DE102011078075A1

DE102011078075A1 - Durch Warmbehandlungsnachbearbeitung passendgemachte Eigenschaften

Info

Publication number: DE102011078075A1
Application number: DE102011078075A
Authority: DE
Inventors: Jaswinder Singh; Nicholas D. Adam; Pascal P. Charest; Alexander Zak
Original assignee: Magna International Inc
Current assignee: Magna International Inc
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2012-03-29
Also published as: US20110315281A1; CA2744233A1

Abstract

Ein Verfahren zum Bilden eines Erzeugnisses aus einem Ausgangsrohling umfasst ein Vornehmen eines Warmbehandlungs- und Presshärtungsvorganges an dem Ausgangsrohling zur Bildung des Erzeugnisses mit im Wesentlichen einer gleichmäßigen ersten Zugfestigkeit. Anschließend wird an dem Erzeugnis eine Warmbehandlungsnachbearbeitung vorgenommen, bei der ein erster Bereich des Erzeugnisses selektiv auf über eine bekannte Temperatur unter Verwendung eines von einem Konduktionserwärmen, einem Widerstandserwärmen und einem Induktionserwärmen erwärmt wird. Der erste Bereich wird anschließend derart abgekühlt, dass der erste Bereich eine zweite Zugfestigkeit erhält, die im Wesentlichen kleiner als die erste Zugfestigkeit ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein metallische Erzeugnisse mit passendgemachten Eigenschaften und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von Bereichen verringerter Härte und verringerter Festigkeit bei Erzeugnissen mittels einer Warmbehandlungsnachbearbeitung.
Hintergrund der Erfindung
Auf dem Gebiet des Fahrzeugbaus wird eine zunehmende Anzahl von Fahrzeugteilen, die aus hochfestem und ultrahochfestem Stahl bestehen, eingesetzt, um den Anforderungen der Leichtbauweise zu genügen. Dies gilt auch für den Fahrzeugchassisbau, wo zu dem Zweck, Gewichtsvorgaben und Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, beispielsweise Struktur- und/oder Sicherheitselemente wie Türaufpralleisten, A- und B-Säulen, Stoßdämpfer, Seitenschienen und Querschienen, vermehrt aus UHSS (Ultra High Strength Steel UHSS, ultrahochfester Stahl), thermogeformtem und pressgehärtetem Stahl mit Zugfestigkeiten von mehr als 1000 MPa hergestellt werden.
Bei verschiedenen Anwendungen im Motorfahrzeugbau müssen geformte Teile in bestimmten Bereichen eine hohe Festigkeit aufweisen, während sie in anderen Bereichen relativ hierzu eine höhere Duktilität bzw. Verformbarkeit aufweisen müssen. Das „Passendmachen” der Eigenschaften der geformten Teile vereinfacht auf diese Weise nachfolgende Formungsvorgänge, so beispielsweise ein Zuschneiden oder Perforieren des Teiles, und führt zu Bereichen, die Aufprallenergie mittels Knautschung in Verformung umwandeln können.
Es ist bekannt, ein Teil unter Verwendung von Wärmebehandlungen derart zu behandeln, dass örtliche Bereiche eine höhere Zugfestigkeit oder eine höhere Duktilität bzw. Verformbarkeit aufweisen. Lundström offenbart eine derartige Vorgehensweise in dem US-Patent mit der Nummer 5,916,389 , in dem eine Platte aus härtbarem Stahl auf eine Austenitisierungstemperatur erwärmt und anschließend zwischen gekühlten Pressformhälften gepresst wird, um ein geformtes Teil mit gewünschtem Profil zu bilden. Abschnitte der Pressformhälften, die benachbart zu Abschnitten des Teiles sind, die eine höhere Duktilität bzw. Verformbarkeit in dem fertigen Erzeugnis aufweisen sollen, sind dafür ausgelegt, eine schnelle Abkühlung zu verhindern, damit eine Härtung innerhalb dieser Abschnitte nicht im selben Ausmaß auftritt, wie dies in anderen Abschnitten des fertigen Erzeugnisses der Fall ist. Nachteiligerweise müssen die Pressformhälften für jedes Teil eigens angefertigt werden, was aufwändig und kostenintensiv ist. Zusätzlich ist spezieller Aufwand dafür von Nöten, das Ausmaß der Bildung von Übergangsbereichen zwischen den verschiedenen Abschnitten zu minimieren, da diese Übergangsbereiche üblicherweise Eigenschaften aufweisen, die weniger wohldefiniert als die Eigenschaften des restlichen fertigen Erzeugnisses sind.
Bei einer anderen Vorgehensweise wird ein geformtes Erzeugnis mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Härte unter Verwendung herkömmlicher Warmbehandlungs- und Presshärtungstechniken, gefolgt von einer separaten zusätzlichen Warmbehandlungsbearbeitung des Erzeugnisses hergestellt, um darin Bereiche mit niedrigerer Zugfestigkeit auszubilden. So offenbart beispielsweise Patberg in der Veröffentlichung der US-Patentanmeldung mit der Nummer 2010/0086803 ein Verfahren zum Bilden von milden Zonen entlang einer Biegekante einer warmbehandelten und pressgehärteten Komponente. insbesondere wird ein Laserstrahl zum Erwärmen eines schmalen Bereiches der Komponente entlang der Biegekante verwendet. Zusätzlich schlägt Patberg vor, dass Wärme, die durch Schweißen erzeugt wird, zur Bildung von milden Zonen benachbart zu einer Schweißnaht führen kann. Nachteiligerweise steigert die Verwendung der hochgradig spezialisierten Laserausrüstung Kosten und Komplexität bei der Herstellung der Komponente. Darüber hinaus ist diese Vorgehensweise für eine Chargenbearbeitung oder für Anwendungen, bei denen die Bildung von beträchtlichen Bereichen mit verringerter Zugfestigkeit innerhalb der Komponente erforderlich ist, weniger gut geeignet.
Erwünscht ist daher, ein Verfahren bereitzustellen, das wenigstens einige der vorstehend aufgeführten Beschränkungen aus dem Stand der Technik überwindet.
Zusammenfassung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
Entsprechend wenigstens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines Erzeugnisses aus einem Ausgangsrohling bereitgestellt, bei dem an dem Ausgangsrohling zunächst ein Warmbehandlungs- und Presshärtungsvorgang vorgenommen wird, um so das Erzeugnis mit im Wesentlichen einer gleichmäßigen ersten Zugfestigkeit zu bilden. insbesondere wird der Ausgangsrohling auf eine Temperatur über einer Übergangstemperatur Ac3 erwärmt, die als diejenige Temperatur definiert ist, bei der der Übergang von Ferrit nach Austenit beim Erwärmen beendet wird. Als spezifisches und nichtbegrenzendes Beispiel sei aufgeführt, dass der Ausgangsrohling auf annähernd 950°C erwärmt wird. Der erwärmte Ausgangsrohling wird in eine gekühlte Presse eingeführt, die ein Paar von Pressformhälften aufweist, die sowohl zum Warmbehandeln wie auch zum Härten des Erzeugnisses verwendet werden. Die Presse wird anschließend geschlossen, wodurch der Ausgangsrohling derart verformt wird, dass er Konturen entspricht, die entlang zueinanderweisender Oberflächen der Pressformhälften definiert sind. Das Verformen und das gleichzeitige schnelle Abkühlen des Ausgangsrohlings innerhalb der Presshälften erzeugen das Erzeugnis, bei dem die Austenitstruktur in eine Martensitstruktur übergegangen ist. Die Zugfestigkeit und die Härte des Erzeugnisses sind durchweg im Wesentlichen gleichmäßig. Gegebenenfalls werden die Pressformhälften nicht gekühlt, vorausgesetzt dass eine geeignet schnelle Abkühlrate des Erzeugnisses immer noch erreicht werden kann, um die Martensitstruktur zu bilden.
