DE102012223376B4 - Hochfrequenz-Hitzebehandlungsverfahren von höchstfesten Teilen - Google Patents

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Abstract

Hochfrequenz-Hitzebehandlungsverfahren von durch Heißumformung behandelten höchstfesten Teilen, umfassend:
einen ersten Schritt des Erhitzens der durch Heißumformung behandelten höchstfesten Teile, bis die Temperatur ihrer Hitzebehandlungszone einen AC3-Transformationspunkt oder höher erreicht;
einen zweiten Schritt des Aufrechterhaltens der Temperatur der Hitzebehandlungszone, bis die Phasentransformation der Hitzebehandlungszone zu Austenit abgeschlossen ist; und
einen dritten Schritt des Abkühlens der Hitzebehandlungszone, um eine Transformation zu einer Ferrit-Perlit-Struktur zu erzielen,
wobei im dritten Schritt eine Wiedererhitzung der durch Heißumformung behandelten höchstfesten Teile durchgeführt wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Hochfrequenz-Hitzebehandlung von höchstfesten Teilen, und insbesondere auf ein Hitzebehandlungsverfahren, das die Effizienz der Energieaufnahme durch lokales Durchführen einer Hochfrequenz-Hitzebehandlung an einer Hitzebehandlungszone des Teils in einem Warmumformprozess zum Formen der höchstfesten Teile verbessert.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Bereiche von großem Interesse bei der Entwicklung von Fahrzeugen umfassen Verbesserungen bei der Crash-Stabilität, eine leichtere Bauweise der Fahrzeuge und die Senkung der Kosten. Insbesondere wurden seit dem Jahr 2000 viele Sicherheitsmechanismen für das Vermindern der Schwere von Verletzungen, die Fahrzeuginsassen bei Zusammenstößen an der Breitseite erleiden, weiter reguliert, wie z.B. Sicherheitsgurte, Airbags und dergleichen.
  • Bei Unfällen durch Breitseitenkollision werden jedoch Verletzungen im Allgemeinen durch die Verformung des Fahrzeugkörpers verursacht. Somit stellen die oben aufgeführten Sicherheitsmechanismen keine grundlegende Lösung dar.
  • Dementsprechend wurden verschiedene Versuche unternommen, die Verformung eines Fahrzeugkörpers zu minimieren, und neuere Studien konzentrieren sich auf die Anwendungsmöglichkeiten von höchstfestem Stahl bei Fahrzeugen. Als Ergebnis wurden höchstfeste Teile mit einer Druckfestigkeit von 1500 MPa, die durch Hochtemperaturformen, genannt Heißformung (hot-stamping), geformt wurden, hergestellt.
  • Herkömmlicherweise umfasst ein Heißformungsprozess einen Schneidprozess, einen Erhitzungsprozess, einen Übertragungsprozess, einen Pressvorgang und einen Schnellkühlprozess. Insbesondere wird ein Teil auf die benötigte Größe zugeschnitten, und das Rohteil wird in einem Heizofen auf AC3-Temperatur oder höher erhitzt. Dann wird das erhitzte Rohteil geformt und in einer Presse unter Verwendung eines Transferroboters abgekühlt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Abkühlvorgang durch das Absorbieren der Hitze, die von dem Rohteil durch einen Kühlkanal in einer Form übertragen wird, ermöglicht. Die gepressten und abgekühlten Materialien werden zu Teilen mit einer äußerst hohen Druckfestigkeit von 1500 MPa, die für die wichtigsten Crash-Teile von Fahrzeugen verwendet werden können.
  • Durch Heißformung behandelte höchstfeste Teile, die im Allgemeinen für Fahrzeuge verwendet werden, umfassen jedoch Kohlenstoff (C) 0,15∼0,30 Gew.-%, Silicon (Si) 0,05∼0,5 Gew.-%, Mangan (Mn) 1,0∼2,0 Gew.-%, Bor (B) 0,0005~0,0040 Gew.-%, Schwefel (S) mehr als 0% bis 0,003 oder weniger Gew.-%, Phosphor (P) mehr als 0% bis 0,012 oder weniger Gew.-%, einen Rest bestehend aus Eisen (Fe), und unvermeidliche Unreinheiten.
