erster Bereich der Platine auf im Wesentlichen Austenitisierungstemperatur gehalten wird und in einer zweiter Zone des Durchlaufofens der zweite Bereich der Platine auf einer Temperatur zwischen 300 und 450°C gehalten wird.
• Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, eine Gesamtdurchlaufofenanlage bereit zu stellen, wobei zu Beginn des Durchlaufofens zunächst die gesamte Platine in einem ersten Abschnitt des Durchlaufofens auf über Austenitisierungstemperatur erwärmt wird und dann in einem zweiten Abschnitt mit zwei voneinander verschiedenen Temperaturzonen gehalten wird. Im Rahmen der Erfindung ist es dann jedoch notwendig, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt aktive Kühlmittel zum Abkühlen des zweiten Bereiches der Platine von über Austenitisierungstemperatur vorgesehen sind. Bei den Kühlmitteln kann es sich beispielsweise um Luftkühlung oder aber auch eine Flüssigkeitskühlung handeln. Es können beispielsweise Luftdüsen vorgesehen sein, die eine entsprechende Abkühlung innerhalb der zuvor genannten Abkühlgeschwindigkeiten ermöglichen. Ebenfalls ist es möglich, die Abkühlung über Kühlplatten, also konduktiv, durchzuführen.
• Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, einen Durchlaufofen mit drei Temperaturzonen zu verwenden. Hier wird dann in einer ersten Zone im Wesentlichen die Austenitisierungstemperatur in dem ersten Bereich gehalten, wobei die zweite Zone in zwei Unterzonen unterteilt ist, wobei in einer ersten Unterzone eine erste Unterzonentemperatur und in einer zweiten Unterzone eine zweite Unterzonentemperatur eingestellt werden.
• Der gegenständliche Teil der erfindungsgemäßen Aufgabe wird weiterhin mit einem Kraftfahrzeugbauteil mit zwei voneinander verschiedenen Festigkeitsbereichen gelöst, das nach einem Verfahren gemäß mindestens einem der zuvor genannten Merkmale hergestellt ist und dadurch gekennzeichnet ist, dass ein erster Bereich eine Festigkeit zwischen 1400 und 1600 MPa und eine Bruchdehnung A5 größer 13% aufweist und ein zweiter Bereich eine Zugfestigkeit zwischen 950 und 1050 MPa und eine Streckgrenze Rp 0,2 zwischen 600 und 700 MPa bei einer Bruchdehnung A5 größer 16% aufweist.
• Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteil weist der erste Bereich im Wesentlichen ein martensitisches Gefüge auf, das auch noch Rest Austenitanteile enthalten kann, und der zweite Bereich weist ein im Wesentlichen bainitisches Gefüge auf, insbesondere ein bainitisches Gefüge, das durch Abschrecken aus den unteren bainitischen Bereich eines ZTU-Diagramms hergestellt ist. Das bainitische Gefüge kann auch noch Rest Martensitanteile aufweisen.
• Ein solches Kraftfahrzeugbauteil eignet sich insbesondere als Bauteil, das eine hohe Festigkeit aufweisen muss, und somit eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einer mechanischen Belastung besitzt, gleichzeitig jedoch in mindestens einem oder aber in mehreren Anbindungsbereichen, also Bereichen zweiter Art, eine Duktilität aufweist, die ein Abreißen oder Ausreißen aus einer Karosserie verhindert. Beispielsweise wird so eine Kraftfahrzeugsäule hergestellt, die in einem Anbindungsbereich für einen Dachholm und einem Anbindungsbereich für einen Schweller eine höhere Duktilität, also zweite Bereiche, aufweist, der Bereich zwischen Dachraum und Schweller jedoch ein erster Bereich ist, der eine höhere Festigkeit besitzt.
• Die zuvor genannten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar mit den damit einhergehenden Vorteilen, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
• Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der folgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
• 1 eine Wärmebehandlungsanlage mit einer Wärmestation und einem Zweizonenofen,
• 2 einen Durchlaufofen mit zwei voneinander verschiedenen Temperaturzonen,
• 3 einen Durchlaufofen mit drei voneinander verschiedenen Zonen und
• 4 ein ZTU-Diagramm zur Herstellung der zweiten Bereiche.
• In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