Im Wesentlichen wird in einem zweiten thermischen Behandlungsschritt ein erster Bereich des Erzeugnisses selektiv auf eine bekannte Temperatur erwärmt, die niedriger als die Übergangstemperatur Ac3 ist. Als spezifisches und nichtbeschränkendes Beispiel sei angeführt, dass der erste Bereich des Erzeugnisses auf eine Temperatur zwischen annähernd 370°C und 800°C erwärmt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der erste Bereich des Erzeugnisses auf eine Temperatur innerhalb des Bereiches von Temperaturen zwischen etwa 400°C und 700°C erwärmt. Als spezifische und nichtbeschränkende Beispiele sei angeführt, dass der erste Bereich des Erzeugnisses unter Verwendung eines Konduktionserwärmens, eines Widerstandserwärmens und eines Induktionserwärmens erwärmt wird. Die erste Bereich wird anschließend derart abgekühlt, dass der erste Bereich eine zweite Zugfestigkeit erhält, die im Wesentlichen kleiner als die erste Zugfestigkeit ist. Die zweite thermische Behandlung bei einer Temperatur zwischen annähernd 370°C und 800°C führt zu einer getemperten Martensitverbindung innerhalb des ersten Bereiches.
Gegebenenfalls kann das Konduktionserwärmen unter Verwendung von Erwärmungsplatten, so beispielsweise einer erwärmten Pressform, oder unter Verwendung eines erwärmten Fluids und eines geeigneten Kontaktmediums, so beispielsweise warmer komprimierter Luft und entweder Sand oder Keramik oder Salz oder dergleichen durchgeführt werden. Gegebenenfalls wird das Induktionserwärmen unter Verwendung einer oder mehrerer Induktionsspulen durchgeführt; alternativ wird das Induktionserwärmen unter Verwendung von Induktionsplatten durchgeführt.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der erste Bereich des Erzeugnisses im Anschluss an den zweiten thermischen Behandlungsschritt gasgekühlt. Gegebenenfalls wird der erste Bereich des Erzeugnisses unter Verwendung einer anderen geeigneten Abkühltechnik abgekühlt, so beispielsweise durch eines von Gas-Blasting, Abkühlen im Fluidbett, Pressformabkühlen, Wasser/Nebel-Abkühlen und Abkühlen unter Verwendung von Kühlgebläsen oder Strahlen.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel werden andere Bereiche des Erzeugnisses abgekühlt oder wenigstens vor einer Erwärmung auf die bekannte Temperatur als Ergebnis eines von einem Konduktionserwärmen, Widerstandserwärmen und Induktionserwärmen isoliert. So wird das Erzeugnis beispielsweise unter Verwendung eines gekühlten Kragens ergriffen, der einen zweiten Bereich des Erzeugnisses, der benachbart zu dem ersten Bereich ist, umgibt. Alternativ wird der zweite Bereich des Erzeugnisses vor einer Erwärmung unter Verwendung eines Vorhangs aus gekühltem Gas, so beispielsweise Luft, oder durch Sprühen oder Einnebeln des zweiten Bereiches mit einer geeigneten Kühlflüssigkeit, so beispielsweise Wasser, geschützt.
Eine Zwischenbearbeitung, so beispielsweise ein Formen und/oder Schneiden und/oder Perforieren und dergleichen mehr, wird gegebenenfalls im Anschluss an die Warmbehandlungs- und Presshärtungsschritte, jedoch vor der Warmbehandlungsnachbearbeitung durchgeführt. Gegebenenfalls wird ein Formen und/oder Schneiden und/oder Perforieren oder dergleichen im Anschluss an die Warmbehandlungsnachbearbeitung durchgeführt.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Warmbehandlungs- und Presshärtungsschritte weggelassen. Als ein spezifisches und nichtbeschränkendes Beispiel sei angeführt, dass das Erzeugnis aus einer Rolle eines ultrahochfesten Stahles walzgeformt wird, woraufhin an ihm eine nach dem Formen erfolgende thermische Behandlung durch eines von einem Konduktionserwärmen, einem Widerstandserwärmen und einem Induktionserwärmen, wie vorstehend beschrieben worden ist, vorgenommen wird. Insbesondere können Erzeugnisse mit einer Geometrie gebildet werden, die nicht übermäßig komplex ist, wie es die Verwendung von Warmbehandlungs- und Presshärtungstechniken erfordert.
Gegebenenfalls ist der Ausgangsrohling entweder aus einem beschichteten Material oder einem unbeschichteten Material gebildet.
Entsprechend einem Aspekt eines Ausführungsbeispieles der Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines Erzeugnisses aus einem Ausgangsrohling bereitgestellt, umfassend: Vornehmen eines Warmbehandlungs- und Presshärtungsvorganges an dem Ausgangsrohling zur Bildung des Erzeugnisses mit im Wesentlichen einer gleichmäßigen ersten Zugfestigkeit; und anschließendes Vornehmen einer Warmbehandlungsnachbearbeitung an dem Erzeugnis, die umfasst: ein selektives Erwärmen eines ersten Bereiches des Erzeugnisses auf über eine bekannte Temperatur, während gleichzeitig ein zweiter Bereich des Erzeugnisses, der benachbart zu dem ersten Bereich ist, unter der bekannten Temperatur gehalten wird, und sodann ein Abkühlen des ersten Bereiches derart, dass der erste Bereich eine zweite Zugfestigkeit erhält, die im Wesentlichen geringer als die erste Zugfestigkeit ist.
Entsprechend einem Aspekt eines Ausführungsbeispieles der Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines Erzeugnisses aus einem Ausgangsrohling bereitgestellt, umfassend: Erwärmen des Ausgangsrohlings auf eine Austenitisierungstemperatur; Warmformen des Ausgangsrohlings in einem gekühlten Paar von Pressformen zur Bildung des Erzeugnisses; Kühlen des Erzeugnisses während einer ersten Zeitspanne unter Verwendung einer Abkühlrate, die ausreichend schnell ist, um die Bildung einer martensitischen Struktur innerhalb im Wesentlichen des gesamten Erzeugnisses zu unterstützen; Vornehmen einer Warmbehandlungsnachbearbeitung an einem ersten Abschnitt des Erzeugnisses, die umfasst: ein selektives Erwärmen des ersten Abschnittes des Erzeugnisses auf eine bekannte Temperatur, die niedriger als die Austenitisierungstemperatur ist, während gleichzeitig ein zweiter Abschnitt des Erzeugnisses, der benachbart zu dem ersten Abschnitt ist, unter der bekannten Temperatur gehalten wird; und Abkühlen des Erzeugnisses derart, dass getempertes Martensit innerhalb des ersten Abschnittes des Erzeugnisses gebildet wird, während gleichzeitig der zweite Abschnitt des Erzeugnisses im Wesentlichen frei von getempertem Martensit bleibt.