  • Diese höchstfesten Teile werden zumeist durch Punktschweißen zusammengesetzt, einem Schweißverfahren zum Befestigen von zwei Teilen durch an einem Kontaktpunkt erzeugte Widerstandserhitzung, wo elektrischer Strom konzentriert wird, wenn die Teile unter Druck platziert und mit einer Elektrodenspitze elektrisch verbunden werden. Dieses Verfahren wird üblicherweise bei ungefähr 95% aller Schweißelemente angewendet, deren Anzahl sich auf ungefähr 4000~7000 Stück pro Fahrzeug beläuft.
  • Während die durch Heißformung behandelten Teile den Vorteil hoher Festigkeit haben, besteht somit ein Problem darin, dass die höchstfesten Teile ohne plastische Verformung zerbrechen, wenn äußere Kraft auf sie einwirkt, da die Tendenz zu spröden Brüchen im Allgemeinen mit zunehmender Materialfestigkeit steigt.
  • Insbesondere unter dem Einfluss eines Aufpralls mit einer Stärke von 440 MPa auf die Teile in dem Schweißbereich vor der Behandlung durch Heißformung wird ein Steckerbruch (plug fracture) beobachtet, da Energie absorbiert wird, während der Prozess zu einer Grundmetallzone fortschreitet. Dies geschieht sogar dann, wenn ein Riss im Schweißbereich der Teile erzeugt wird. Auf der anderen Seite wird unter der Wirkung eines Aufpralls auf den Schweißbereich der durch Heißformung behandelten höchstfesten Teile ein Schalterbruch (button fracture) oder Grenzflächenbruch in einer Hitzeeinflusszone (HEZ) oder einer Bordiereinheit des Schweißbereichs der Teile direkt beobachtet.
  • Steckerbruch bezieht sich nämlich auf das Trennen und das Schneiden der Schweißzone zusammen mit einem Teilbereich einer Seite der Teile. Energie wird absorbiert, während der Prozess weiter zu der Grundmetallzone fortschreitet, obwohl sich ein Riss bildet. Auf der anderen Seite wird (im Unterschied zum Steckerbruch) ein Schalterbruch oder ein Grenzflächenbruch aufgrund unzureichender Energieabsorption erzeugt, da ein Nugget oder eine Anschlussstelle der Schweißzone direkt geschnitten wird.
  • Da die Schweißzone der höchstfesten Teile eine niedrigere Energie-Absorptionseffizienz als die Schweißzone der Teile vor der Behandlung durch Heißformung hat, gibt es ferner ein Problem dahingehend, dass zur Verbesserung der Effizienz im Allgemeinen neben dem Schweißen an einem Flansch der durch Heißformung behandelten Teile noch ein struktureller Klebstoff angebracht wird, um die Schweißfestigkeit zu erhöhen.
  • Die DE 696 21 866 T2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads aus Gusseisen insbesondere durch Heiß- bzw. Warmwalzen.