• 1 zeigt eine Wärmebehandlungsanlage 1 aufweisend eine Wärmestation 2, in der die Platine 3 auf über Austenitisierungstemperatur T1 erwärmt wird. Hierzu herrscht eine Austenitisierungstemperatur T1 bevorzugt zwischen 900 und 1000°C in der Wärmestation 2. Bei der Wärmestation 2 kann es sich beispielsweise um einen Pizzaofen, um eine konduktive, induktive oder aber auch eine sonstige Wärmestation 2 handeln. Im Anschluss hieran wird die Platine 3 in einen Ofen 4 transferiert, wobei der Ofen 4 zwei voneinander verschiedene Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen aufweist. Eine erste Zone 5 weist hierzu eine Temperatur T2 auf, die im Wesentlichen der Austenitisierungstemperatur T1 entspricht. In der ersten Zone 5 wird ein erster Bereich 7 der Platine 3 auf im Wesentlichen Austenitisierungstemperatur oder aber darüber gehalten. In der zweiten Zone 6 herrscht eine Temperatur T3, die im Wesentlichen bei einer Temperatur zwischen 300 und 650°C liegt und ein zweiter Bereich 8 der Platine 3 auf einer Temperatur T3 zwischen 350 und 450°C hält. Bei dem Ofen 4 kann es sich bereits um einen Durchlaufofen 4 handeln, so dass im Anschluss hieran das Bauteil in einem Warmumform- und Presshärtewerkzeug 9 transferiert wird und in diesem warm umgeformt und pressgehärtet, also abschreckgehärtet, wird.
• 2 zeigt einen Zweizonendurchlaufofen 4, wobei die Platine 3 hierzu zunächst in einem ersten Abschnitt 10 auf über Austenitisierungstemperatur T1 erwärmt wird und anschließend in Transportrichtung 11 durch den Durchlaufofen 4 befördert wird.
• In einem dem ersten Abschnitt 10 nachgelagerten zweiten Abschnitt 12 sind dann wiederum zwei voneinander verschiedene Temperaturzonen ausgebildet, wobei in einer ersten Zone 5 die Temperatur T2 herrscht und in einer zweiten Zone 6 die Temperatur T3. Zwischen den ersten und den zweiten Abschnitt (10, 12) erfolgt eine Abkühlung des zweiten Bereiches 8 der Platine 3 mit hier nicht näher dargestellten Abkühlmitteln. Im Anschluss hieran wird die so wärmebehandelte Platine 3 wiederum in ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug 9 transferiert und zu dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteil umgeformt.
• In 3 ist ein Durchlaufofen 4 mit drei verschiedenen Temperaturzonen darstellt, wobei der Durchlaufofen 4 einen ersten Abschnitt 10 aufweist, der analog dem in 2 dargestellten Durchlaufofen 4 entspricht. Auch hier wird die Platine 3 auf über Austenitisierungstemperatur T1 erhitzt und anschließend in Transportrichtung 11 in den zweiten Abschnitt 12 befördert. In dem zweiten Abschnitt 12 ist eine erste Zone 5 ausgebildet, in der eine Temperatur T2 herrscht, die im Wesentlichen der Austenitisierungstemperatur T1 entspricht.
• Die zweite Zone ist in eine erste Unterzone mit einer Temperatur T4, die im Wesentlichen zwischen 250 und 450°C liegt, und eine zweite Unterzone 14 mit einer Temperatur T5, die im Wesentlichen zwischen 400 und 600°C, bevorzugt zwischen 450 und 550°C liegt, eingeteilt. Hierbei wird wieder ein erster Bereich 7 im Wesentlichen auf über Austenitisierungstemperatur T1 gehalten, wohingegen der zweite Bereich 8 in Transportrichtung 11 zunächst durch die erste Unterzone 13 und anschließend durch die zweite Unterzone 14 eine zweistufige Wärmebehandlung erfährt. Im Anschluss an den Durchlaufofen 4 gemäß 3 wird wiederum die wärmebehandelte Platine 3 in ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug 9 transferiert und dort zu dem Kraftfahrzeugbauteil warm umgeformt und pressgehärtet.
• 4 zeigt ein ZTU-Temperaturschaubild für die im Rahmen dieser Erfindung genannte Legierungszusammensetzung, wobei auf der Ordinate die Temperatur in Grad Celsius angegeben ist und auf der Abszisse die logarithmische Zeit t in Sekunden. Das ZTU-Diagramm der 4 zeigt die Zeittemperaturumwandlung für den zweiten Bereich in einem Intervall zwischen einer ersten Kurve 15 mit geringerer Abkühlgeschwindigkeit und einer zweiten Kurve 16 mit höherer Abkühlgeschwindigkeit. Zu erkennen ist, dass der zweite Bereich, ausgehend von einer Temperatur, die im Bereich der Austenitisierungstemperatur T1 angesiedelt ist, gemäß der ersten Kurve 15 direkt in ein unteres bainitisches Gefüge 17 abgekühlt wird und im Falle der zweiten Kurve 16 zunächst knapp unterhalb die Martensitstarttemperatur MS und dann dort für einen Zeitraum gehalten wird. Im Falle der ersten Kurve 15 wird der zweite Bereich in dem unteren bainitischen Gefüge 17 ebenfalls für eine Zeit lang gehalten und bei beiden Kurven 16, 17 dann aus dem bainitischen Gefüge aus abgeschreckt. Im Falle der zweiten Kurve 16 ist es möglich, ein martensitisches bainitisches Mischgefüge einzustellen. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, für den zweiten Bereich alle zwischen der ersten Kurve 15 und zweiten Kurve 16 verlaufenden Abkühlungsgeschwindigkeiten sowie Haltezeiträume zum Einstellen eines im Wesentlichen bainitischen Gefüges, das im unteren bainitischen Gefügebereich 17 angesiedelt ist, zu wählen.
• Bezugszeichenliste