Entsprechend einem Aspekt eines Ausführungsbeispieles der Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines Erzeugnisses aus einem Ausgangsrohling bereitgestellt, umfassend: Bereitstellen des Ausgangsrohlings; Erwärmen des Ausgangsrohlings in den Austenitzustand; Warmprägen des Ausgangsrohlings in einem gekühlten Paar von Pressformen zur Bildung des Erzeugnisses; Härten im Wesentlichen des gesamten Erzeugnisses, während dieses weiterhin innerhalb des Paares von Pressformen ist, durch Abkühlen des Erzeugnisses unter Verwendung einer Abkühlrate, die ausreichend schnell ist, um eine martensitische Struktur zu bilden; unter Verwendung eines Konduktionserwärmens erfolgendes Erwärmen eines ersten Abschnittes des Erzeugnisses auf wenigstens eine vorbestimmte erste Temperatur, während gleichzeitig ein zweiter Abschnitt des Erzeugnisses unter einer vorbestimmten zweiten Temperatur, die niedriger als die erste Temperatur ist, gehalten wird; und Abkühlen des Erzeugnisses derart, dass getempertes Martensit innerhalb des ersten Abschnittes des Erzeugnisses gebildet wird, während gleichzeitig der zweite Abschnitt des Erzeugnisses im Wesentlichen frei von getempertem Martensit bleibt, wobei im Anschluss an das Abkühlen eine Zugfestigkeit des ersten Abschnittes des Erzeugnisses kleiner als eine Zugfestigkeit des zweiten Abschnittes des Erzeugnisses ist.
Entsprechend einem Aspekt eines Ausführungsbeispieles der Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines Erzeugnisses aus einem Ausgangsrohling bereitgestellt, umfassend: Bereitstellen des Ausgangsrohlings; Erwärmen des Ausgangsrohlings in den Austenitzustand; Warmformen des Ausgangsrohlings in einem gekühlten Paar von Pressformen zur Bildung des Erzeugnisses; Härten im Wesentlichen des gesamten Erzeugnisses, während dieses weiterhin innerhalb des Paares von Pressformen ist, durch Abkühlen des Erzeugnisses unter Verwendung einer Abkühlrate, die ausreichend schnell ist, um eine martensitische Struktur zu bilden; unter Verwendung eines Widerstandserwärmens erfolgendes Erwärmen eines ersten Abschnittes des Erzeugnisses auf wenigstens eine vorbestimmte erste Temperatur, während gleichzeitig ein zweiter Abschnitt des Erzeugnisses unter einer vorbestimmten zweiten Temperatur, die niedriger als die erste Temperatur ist, gehalten wird; und Abkühlen des Erzeugnisses derart, dass getempertes Martensit innerhalb des ersten Abschnittes des Erzeugnisses gebildet wird, während gleichzeitig der zweite Abschnitt des Erzeugnisses im Wesentlichen frei von getempertem Martensit bleibt, wobei im Anschluss an das Abkühlen eine Zugfestigkeit des ersten Abschnittes des Erzeugnisses kleiner als eine Zugfestigkeit des zweiten Abschnittes des Erzeugnisses ist.
Entsprechend einem Aspekt eines Ausführungsbeispieles der Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines Erzeugnisses aus einem Ausgangsrohling bereitgestellt, umfassend: Bereitstellen des Ausgangsrohlings; Erwärmen des Ausgangsrohlings in den Austenitzustand; Warmprägen des Ausgangsrohlings in einem gekühlten Paar von Pressformen zur Bildung des Erzeugnisses; Härten im Wesentlichen des gesamten Erzeugnisses, während dieses weiterhin innerhalb des Paares von Pressformen ist, durch Abkühlen des Erzeugnisses unter Verwendung einer Abkühlrate, die ausreichend schnell ist, um eine martensitische Struktur zu bilden; unter Verwendung eines Induktionserwärmens erfolgendes Erwärmen eines ersten Abschnittes des Erzeugnisses auf wenigstens eine vorbestimmte erste Temperatur, während gleichzeitig ein zweiter Abschnitt des Erzeugnisses unter einer vorbestimmten zweiten Temperatur, die niedriger als die erste Temperatur ist, gehalten wird; und Abkühlen des Erzeugnisses derart, dass getempertes Martensit innerhalb des ersten Abschnittes des Erzeugnisses gebildet wird, während gleichzeitig der zweite Abschnitt des Erzeugnisses im Wesentlichen frei von getempertem Martensit bleibt, wobei im Anschluss an das Abkühlen eine Zugfestigkeit des ersten Abschnittes des Erzeugnisses kleiner als eine Zugfestigkeit des zweiten Abschnittes des Erzeugnisses ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit der nachfolgenden Zeichnung beschrieben, die sich wie folgt zusammensetzt.
1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Thermoformungsstraße für eine Stahlkomponente, die eine Warmbehandlungsnachbearbeitung beinhaltet, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht zur Darstellung einer B-Säule mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Zugfestigkeit, die durch eine herkömmliche Warmbehandlungsbearbeitung gebildet worden ist
3 ist eine Draufsicht zur Darstellung der B-Säule von 2, wobei an einem ersten Bereich hiervon eine Warmbehandlungsnachbearbeitung vorgenommen wird, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Draufsicht zur Darstellung der B-Säule von 2 mit im Wesentlichen zwei Bereichen verschiedener Zugfestigkeit infolge einer Warmbehandlungsnachbearbeitung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5a ist eine vereinfachte Seitenansicht eines Systems zur Warmbehandlungsnachbearbeitung durch Konduktionserwärmen unter Verwendung von Erwärmungsplatten entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5b ist ein vereinfachtes Diagramm zur Darstellung eines ersten Bereiches eines Erzeugnisses, das zwischen dem Paar von Konduktionserwärmungsplatten von 5a angeordnet ist.
6a ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Erzeugnisses, an dem ein Konduktionserwärmen unter Verwendung eines erwärmten Fluides und eines geeigneten Kontaktmediums vorgenommen wird, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6b ist eine teilweise freigeschnittene Ansicht zur Darstellung des Erzeugnisses, an dem ein Konduktionserwärmen durch das erwärmte Fluid und das geeignete Kontaktmedium von 6a vorgenommen wird.
7 ist ein vereinfachtes Diagramm zur Darstellung eines ersten Bereiches eines Erzeugnisses, an dem ein Widerstandserwärmen vorgenommen wird, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8a ist ein vereinfachtes Diagramm zur Darstellung eines Erzeugnisses, an dem ein Induktionserwärmen unter Verwendung von Spulen vorgenommen wird, die entlang entgegengesetzter bzw. gegenüberliegender Seiten eines ersten Bereiches des Erzeugnisses angeordnet sind, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8b ist ein vereinfachtes Diagramm zur Darstellung eines Erzeugnisses, an dem ein Induktionserwärmen unter Verwendung einer Spule vorgenommen wird, die einen ersten Bereich des Erzeugnisses umschließt, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9a ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht zur Darstellung eines ersten Bereiches eines Erzeugnisses, an dem ein Induktionserwärmen unter Verwendung von Induktionsplatten vorgenommen wird, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9b ist eine vereinfachte Seitenansicht zur Darstellung des Erzeugnisses von 9a, an dem ein Induktionserwärmen unter Verwendung von Induktionsplatten vorgenommen wird, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines weiteren Verfahrens entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines weiteren Verfahrens entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Detailbeschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
Die nachfolgende Beschreibung wird präsentiert, um einen Durchschnittsfachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung umzusetzen und zu verwenden, und ist im Kontext einer bestimmten Anwendung und von deren Anforderungen vorgesehen. Verschiedene Abwandlungen an den offenbarten Ausführungsbeispielen erschließen sich einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet unmittelbar, wobei die darin definierten allgemeinen Prinzipien auch auf andere Ausführungsbeispiele und Anwendungen angewandt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Damit soll die vorliegende Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern den weitest möglichen Umfang, der zu den hier offenbarten Prinzipien und Merkmalen konsistent ist, abdecken.