  • Die vorstehende Beschreibung als verwandter Stand der Technik der vorliegenden Erfindung dient nur dem Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung und sollte nicht als Bestandteil des verwandten Standes der Technik, der Fachleuten bekannt ist, betrachtet werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Hitzebehandlungsverfahren zum lokalen Durchführen einer Hochfrequenz-Hitzebehandlung in einer Hitzebehandlungszone eines Heißformungsprozesses bereit, der höchstfeste Teile formt. Das vorliegende Verfahren verbessert eine anschließende Schweißfestigkeit der Teile, ohne dass die Verwendung eines strukturellen Klebstoffs erforderlich ist. Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Hochfrequenz-Hitzebehandlungsverfahren von höchstfesten Teilen bereit, umfassend: einen ersten Schritt des Erhitzens der durch Heißformung behandelten höchstfesten Teile, bis die Temperatur einer Hitzebehandlungszone der Teile der AC3-Transformationspunkt oder höher wird; einen zweiten Schritt des Aufrechterhaltens der Temperatur, bis die Struktur der Hitzebehandlungszone in die Austenit-Phase phasentransformiert ist; und einen dritten Schritt des Abkühlens der Hitzebehandlungszone, so dass diese in die Ferrit-Perlit-Phase transformiert, wobei im dritten Schritt eine Wiedererhitzung der durch Heißumformung behandelten höchstfesten Teile durchgeführt wird.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfassen die durch Heißformung behandelten höchstfesten Teile: Kohlenstoff (C) ungefähr 0,15-0,30 Gew.-%, Silicon (Si) ungefähr 0,05∼0,5 Gew.-%, Mangan (Mn) ungefähr 1,0∼2,0 Gew.-%, Bor (B) ungefähr 0,0005~0,0040 Gew.-%, Schwefel (S) mehr als ungefähr 0% und nicht mehr als ungefähr 0,003 Gew.-%, Phoshor (P) mehr als ungefähr 0 Gew.-% und nicht mehr als ungefähr 0,012 Gew.-%, einen Rest bestehend aus Eisen (Fe), und unvermeidliche Unreinheiten.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der erste Schritt das Erhitzen von durch Heißformung behandelten höchstfesten Teilen, bis die Temperatur der Hitzebehandlungszone ungefähr 850~1000°C beträgt.
  • Wenn die Temperatur der erhitzten Hitzebehandlungszone ungefähr 850°C beträgt, umfasst der zweite Schritt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform das Aufrechterhalten der Temperatur ungefähr 40 sec lang oder mehr, bis die Phasentransformation der Hitzebehandlungszone zu Austenit abgeschlossen ist.
  • Wenn die Temperatur der erhitzten Hitzebehandlungszone ungefähr 1000°C beträgt, umfasst der zweite Schritt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform das Aufrechterhalten der Temperatur ungefähr 10 sec lang oder mehr, bis die Phasentransformation der Hitzebehandlungszone zu Austenit abgeschlossen ist.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der dritte Schritt das Halten der Temperatur auf ungefähr 550-700°C ungefähr 80 sec lang oder mehr, bis die Hitzebehandlungszone Ferrit-Perlit wird.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird der dritte Schritt so ausgeführt, dass die Abkühlgeschwindigkeit ungefähr 5°C/sec oder weniger beträgt.
  • Figurenliste
  • Die obigen und weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf ihre bestimmten beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, die unten stehend nur zur Veranschaulichung angehängt sind und somit die vorliegende Erfindung nicht begrenzen, und wobei:
    • 1 eine Darstellung ist, die ein durch Hitzeformung behandeltes höchstfestes Teil entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 2 eine vergrößerte Darstellung des Teils A der 1 ist, die die Härte der Hitzebehandlungszone nach dem Durchführen der Hochfrequenz-Hitzebehandlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 3 eine Darstellung ist, die die Phasentransformation gemäß der Hitzebehandlungszeit und der Hitzebehandlungstemperatur der höchstfesten Teile gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 4 eine Darstellung ist, die die Ergebnisse (1) eines Zugscherversuchs einer Punktschweißzone nach dem Durchführen der Hochfrequenz-Hitzebehandlung der Hitzebehandlungszone gemäß Beispiel 1 mit (2) den Ergebnissen des Tests, der an einem herkömmlichen Teil durchgeführt wurde, vergleicht, gefolgt von der Fahrzeugmontage.
  • Bezugszeichenliste
    • 10:
    höchstfeste Teile
    100
    Flansch
    110:
    Punktschweißzone
    120:
    Hitzebehandlungszone
    200:
    Ergebnisse des Zugscherversuchs der Punktschweißzone gemäß Beispiel 1
    210:
    Ergebnisse des Zugscherversuchs der Punktschweißzone eines herkömmlichen Teils
    300:
    10°/s Abkühlungsgeschwindigkeit
    310:
    5°C/s Abkühlungsgeschwindigkeit
    320:
    4°C/s Abkühlungsgeschwindigkeit
    330:
    2°C/s Abkühlungsgeschwindigkeit
    400:
    AC3-Transformationspunkt
  • Es sollte davon ausgegangen werden, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale sind, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind und beispielsweise spezifische Abmessungen, Richtungen, Orte und Formen umfassen, werden teilweise durch die spezielle vorgesehene Anwendung und Nutzungsumgebung bestimmt.