1

Wärmebehandlungsanlage

2

Wärmestation

3

Platine

4

Ofen

5

erste Zone zu 4

6

zweite Zone zu 4

7

erster Bereich zu 3

8

zweiter Bereich zu 3

9

Warmumform- und Presshärtewerkzeug

10

erster Abschnitt zu 4

11

Transportrichtung

12

zweiter Abschnitt zu 4

13

erste Unterzone

14

zweite Unterzone

15

erste Kurve

16

zweite Kurve

17

unteres bainitisches Gefüge

MS

Martensitstarttemperatur

T1

Austenitisierungstemperatur

T2

Temperatur zu 5

T3

Temperatur zu 6

T4

Temperatur zu 13

T5

Temperatur zu 14

t

Zeit

Claims (13)

1. Verfahren zum Herstellen eines Kraftfahrzeugbauteils mit zwei Bereichen (7, 8), wobei die zwei Bereiche (7, 8) voneinander verschiedene Festigkeitseigenschaften aufweisen, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen einer Platine (3) aus härtbarem Stahlblech, – Erhitzen der Platine auf mindestens 800 bis 1100°C, insbesondere 900 bis 1000°C, vorzugsweise auf Austenitisierungstemperartur +/–100°C, – Verbringen der erwärmten Platine (3) in einen Ofen (4) mit zwei Temperaturzonen, wobei eine erste Zone (5) eine Temperatur (T2) aufweist, die im Wesentlichen gleich der Austenitisierungstemperatur (T1) ist und eine zweite Zone (6) eine Temperatur (T3) aufweist, die zwischen 300 und 600°C liegt, wobei ein zweiter Bereich (8) der Platine (3) auf eine Temperatur zwischen 300 und 450°C abgekühlt wird und der zweite Bereich (8) in der zweiten Zone (6) und ein erster Bereich (7) der Platine (3) in der ersten Zone (5) angeordnet und für einen Zeitraum die Temperaturen in den Bereichen (7, 8) gehalten werden, – Anschließendes Warmumformen und Presshärten der Platine (3) zu dem Kraftfahrzeugbauteil.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das härtbare Stahlblech eine Legierung mit folgenden Legierungsbestandteilen, ausgedrückt in Gewichtsprozent, verwendet wird: – Kohlenstoff (C) 0,14–0,3% – Mangan (Mn) 0,8–2,5% – Silizium (Si) 1,5–2,5% – Chrom (Cr) max. 0,4% – Aluminium (Al) max. 0,1% – Nickel (Ni) max. 0,3% – Bor (B) 0,0008–0,005% – Titan (Ti) 0,005–0,1% – Niob (Nb) max. 0,1% Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (8) von der Austenitisierungstemperatur (T1) mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 100 K/s und 10 K/s auf eine Temperatur zwischen 300 und 450°C abgekühlt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Halten des zweiten Bereiches (8) auf einer Temperatur zwischen 300 und 450°C in den Ofen (4) und das anschließende Warmumformen und Presshärten ein bainitisches Gefüge, insbesondere ein unteres bainitisches Gefüge (17) eingestellt wird, wobei in dem ersten Bereich (7) ein im Wesentlichen martensitisches Gefüge eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (3) in dem Ofen (4) für eine Zeit (t) zwischen 5 und 400 Sekunden auf zwei voneinander verschiedenen Temperaturbereichen (7, 8) gehalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Bereich (7) eine Zugfestigkeit zwischen 1200 und 1700 MPa, vorzugsweise zwischen 1300 und 1600 MPa und bevorzugt zwischen 1450 und 1550 MPa eingestellt wird und eine Bruchdehnung A5 größer 13%.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Bereich (8) eine Zugfestigkeit zwischen 900 und 1300 MPa, bevorzugt zwischen 950 und 1050 MPa eingestellt wird, und eine Bruchdehnung A5 von über 16%, insbesondere über 17% eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Bereich (8) eine Streckgrenze Rp 0,2 zwischen 550 und 800 MPa, insbesondere zwischen 600 und 700 MPa eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen auf über Austenitisierungstemperatur (T1) und das Halten der Temperaturbereiche in einer Durchlaufofenanlage (4) durchgeführt wird oder in einer Wärmestation (2) mit nachgelagertem Ofen (4).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Ofen (4) ein Durchlaufofen (4) mit zwei voneinander verschiedenen Temperaturzonen verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Ofen (4) ein Durchlaufofen (4) mit 3 Temperaturzonen verwendet wird.
12. Kraftfahrzeugbauteil mit zwei voneinander verschiedenen Festigkeitsbereichen (7, 8), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bereich (7) eine Festigkeit zwischen 1400 und 1600 MPa und eine Bruchdehnung A5 größer 13% aufweist und ein zweiter Bereich (8) eine Zugfestigkeit zwischen 950 und 1050 MPa und eine Streckgrenze Rp 0,2 zwischen 600 und 700 MPa bei einer Bruchdehnung A5 größer 16% aufweist.
13. Kraftfahrzeugbauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (7) ein martensitisches Gefüge aufweist und der zweite Bereich (8) ein bainitisches Gefüge, insbesondere ein unteres bainitisches Gefüge (17).

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