In 1 ist ein schematisches Diagramm einer Thermoformungsstraße für eine Stahlkomponente entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Als spezifisches und nichtbeschränkendes Beispiel sei aufgeführt, dass die Komponente, die in 1 hergestellt wird, eine B-Säule für ein Kraftfahrzeug ist. Selbstredend können auch andere Typen von Komponenten auf ähnliche Weise hergestellt werden, weshalb das spezifische Beispiel einer B-Säule lediglich zu illustrativen Zwecken und zur Erleichterung eines tieferen Verständnisses der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung angegeben ist.
Es wird ein Ausgangsrohling 100 bereitgestellt. Der Ausgangsrohling 100 wird beispielsweise aus einer Platte härtbaren Stahles, so beispielsweise aus Usibor^® 1500P, Usibor^® 1500, einem anderen geeigneten Borstahl oder einem beliebigen geeigneten warmprägepressgehärteten Material hergestellt. Gegebenenfalls ist der Ausgangsrohling 100 für die Herstellung einer B-Säule spezifisch vorgeformt, so beispielsweise durch einen zusätzlichen Schneideschritt oder einen zusätzlichen Kaltformungsschritt (in 1 nicht gezeigt). Der gesamte Ausgangsrohling 100 wird sodann in einem Ofen 102 auf eine Temperatur über der Ac3-Temperatur erwärmt. Als spezifisches und nichtbeschränkendes Beispiel sei angeführt, dass der Ofen 102 ein Walzofen oder ein Ofen vom Chargentyp (batch style oven) ist. Sobald der Ausgangsrohling 100 im Austenitzustand ist, wird er schnell zu einem Pressformensatz verbracht, der allgemein mit 104 bezeichnet ist, wobei der Pressformensatz 104 eine obere Pressformhälfte 106 und eine untere Pressformhälfte 108 aufweist. Der Pressformensatz 104 wird gegebenenfalls abgekühlt, um sicherzustellen, dass eine ausreichend schnelle Abkühlrate des Ausgangsrohlings 100 erreicht wird, damit Martensit gebildet wird. Als spezifisches und nichtbeschränkendes Beispiel sei angeführt, dass Kanäle durch die obere Pressformhälfte 106 und durch die untere Pressformhälfte 108 festgelegt sein können, durch die ein Kühlfluid, so beispielsweise Wasser, Öl, eine Salzlösung und dergleichen mehr, durch die beiden Pressformhälften fließen kann, um eine schnelle Abkühlrate des aus dem Ausgangsrohling 100 gebildeten Erzeugnisses zu erreichen. Eine typische Abkühlrate liegt beispielsweise in dem Bereich von etwa 30°C/sec bis etwa 100°C/sec. Das Erzeugnis wird während des Abkühlens innerhalb des Pressformensatzes gehalten, um so die gewünschte Form des Erzeugnisses zu erhalten, während es abgekühlt und gehärtet wird. Nach der Herausnehme aus dem Pressformensatz 104 wird das Erzeugnis (mit 110 bezeichnet) weiter etwa auf Raumtemperatur oder wenigstens auf eine Temperatur zwischen etwa 20°C und etwa 250°C abgekühlt. In diesem Zustand weist das Erzeugnis 110 im Wesentlichen eine gleichmäßige Martensitstruktur auf.
Nachdem das Erzeugnis 110 auf die gewünschte Temperatur abgekühlt worden ist, nimmt man an ihm eine Wärmebehandlungsnachbearbeitung 112 vor. Die Wärmebehandlungsnachbearbeitung 112 beinhaltet ein Erwärmen eines ersten Bereiches 120 des Erzeugnisses 110, das eine verringerte Zugfestigkeit im fertigen Erzeugnis aufweisen soll (das heißt eine „weiche Zone”), auf eine bekannte Temperatur. Die bekannte Temperatur ist in einem Bereich zwischen etwa 370°C und etwa 800°C und insbesondere zwischen etwa 400°C und etwa 700°C.
Wie in 1 gezeigt ist, wird der erste Bereich 120 des Erzeugnisses 110 unter Verwendung eines von einem Konduktionserwärmen, Widerstandserwärmen und Induktionserwärmen erwärmt. Das Erwärmen mittels Konduktionserwärmen wird detaillierter anhand 5a, 5b, 6a und 6b beschrieben, das Erwärmen mittels Widerstandserwärmen wird detaillierter anhand 7 beschrieben, und das Erwärmen mittels Induktionserwärmen wird detaillierter anhand 8a, 8b, 9a und 9b beschrieben. Der erste Bereich 120 wird auf die bekannte Temperatur zwischen etwa 370°C und etwa 800°C und insbesondere zwischen etwa 400°C und etwa 700°C erwärmt. Gegebenenfalls wird ein zweiter Bereich 122 benachbart zu dem ersten Bereich 120 abgekühlt und/oder isoliert, um so ein merkliches Erwärmen des zweiten Bereiches 122 während der Wärmebehandlungsnachbearbeitung zu verhindern. Der zweite Bereich 122, der eine hohe Zugfestigkeit im fertigen Erzeugnis aufweisen soll, wird von Erwärmung beispielsweise durch Verwendung eines Vorhanges aus gekühltem Gas (so beispielsweise aus gekühlter Luft) oder durch Sprühen oder Einnebeln mit einer Kühlflüssigkeit (so beispielsweise Wasser) geschützt.
Am Ende der Warmbehandlungsnachbearbeitung wird der erste Bereich 120 des Erzeugnisses 110 auf Raumtemperatur gekühlt. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der erste Bereich 120 gasgekühlt. Gegebenenfalls wird ein Haltegestell verwendet, um die Abmessungen des Erzeugnisses 110 während des Abkühlprozesses zu erhalten. Gegebenenfalls wird der erste Bereich 120 des Weiteren unter Verwendung einer anderen geeigneten Abkühltechnik abgekühlt, so beispielsweise einer von Gas-Blasting, Abkühlen im Fluidbett, Pressformabkühlen, Wasser/Nebel-Abkühlen und Abkühlen unter Verwendung von Kühlgebläsen oder Strahlen und dergleichen mehr. Gegebenenfalls wird ein zusätzliches nicht dargestelltes Nachbearbeiten im Anschluss an das Abkühlen durchgeführt, so beispielsweise ein Zuschneiden oder Perforieren oder dergleichen mehr.