  • In den Figuren beziehen sich die Bezugsziffern auf die gleichen oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung in sämtlichen Figuren der Zeichnung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Hier nachfolgend wird die vorliegende Erfindung im Detail mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben und unten stehend beschrieben.
  • Es versteht sich, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „fahrzeugmäßig“ oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, wie er hierin benutzt wird, Motorfahrzeuge im Allgemeinen beinhaltet, wie z.B. Personenkraftwagen einschließlich geländegängiger Sportwagen (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und andere mit alternativen Kraftstoffen betriebene Fahrzeuge (z.B. Kraftstoffen, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) umfasst. Wie nachstehend darauf Bezug genommen, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Energiequellen hat, beispielsweise sowohl mit Benzin betriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck des Beschreibens von speziellen Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht begrenzen. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein, eine“ und „der, die, das“ ebenso die Pluralformen umfassen, wenn es der Zusammenhang nicht deutlich anders aufzeigt. Es ist ferner offensichtlich, dass die Ausdrücke „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Patentschrift verwendet werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bestandteile spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder deren Gruppen ausschließen. Der Ausdruck „und/oder“, wie er hierin verwendet wird, beinhaltet sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Begriffe.
  • Wenn nicht spezifisch aufgeführt oder aus dem Kontext offensichtlich, ist der Ausdruck „ungefähr“, wie er hierin benutzt wird, als innerhalb eines Bereiches normaler Toleranz im Stand der Technik zu verstehen, beispielsweise innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittels. „Ungefähr“ kann als innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des aufgeführten Wertes verstanden werden. Wenn nicht anderweitig aus dem Kontext ersichtlich, sind alle numerischen Werte, die hierin bereitgestellt werden, durch den Ausdruck „ungefähr“ modifiziert.
  • 1 ist eine Zeichnung, die ein durch Hitzeformung behandeltes höchstfestes Teil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts A der 1, die die Härte der Hitzebehandlungszone nach dem Durchführen der Hochfrequenz-Hitzebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Gemäß der folgenden beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die durch Hitzeformung behandelten höchstfesten Teile 10 im Allgemeinen: Kohlenstoff (C) ungefähr 0,15∼0,30 Gew.-%, Silicon (Si) ungefähr 0,05∼0,5 Gew.-%, Mangan (Mn) ungefähr 1,0∼2,0 Gew.-%, Bor (B) ungefähr 0,0005~0,0040 Gew.-%, Schwefel (S) mehr als ungefähr 0 Gew.-% und nicht mehr als ungefähr 0,003 Gew.-%, Phosphor (P) mehr als ungefähr 0 Gew.-% und nicht mehr als ungefähr 0,012 Gew.-%, ein Rest bestehend aus Eisen (Fe), und unvermeidliche Unreinheiten.
  • Im Allgemeinen werden die durch Heißformung behandelten höchstfesten Teile 10 durch Punktschweißen verbunden. Wenn ein Aufprall von außen auf die Punktschweißzone 110 einwirkt, gibt es ein Problem dahingehend, dass ein Schalterbruch, ein Grenzflächenbruch und dergleichen auftreten, die nicht an einer Schweißzone der Teile vor der Behandlung durch Heißformung erzeugt werden. Insbesondere im Falle eines Schalterbruchs oder Grenzflächenbruchs kann die Schweißzone der Teile die Aufprallenergie nicht mehr alleine absorbieren, im Gegensatz zu einem Steckerbruch, der an der Schweißzone der Teile vor der Behandlung durch Heißumformung auftritt. Somit ist es möglich, dass in dem gesamten Teil ein Riss auftritt, da die gebrochene Schweißzone als Ausgangspunkt des Risses fungiert.