Gegebenenfalls wird ein zusätzliches nicht dargestelltes Nachbearbeiten im Anschluss an die Warmbehandlungs- und Presshärtungsschritte, jedoch vor der Warmbehandlungsnachbearbeitung durchgeführt.
Die Warmbehandlungsnachbearbeitung führt zur Bildung von getempertem Martensit innerhalb des ersten Bereiches 120 des Erzeugnisses 110 aufgrund des Metalls innerhalb desjenigen Bereiches, der auf zwischen etwa 370°C und etwa 800°C wiedererwärmt und sodann abgekühlt wird. Demgegenüber wird der zweite Bereich 122 des Erzeugnisses 110 nicht auf diese Weise wiedererwärmt und abgekühlt, sodass getempertes Martensit innerhalb des zweiten Bereiches 122 nicht gebildet wird. Anstatt dessen wird die ursprüngliche Martensitstruktur, die während des Warmbehandlungs- und Presshärtungsvorganges gebildet wurde, innerhalb des zweiten Bereiches 122 im fertigen Erzeugnis beibehalten. Selbstredend ist eine Übergangszone (nicht dargestellt) einer endlichen Breite entlang der „Grenze” 124 zwischen dem ersten Bereich 120 und dem zweiten Bereich 122 vorhanden. Die Zugfestigkeit des Erzeugnisses 110 innerhalb der Übergangszone liegt zwischen der Zugfestigkeit innerhalb des ersten Bereiches 120 und der Zugfestigkeit innerhalb des zweiten Bereiches 122.
Gegebenenfalls werden zusätzliche Zyklen des Erwärmens des Erzeugnisses 110, gefolgt von einem Abkühlen des Erzeugnisses 110 durchgeführt, um zusätzliche „weiche Zonen” innerhalb verschiedener Bereiche des Erzeugnisses 110 zu bilden. Alternativ werden zwei oder mehr nicht aneinander anschließende Bereiche des Erzeugnisses 110 gleichzeitig erwärmt, damit zwei oder mehr „weiche Zonen” in einem einzigen Durchlauf gebildet werden.
In 2 gezeigt ist das Erzeugnis 110, das an einem Punkt „A” der Thermoformungsstraße von 1 bereitsteht. Das Erzeugnis 110 an dem Punkt „A” weist im Wesentlichen eine gleichmäßige Martensitstruktur auf. In 3 gezeigt ist das Erzeugnis 110 entsprechend einem Punkt „B” der Thermoformungsstraße von 1. Die Struktur des Erzeugnisses 110 an dem Punkt „B” ist ebenfalls eine im Wesentlichen gleichmäßige Martensitstruktur, wobei an dem ersten Bereich 120 des Erzeugnisses 110 eine Warmbehandlungsnachbearbeitung vorgenommen wird. 4 zeigt, dass zwei Bereiche mit im Wesentlichen verschiedener Zugfestigkeit an dem Punkt „C” der Thermoformungsstraße von 1 gegeben sind, gefolgt von der Beendigung der Warmbehandlungsnachbearbeitung des Erzeugnisses 110. Insbesondere bleibt im Anschluss an die erfolgte Wiedererwärmung und anschließende Abkühlung auf Raumtemperatur der zweite Bereich 122 auf einer Seite der Grenze 124 bei der ursprünglichen Martensitstruktur, während getempertes Martensit innerhalb des ersten Bereiches 120 auf der anderen Seite der Grenze 124 gebildet worden ist. Wie vorstehend diskutiert worden ist, ist eine Übergangszone (nicht dargestellt) endlicher Breite entlang der „Grenze” 124 zwischen dem ersten Bereich 120 und dem zweiten Bereich 122 vorhanden.
Der erste Bereich 120 des Erzeugnisses 110 kann durch eines von einem Konduktionserwärmen, einem Widerstandserwärmen und einem Induktionserwärmen erwärmt werden. Jedes Erwärmungsverfahren wird nachstehend detaillierter beschrieben.
In 5a gezeigt ist eine vereinfachte Seitenansicht eines Systems 500 zur Warmbehandlungsnachbearbeitung mittels Konduktionserwärmen unter Verwendung von erwärmten Platten. Das System 500 umfasst eine Presse 502 mit einer oberen erwärmten Platte 504 und einer unteren erwärmten Platte 506. Ein Erzeugnis 508, an dem eine Warmbehandlungsnachbearbeitung vorgenommen werden soll, ist in der Presse derart positioniert, dass ein erster Bereich hiervon zwischen der oberen erwärmten Platte 504 und der unteren erwärmten Platte 506 angeordnet ist. Diese Positionierung ist besser in 5b dargestellt, die einen ersten Bereich 508a des Erzeugnisses 508 zeigt, der in stapelartiger Anordnung zwischen den oberen und unteren erwärmten Platten 504 und 506 angeordnet ist. Ein zweiter Bereich 508b, der benachbart zu dem ersten Bereich 508a ist, ist in Bezug auf die erwärmten Platten 504/506 extern positioniert.
Ein Betätiger, so beispielsweise ein hydraulischer Zylinder 510, bringt die obere erwärmte Platte in Kontakt mit dem ersten Bereich 508a des Erzeugnisses 508 oder beendet den Kontakt und übt zusätzlich einen ausreichenden Druck aus, um eine Wärmekonduktion von den oberen und unteren erwärmten Platten 504 und 506 in den ersten Bereich 508a des Erzeugnisses 508 sicherzustellen. Gegebenenfalls wird der erste Bereich 508a während einer vorbestimmten Zeitspanne getränkt bzw. eingeweicht (soaked), während er eine gewünschte Temperatur erreicht, bevor die obere erwärmte Platte 504 unter Wirkung des Betätigers 510 herausgezogen wird. Gegebenenfalls beinhaltet das System 500 des Weiteren ein nichtdargestelltes Abkühluntersystem, das ein merkliches Erwärmen des zweiten Bereiches 508b des Erzeugnisses 508 verhindert.
Die oberen und unteren erwärmten Platten 504 und 506 sind aus einem geeigneten thermisch leitfähigen Material gebildet, so beispielsweise aus Kupfer. Obwohl 5a und 5b ein Erzeugnis 508 mit einem im Wesentlichen flachen zweiten Bereich 508b zeigen, der zwischen flachen oberen und unteren erwärmten Platten 504 und 506 angeordnet ist, sollte einsichtig sein, dass die oberen und unteren erwärmten Platten 504 und 506 gegebenenfalls mit Konturen ausgebildet sind, die beliebigen Konturen des zweiten Bereiches 508b des Erzeugnisses 508 entsprechen. Mit anderen Worten, es können die oberen und unteren erwärmten Platten 504 und 506 obere und untere Pressformhälften sein, die ähnlich zu der oberen Pressformhälfte 106 beziehungsweise der unteren Pressformhälfte 108 sind, die zur Warmbehandlung und Presshärtung des Erzeugnisses 110, wie es anhand 1 beschrieben worden ist, verwendet werden.
Um ein besseres Verständnis zu ermöglichen, zeigt 5a nicht die Energieversorgung oder elektrische Verdrahtung, die sich zwischen der Energieversorgung und den oberen und unteren erwärmten Platten 504 und 506 erstreckt. Darüber hinaus sind geeignete Temperatursteuerungen und/oder Temperatursensoren aus 5a weggelassen. Selbstredend können zahlreiche Abwandlungen an dem System, das in 5a gezeigt ist, vorgenommen werden, so beispielsweise ein Ersetzen des hydraulischen Betätigers 510 durch eine andere Art von Betätiger oder ein Bewegen der unteren erwärmten Platte 506 anstatt eines Bewegens der oberen erwärmten Platte 504 oder auch zusätzlich hierzu und dergleichen mehr.
In 6a gezeigt ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Erzeugnisses 600, an dem ein Konduktionserwärmen unter Verwendung eines erwärmten Fluids und eines geeigneten Kontaktmediums 602 vorgenommen wird. Das Erzeugnis 600 ist teilweise in das erwärmte Fluid/Kontaktmedium 602 eingetaucht, das innerhalb eines Behältergefäßes es 604 befindlich ist. Das Fluid kann ein Gas sein, so beispielsweise warme komprimierte Luft, während das Kontaktmedium eine geeignete teilchenartige Substanz ist, so beispielsweise Sand, Keramik oder Salz. Als ein spezifisches und nichtbeschränkendes Beispiel sei angeführt, dass das erwärmte Fluid/Kontaktmedium 602 auf eine gewünschte Temperatur zwischen etwa 370°C und etwa 800°C und insbesondere auf den Bereich zwischen etwa 400°C und etwa 700°C eingestellt wird.
6b ist eine teilweise freigeschnittene Ansicht zur Darstellung des Erzeugnisses 600, an dem ein Konduktionserwärmen unter Verwendung des erwärmten Fluid/Kontaktmediums 602 von 6a vorgenommen worden ist. Insbesondere ist ein erster Bereich 600a des Erzeugnisses 600 in das erwärmte Fluid/Kontaktmedium 602 eingetaucht. Der erste Bereich 600a des Erzeugnisses 600 wird in dem erwärmten Fluid/Kontaktmedium 602 eingetaucht belassen, bis der erste Bereich 600a die gewünschte Temperatur in dem Bereich von zwischen etwa 370°C bis etwa 800°C erreicht, oder kann bei jener Temperatur während einer gewissen Zeitspanne getränkt bzw. eingeweicht (soaked) werden. Gegebenenfalls wird ein zweiter Bereich 600b des Erzeugnisses 600 vor Erwärmung beispielsweise durch Verwendung eines Kragenkastens, der um den zweiten Bereich 600b herum angeordnet ist, um den zweiten Bereich abzukühlen/zu isolieren, geschützt. Gegebenenfalls wird der zweite Bereich 600b vor Erwärmung durch Verwendung eines Vorhanges aus gekühltem Gas (so beispielsweise aus gekühlter Luft) oder durch Sprühen oder Einnebeln mit einer Kühlflüssigkeit (so beispielsweise Wasser) geschützt.
Das Erzeugnis 600 wird anschließend aus dem erwärmten Fluid/Kontaktmedium 602 entfernt, woraufhin das Erzeugnis 600 auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der erste Bereich 600a gasgekühlt. Gegebenenfalls wird ein Haltegestell verwendet, um die Abmessungen des Erzeugnisses 600 während des Abkühlprozesses zu erhalten. Gegebenenfalls wird der erste Bereich 600a unter Verwendung einer weiteren geeigneten Abkühltechnik abgekühlt, so beispielsweise einer von Gas-Blasting, Abkühlen im Fluidbett, Pressformabkühlen, Wasser/Neben-Abkühlen und Abkühlen unter Verwendung von Kühlgebläsen/Strahlen und dergleichen mehr.
Um ein tieferes Verständnis zu ermöglichen, zeigen 6a und 6b keinen Einlass oder Auslass des Behältergefäßes 604, die verwendet werden, wenn eine Strömung des erwärmten Fluids durch das Behältergefäß 604 bereitgestellt wird. Zusätzlich wurden geeignete Temperatursteuerungen, Temperatursensoren, Druckluftquellen und dergleichen mehr aus 6a und 6b weggelassen.
Gegebenenfalls wird die Warmbehandlungsnachbearbeitung unter Verwendung eines Konduktionserwärmens vorgenommen, bei der das Erzeugnis in Kontakt mit warmer bzw. heißem Öl oder Gas oder einem anderen geeigneten festen oder fluiden Medium zur selektiven Übertragung von Wärme auf den ersten Bereich, der eine „weiche Zone” im fertigen Erzeugnis werden soll, gebracht wird. Gegebenenfalls wird die Warmbehandlungsnachbearbeitung unter Verwendung eines Konduktionserwärmens durchgeführt, bei dem das Erzeugnis in Kontakt mit einem oder mehreren von einer Flamme, einem Plasma, einer Mikrowellenstrahlung, einer Infrarotstrahlung und dergleichen mehr gebracht wird.
In 7 gezeigt ist ein vereinfachtes Diagramm eines Erzeugnisses 700, an dem eine Warmbehandlungsnachbearbeitung vorgenommen wird, bei der ein Widerstandserwärmen verwendet wird, um einen ersten Bereich 700a des Erzeugnisses 700 zu erwärmen. Eine Energieversorgung 702 ist elektrisch mit dem ersten Bereich 700a des Erzeugnisses 700 über Kontakte 704a und 704b und Leitungen 706a und 706b gekoppelt. Bei dem in 7 gezeigten Beispiel sind die Kontakte 704a und 704b elektrisch leitfähige Klemmen.
Im Einsatz wird elektrischer Strom durch den ersten Bereich 700a des Erzeugnisses 700 geleitet, wie durch die gestrichelten Pfeile in 7 dargestellt ist, wodurch der erste Bereich 700a des Erzeugnisses 700 auf eine gewünschte Temperatur erwärmt wird. Als spezifisches und nichtbeschränkendes Beispiel sei angeführt, dass der erste Bereich 700a auf eine gewünschte Temperatur zwischen etwa 370°C und etwa 800°C und insbesondere in den Bereich von zwischen etwa 400°C und etwa 700°C erwärmt wird. Gegebenenfalls wird der zweite Bereich 700b vor Erwärmung beispielsweise durch Verwendung eines Vorhanges aus gekühltem Gas (beispielsweise aus gekühlter Luft) oder durch Sprühen oder Einnebeln mit einer Kühlflüssigkeit (das heißt Wasser) geschützt.
8a und 8b zeigen vereinfachte Diagramme eines Erzeugnisses 800, an dem eine Warmbehandlungsnachbearbeitung vorgenommen wird, bei der ein Induktionserwärmen verwendet wird, um einen ersten Abschnitt 800a des Erzeugnisses 800 zu erwärmen. 9a und 9b sind vereinfachte Diagramme eines Erzeugnisses 900, an dem eine Wärmbehandlungsnachbearbeitung vorgenommen wird, bei der Induktionserwärmen verwendet wird, um einen ersten Abschnitt 900a des Erzeugnisses 900 zu erwärmen.
Im Allgemeinen ist das Induktionserwärmen der Prozess des Erwärmens eines elektrisch leitfähigen Objektes mittels elektromagnetischer Induktion, bei der Wirbelströme innerhalb des Objektes erzeugt werden, wobei der Widerstand zu einer Joule'schen Erwärmung führt. Die Induktionserwärmung kann hohe Leistungsdichten erzeugen, die kurze Reaktionszeiten zum Erreichen der gewünschten Temperatur ermöglichen. Dies ermöglicht eine genaue Steuerung des Erwärmungsmusters, wobei das Muster dem anliegenden Magnetfeld vergleichsweise eng folgt und eine verringerte Wärmeableitung und Beschädigung ermöglicht. Die Tiefe der Induktionserwärmung kann durch Wahl der Induktionsfrequenz, der Leistungsdichte und der Wechselwirkungszeit gesteuert werden.