  • Dementsprechend überwindet das vorliegende Verfahren dieses Problem, indem die Hochfrequenz-Hitzebehandlung der Hitzebehandlungszone 120 eines Flansches 100 durchgeführt wird, der für den Zusammenbau der Teile verwendet wird, wie in der Ausführungsform von 2 dargestellt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Hochfrequenz-Hitzebehandlung ein Hitzebehandlungsverfahren, in dem die Oberfläche eines Metallteils mittels Hochfrequenz-Induktionserhitzung erhitzt wird. Die Hitzebehandlungszone 120 ist eine Zone, die der Hochfrequenz-Hitzebehandlung unterliegt, die ferner die Punktschweißzone 110 zur leichteren Durchführung des Hitzebehandlungsverfahrens umfasst und zum Bilden einer entfestigten Struktur für die Energieabsorption benutzt werden kann.
  • Zur Bestätigung, dass die entfestigte Struktur die Aufprallenergie absorbiert, wurde gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vickershärte von der Mitte der Hitzebehandlungszone 120 zu deren Umfang gemessen.
  • Wie in 1 gezeigt, betrug die Härte, die von der Mitte der Punktschweißzone 110 zu der Hitzebehandlungszone 120 (an dem äußeren Umfang der Punktschweißzone 110) gemessen wurde, ungefähr 400~500 Hv, und die Härte, die von dem äußeren Umfang der Punktschweißzone 110 zu dem äußeren Umfang der Hitzebehandlungszone 120 gemessen wurde, betrug ungefähr 200~500 Hv. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurde bestätigt, dass eine entfestigte Struktur, die eine Härte von ungefähr 200~300 Hv hat und Aufprallenergie absorbieren kann, gebildet wurde.
  • Hier nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform des Hochfrequenz-Hitzebehandlungsverfahrens der durch Heißformung behandelten höchstfesten Teile 10 gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben werden.
  • Im Allgemeinen umfassen die durch Heißformung behandelten höchstfesten Teile 10, die für Fahrzeugteile benutzt werden: Kohlenstoff (C) ungefähr 0,15∼0,30 Gew.-%, Silicon (Si) ungefähr 0,05∼0,5 Gew.-%, Mangan (Mn) ungefähr 1,0∼2,0 Gew.-%, Bor (B) ungefähr 0,0005~0,0040 Gew.-%, Schwefel (S) mehr als ungefähr 0% und nicht mehr als ungefähr 0,003 Gew.-%, Phoshor (P) mehr als ungefähr 0% und nicht mehr als ungefähr 0,012 Gew.-%, einen Rest bestehend aus Eisen (Fe), und unvermeidliche Unreinheiten.
  • Die Struktur der höchstfesten Teile 10 besteht aus 100% Martensit mit hoher Härte und geringer Festigkeit, was von dem schnellen Abkühlprozess der Behandlung durch Heißformung herrührt. Jedoch weist die Struktur das Problem auf, dass Sprödbrüche trotz hoher Festigkeit leicht auftreten.
  • Demgemäß wird eine Phasentransformation zu einer Ferrit-Perlit-Struktur ausgeführt, die eine entfestigte Struktur mit einem Dehnungsverhältnis von ungefähr 25% oder mehr ist, während die Zugfestigkeit lokal bei ungefähr 400~500 Mpa gehalten wird. Tabelle 1
    SABC1470 Anfängl. Erhitzungstemperatur °C Haltezeit sec Wiedererhitzungstempetur °C Haltedauer sec Dehngrenze MPa Zugfestigkeit MPa Dehnungsverhältnis %
    Vor der Hitzebehandlung 1205 1420 6
    Beisp. 1 850 30 600 80 380 425 28
    Beisp. 2 850 60 550 80 375 418 33
    Beisp. 3 850 60 700 90 357 405 34
    Beisp. 4 850 90 600 80 370 415 32
    Beisp. 5 1000 10 550 80 400 460 25
    Beisp. 6 1000 30 600 80 382 425 32
    Beisp. 7 1000 60 700 90 380 410 32
    Beisp. 8 1000 90 550 90 381 415 32
  • Tabelle 1 zeigt die Veränderungen in der Festigkeit und dem Dehnungsverhältnis nach dem lokalen Durchführen der Hochfrequenz-Hitzebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in der Hitzebehandlungszone 120 der durch Heißformung behandelten höchstfesten Teile 10.