Insbesondere in 8a gezeigt ist ein System zum Erwärmen des ersten Abschnittes 800a des Erzeugnisses 800 mittels Induktionserwärmen unter Verwendung eines Paares von Induktionsspulen 802 und 804. Die Induktionsspulen 802 und 804 sind jeweils entlang entgegengesetzter Seiten des ersten Abschnittes 800a des Erzeugnisses 800 angeordnet.
In 8b gezeigt ist ein System zum Erwärmen des ersten Abschnittes 800a des Erzeugnisses 800 mittels Induktionserwärmen unter Verwendung einer einzigen Induktionsspule 806. Wie in 8b gezeigt ist, umschließt die Induktionsspule 806 den ersten Abschnitt 800a des Erzeugnisses 800.
In 9a gezeigt ist ein System zum Erwärmen des ersten Abschnittes 900a des Erzeugnisses 900 durch Induktionserwärmen unter Verwendung von Induktionsplatten 904 und 906.
9b ist eine vereinfachte Seitenansicht zur Darstellung des ersten Abschnittes 900a des Erzeugnisses 900 während dessen Erwärmung mittels Induktionserwärmen unter Verwendung der Induktionsplatten 904 und 906 des Systems von 9a.
In 10 gezeigt ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei 1000 wird an einem Ausgangsrohling ein Wärmebehandlungs- und Presshärtungsvorgang vorgenommen, um ein Erzeugnis mit im Wesentlichen einer gleichmäßigen ersten Zugfestigkeit zu erzeugen. Bei 1002 wird an dem Erzeugnis eine Warmbehandlungsnachbearbeitung vorgenommen. Die Warmbehandlungsnachbearbeitung beinhaltet ein selektives Erwärmen eines ersten Bereiches des Erzeugnisses auf über eine bekannte Temperatur, während gleichzeitig ein zweiter Bereich des Erzeugnisses, der benachbart zu dem ersten Bereich ist, unter der bekannten Temperatur gehalten wird, sowie ein sodann folgendes Abkühlen des ersten Bereiches derart, dass der erste Bereich eine zweite Zugfestigkeit erhält, die im Wesentlichen geringer als die erste Zugfestigkeit ist.
In 11 gezeigt ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei 1100 wird der Ausgangsrohling auf eine Austenitisierungstemperatur erwärmt. Bei 1102 wird der Ausgangsrohling in einem gekühlten Paar von Pressformen warmgeformt, um das Erzeugnis zu bilden. Bei 1104 wird das Erzeugnis während einer ersten Zeitspanne unter Verwendung einer Abkühlrate abgekühlt, die im Wesentlichen ausreichend schnell ist, um die Bildung einer Martensitstruktur innerhalb im Wesentlichen des gesamten Erzeugnisses zu unterstützen. Bei 1106 wird an einem ersten Abschnitt des Erzeugnisses eine Warmbehandlungsnachbearbeitung vorgenommen, die umfasst: ein selektives Erwärmen des ersten Abschnittes des Erzeugnisses auf eine bekannte Temperatur, die geringer als die Austenitisierungstemperatur ist, während gleichzeitig ein zweiter Abschnitt des Erzeugnisses, der benachbart zu dem ersten Abschnitt ist, unter der bekannten Temperatur gehalten wird. Bei 1108 wird das Erzeugnis derart abgekühlt, dass getempertes Martensit innerhalb des ersten Bereiches des Erzeugnisses gebildet wird, während gleichzeitig der zweite Abschnitt des Erzeugnisses im Wesentlichen frei von getempertem Martensit bleibt.
In 12 gezeigt ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegende Erfindung. Der Ausgangsrohling wird bei 1200 bereitgestellt. Bei 1202 wird der Ausgangsrohling in den Austenitzustand erwärmt. Bei 1204 wird der Ausgangsrohling in einem gekühlten Paar von Pressformen heißgeformt, um so das Erzeugnis zu bilden. Bei 1206 wird das gesamte Erzeugnis gehärtet, während es weiterhin innerhalb des Paares von Pressformen befindlich ist, und zwar durch Abkühlen des Erzeugnisses unter Verwendung einer Abkühlrate, die ausreichend schnell ist, um eine Martensitstruktur zu bilden. Bei 1208 wird eines von einem Konduktionserwärmen, einem Widerstandserwärmen und einem Induktionserwärmen verwendet, um einen ersten Abschnitt des Erzeugnisses auf wenigstens eine vorbestimmte erste Temperatur zu erwärmen, während gleichzeitig ein zweiter Abschnitt des Erzeugnisses unter einer vorbestimmten zweiten Temperatur, die geringer als die erste Temperatur ist, gehalten wird. Bei 1210 wird das Erzeugnis derart abgekühlt, dass getempertes Martensit innerhalb des ersten Abschnittes des Erzeugnisses entsteht, während gleichzeitig der zweite Abschnitt des Erzeugnisses im Wesentlichen frei von getempertem Martensit bleibt. Bei einem Erzeugnis, das entsprechend dem anhand 12 beschriebenen Verfahren gebildet worden ist, ist die Zugfestigkeit des ersten Abschnittes des Erzeugnisses geringer als eine Zugfestigkeit des zweiten Abschnittes des Erzeugnisses.
Es sind zahlreiche weitere Ausführungsbeispiele möglich, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5916389 [0004]

Claims

Verfahren zum Bilden eines Erzeugnisses aus einem Ausgangsrohling, umfassend: Vornehmen eines Warmbehandlungs- und Presshärtungsvorganges an dem Ausgangsrohling zur Bildung des Erzeugnisses mit im Wesentlichen einer gleichmäßigen ersten Zugfestigkeit; und anschließend Vornehmen einer Warmbehandlungsnachbearbeitung an dem Erzeugnis, die umfasst: ein selektives Erwärmen eines ersten Bereiches des Erzeugnisses auf über eine bekannte Temperatur, während gleichzeitig ein zweiter Bereich des Erzeugnisses, der benachbart zu dem ersten Bereich ist, unter der bekannten Temperatur gehalten wird, und sodann ein Abkühlen des ersten Bereiches derart, dass der erste Bereich eine zweite Zugfestigkeit erhält, die im Wesentlichen geringer als die erste Zugfestigkeit ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Warmbehandlungsnachbearbeitung ein Verwenden eines Konduktionserwärmens zum Erwärmen des ersten Bereiches des Erzeugnisses auf über die bekannte Temperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Konduktionserwärmen unter Verwendung einer erwärmten Pressform durchgeführt wird, die wenigstens eines von einer oberen erwärmten Pressformhälfte und einer unteren erwärmten Pressformhälfte beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Konduktionserwärmen unter Verwendung wenigstens einer erwärmten Platte durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Konduktionserwärmen unter Verwendung eines erwärmten Fluids durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Konduktionserwärmen unter Verwendung eines erwärmten Fluids und eines Kontaktmediums durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Kontaktmedium aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Sand, Salz und Keramik besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Warmbehandlungsnachbearbeitung ein Verwenden eines Widerstandserwärmens zum Erwärmen des ersten Bereiches des Erzeugnisses auf über die bekannte Temperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Warmbehandlungsnachbearbeitung ein Verwenden eines Induktionserwärmens zum Erwärmen des ersten Bereiches des Erzeugnisses auf über die bekannte Temperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Induktionserwärmen unter Verwendung eines Paares von Induktionsspulen durchgeführt wird, die jeweils entlang entgegengesetzter bzw. gegenüberliegender Seiten des ersten Bereiches angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Induktionserwärmen unter Verwendung einer einzigen Induktionsspule durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Induktionserwärmen unter Verwendung eines Paares von Induktionsplatten durchgeführt wird, die jeweils entlang entgegengesetzter bzw. gegenüberliegender Seiten des ersten Bereiches angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ausgangsrohling auf eine Austenitisierungstemperatur während des Warmbehandlungs- und Presshärtungsvorganges erwärmt wird und wobei die bekannte Temperatur im Wesentlichen niedriger als die Austenitisierungstemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend ein Schützen des zweiten Bereiches vor Erwärmung auf im Wesentlichen die bekannte Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die bekannte Temperatur zwischen annähernd 370°C und annähernd 800°C ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die bekannte Temperatur zwischen annähernd 400°C und annähernd 700°C ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ausgangsrohling aus einem presshärtbaren Stahllegierungsmaterial gefertigt ist.