  • Wie gezeigt, betrug die Dehngrenze vor der Hitzebehandlung 1205 MPa, die Zugfestigkeit betrug 1420 MPa, und das Dehnungsverhältnis betrug 6%. Somit wurde bestätigt, dass die Teile aufgrund des niedrigen Dehnungsverhältnisses ungeachtet ihrer Höchstfestigkeit zu Sprödbruchverhalten neigten, da die Struktur der höchstfesten Teile 10, die durch einen Heißformungsprozess gebildet wurden, 100% Martensit war.
  • Dementsprechend wurde, wie in den Beispielen 1-8, die Hitzebehandlungszone 120 durch Hochfrequenz-Hitzebehandlung bei 850°C (dem Austenit-Transformationspunkt (AC3)) oder höher erhitzt, um eine Ferrit-Perlit-Struktur zu bilden (Schritt 1).
  • Es zeigte sich, dass sich die gewünschten Ergebnisse nicht erzielen lassen, wenn die anfängliche Erhitzungstemperatur 1000°C überstieg und den δ-Ferrit-Transformationspunkt erreichte. Deshalb ist die anfängliche Erhitzungstemperatur vorzugsweise nicht höher als 1000°C, was eine geeignete Temperatur unterhalb des δ-Ferrit-Transformationspunktes ist.
  • Danach wurde die Temperatur beibehalten, bis die Phasentransformation zu gleichmäßigem Austenit abgeschlossen war (Schritt 2).
  • Zu diesem Zeitpunkt wurde die Temperatur weiterhin für ungefähr 30 sec oder mehr bevorzugt bei ungefähr 850°C, und dann für ungefähr 10 sec oder mehr bei ungefähr 1000°C aufrechtbehalten.
  • Danach wurde die Hitzebehandlungszone 120, deren Phasentransformation zu Austenit abgeschlossen war, abgegekühlt, um die endgültige Struktur zu einer Ferrit-Perlit-Phase zu transformieren (Schritt 3).
  • Zu dieser Zeit wurde die Ferrit-Perlit-Struktur mit einer Zugfestigkeit von ungefähr 400~500 MPa und einem Dehnungsverhältnis von ungefähr 25% oder mehr durch Aufrechterhalten einer Wiedererhitzungstemperatur bei ungefähr 550~700°C für ungefähr 80 sec oder mehr und durch anschließendes Einregeln der Abkühlgeschwindigkeit bei ungefähr 5°C/s oder weniger gebildet. Tabelle 2
    SABC1470 Anfängl. Erhitzungstemperatur °C Haltezeit sec Wiedererhitzungstempetur °C Haltedauer sec Dehngrenze MPa Zugfestig- keit MPa Dehnungsverhältnis %
    Vor der Hitzebehandlung 1205 1420 6
    Vergl. - beispiel 1 650 60 550 80 703 719 12
    Vergl. - beispiel 2 650 90 700 90 674 699 12
    Vergl. - beispiel 3 750 30 550 80 615 632 9
    Vergl. - beispiel 4 750 90 600 80 486 520 20
  • Das Verfahren zum Durchführen der Hochfrequenz-Hitzebehandlung an der Hitzebehandlungszone 120 der durch Heißformung behandelten höchstfesten Teile 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wurde bei verschiedenen Wiedererhitzungstemperaturen und Haltezeiten zum Regeln der Abkühlgeschwindigkeit ausgeführt (Vergleichsbeispiele 1∼4 in Tabelle 2). Diese Beispiele erfüllen die Bedingungen, die in Tabelle 1 beschrieben sind, und zeigen Variationen der Festigkeit und des Dehnungsverhältnisses, wenn die anfängliche Erhitzungstemperatur niedriger als der AC3-Transformationspunkt, d.h. 850°C, war.
  • Um die Phasentransformation der Martensit-Struktur der durch Heißformung behandelten hochfesten Teile 10 durchführen zu können, muss die Hitzebehandlungszone 120 der Heißformungsteile für die Phasentransformation zu Austenit auf den AC3-Transformationspunkt, d.h. 850°C oder höher, erhitzt werden.