Verfahren zum Bilden eines Erzeugnisses aus einem Ausgangsrohling, umfassend: Erwärmen des Ausgangsrohlings auf eine Austenitisierungstemperatur; Warmformen des Ausgangsrohlings in einem gekühlten Paar von Pressformen zur Bildung des Erzeugnisses; Kühlen des Erzeugnisses während einer ersten Zeitspanne unter Verwendung einer Abkühlrate, die ausreichend schnell ist, um die Bildung einer martensitischen Struktur innerhalb im Wesentlichen des gesamten Erzeugnisses zu unterstützen; Vornehmen einer Warmbehandlungsnachbearbeitung an einem ersten Abschnitt des Erzeugnisses, die umfasst: ein selektives Erwärmen des ersten Abschnittes des Erzeugnisses auf eine bekannte Temperatur, die niedriger als die Austenitisierungstemperatur ist, während gleichzeitig ein zweiter Abschnitt des Erzeugnisses, der benachbart zu dem ersten Abschnitt ist, unter der bekannten Temperatur gehalten wird; und Abkühlen des Erzeugnisses derart, dass getempertes Martensit innerhalb des ersten Abschnittes des Erzeugnisses gebildet wird, während gleichzeitig der zweite Abschnitt des Erzeugnisses im Wesentlichen frei von getempertem Martensit bleibt.
Verfahren zum Bilden eines Erzeugnisses aus einem Ausgangsrohling, umfassend: Bereitstellen des Ausgangsrohlings; Erwärmen des Ausgangsrohlings in den Austenitzustand; Warmprägen des Ausgangsrohlings in einem gekühlten Paar von Pressformen zur Bildung des Erzeugnisses; Härten im Wesentlichen des gesamten Erzeugnisses, während dieses weiterhin innerhalb des Paares von Pressformen ist, durch Abkühlen des Erzeugnisses unter Verwendung einer Abkühlrate, die ausreichend schnell ist, um eine martensitische Struktur zu bilden; unter Verwendung eines Konduktionserwärmens erfolgendes Erwärmen eines ersten Abschnittes des Erzeugnisses auf wenigstens eine vorbestimmte erste Temperatur, während gleichzeitig ein zweiter Abschnitt des Erzeugnisses unter einer vorbestimmten zweiten Temperatur, die niedriger als die erste Temperatur ist, gehalten wird; und Abkühlen des Erzeugnisses derart, dass getempertes Martensit innerhalb des ersten Abschnittes des Erzeugnisses gebildet wird, während gleichzeitig der zweite Abschnitt des Erzeugnisses im Wesentlichen frei von getempertem Martensit bleibt, wobei im Anschluss an das Abkühlen eine Zugfestigkeit des ersten Abschnittes des Erzeugnisses kleiner als eine Zugfestigkeit des zweiten Abschnittes des Erzeugnisses ist.
Verfahren zum Bilden eines Erzeugnisses aus einem Ausgangsrohling, umfassend: Bereitstellen des Ausgangsrohlings; Erwärmen des Ausgangsrohlings in den Austenitzustand; Warmprägen des Ausgangsrohlings in einem gekühlten Paar von Pressformen zur Bildung des Erzeugnisses; Härten im Wesentlichen des gesamten Erzeugnisses, während dieses weiterhin innerhalb des Paares von Pressformen ist, durch Abkühlen des Erzeugnisses unter Verwendung einer Abkühlrate, die ausreichend schnell ist, um eine martensitische Struktur zu bilden; unter Verwendung eines Widerstandserwärmens erfolgendes Erwärmen eines ersten Abschnittes des Erzeugnisses auf wenigstens eine vorbestimmte erste Temperatur, während gleichzeitig ein zweiter Abschnitt des Erzeugnisses unter einer vorbestimmten zweiten Temperatur, die niedriger als die erste Temperatur ist, gehalten wird; und Abkühlen des Erzeugnisses derart, dass getempertes Martensit innerhalb des ersten Abschnittes des Erzeugnisses gebildet wird, während gleichzeitig der zweite Abschnitt des Erzeugnisses im Wesentlichen frei von getempertem Martensit bleibt, wobei im Anschluss an das Abkühlen eine Zugfestigkeit des ersten Abschnittes des Erzeugnisses kleiner als eine Zugfestigkeit des zweiten Abschnittes des Erzeugnisses ist.
Verfahren zum Bilden eines Erzeugnisses aus einem Ausgangsrohling, umfassend: Bereitstellen des Ausgangsrohlings; Erwärmen des Ausgangsrohlings in den Austenitzustand; Warmprägen des Ausgangsrohlings in einem gekühlten Paar von Pressformen zur Bildung des Erzeugnisses; Härten im Wesentlichen des gesamten Erzeugnisses, während dieses weiterhin innerhalb des Paares von Pressformen ist, durch Abkühlen des Erzeugnisses unter Verwendung einer Abkühlrate, die ausreichend schnell ist, um eine martensitische Struktur zu bilden; unter Verwendung eines Induktionserwärmens erfolgendes Erwärmen eines ersten Abschnittes des Erzeugnisses auf wenigstens eine vorbestimmte erste Temperatur, während gleichzeitig ein zweiter Abschnitt des Erzeugnisses unter einer vorbestimmten zweiten Temperatur, die niedriger als die erste Temperatur ist, gehalten wird; und Abkühlen des Erzeugnisses derart, dass getempertes Martensit innerhalb des ersten Abschnittes des Erzeugnisses gebildet wird, während gleichzeitig der zweite Abschnitt des Erzeugnisses im Wesentlichen frei von getempertem Martensit bleibt, wobei im Anschluss an das Abkühlen eine Zugfestigkeit des ersten Abschnittes des Erzeugnisses kleiner als eine Zugfestigkeit des zweiten Abschnittes des Erzeugnisses ist.