  • Wenn die Temperatur niedriger als 850°C (der AC3-Transformationspunkt) war, wurden die gewünschte Festigkeit und das Dehnungsverhältnis nicht erhalten, wie durch die Vergleichsbeispiele 1∼4 aufgezeigt wurde, da die Martensit-Struktur des Grundmetalls sich nicht durch Phasentransformation in die Austenit-Struktur umwandelte. Tabelle 3
    SABC1470 Anfängl. Erhitzungstemperatur °C Haltezeit sec Wiedererhitzungstempetur °C Haltedauer sec Dehngrenze MPa Zugfestig - keit MPa Dehnungsverhältnis %
    Vor der Hitzebehandlung 1205 1420 6
    Vergl.- beisp. 5 850 5 600 80 997 1160 6
    Vergl.- beisp. 6 850 10 550 80 890 1230 7
    Vergl.- beisp. 7 850 5 700 90 978 1198 7
    Vergl.- beisp. 8 850 10 550 90 679 710 12
    Vergl.- beisp. 9 1000 5 550 80 457 510 22
    Vergl.- beisp. 10 1000 5 600 80 1055 1260 6
  • Das Verfahren zum Durchführen der Hochfrequenz-Hitzebehandlung an der Hitzebehandlungszone 120 der durch Heißformung behandelten höchstfesten Teile 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wurde weiter durchgeführt, während die anfängliche Erhitzungstemperatur (Vergleichsbeispiele 5∼10 in Tabelle 3) variiert wurde. Diese Beispiele erfüllen die Bedingung, die in Tabelle 1 als AC3-Transformationpunkt beschrieben wurde, und zeigten Variationen in der Festigkeit und dem Dehnungsverhältnis, wenn die Temperatur nicht für 30 sec auf 850°C und für 10 sec auf 1000°C gehalten wurde, bis die Phasentransformation zu gleichförmigem Austenit abgeschlossen war.
  • Um die Martensit-Struktur der durch Hitzeformung behandelten höchstfesten Teile 10 durch Phasentransformation zu Ferrit-Perlit umzuwandeln, muss die Hitzebehandlungszone 120 bei 850°C (dem AC3-Transformationspunkt) oder höher für die Phasentransformation zu Austenit erhitzt werden. Zusätzlich sollten, um eine gleichförmige 100%ige Austenit-Struktur zu bilden, Kristalle vollkommen diffundiert und innerhalb der Struktur neu verteilt werden. Da die Erhitzungstemperatur steigt, erhöhen sich die Diffusionsgeschwindigkeit und die Umverteilungsquote der Kristalle ebenfalls und senken so die erforderliche Haltedauer.
  • Gemäß Ausführungsformen der Erfindung beträgt bei einer Erhitzung auf 850°C die Haltedauer 30 sec oder mehr, und bei einer Erhitzung auf 1000°C 10 sec oder mehr. Die Vergleichsbeispiele 5-10 erfüllen diese Bedingungen jedoch nicht. Im Ergebnis wurden die gewünschten Festigkeiten und Dehnungsverhältnisse nicht erhalten, da die Martensit-Struktur des Basismetalls nicht völlig zu der Austenit-Struktur phasentransformierte (d.h. da nur ein Teil der phasentransformierten Austenit-Struktur eine Ferrit-Perlit-Struktur bildete), obwohl sogar die Wiedererhitzungstemperatur und die Haltedauer zum Regeln der Abkühlgeschwindigkeit die Bedingung, wie in Tabelle 1 beschrieben, erfüllten. Tabelle 4
    SABC1470 Anfängl. Erhit zungstempe ratur °C Halte zeit sec Wiedererhitzungstempe tur °C Haltedauer sec Dehngrenze MPa Zugfestigkeit MPa Dehnungsverhältnis %
    Vor der Hitzebehandlung 1205 1420 6
    Vergl.- beisp. 11 850 30 550 70 468 520 21
    Vergl.- beisp. 12 850 30 400 80 740 784 9
    Vergl.- beisp. 13 1000 10 Luftkühlung - 770 780 8
    Vergl.- beisp. 14 1000 10 300 80 1023 1214 6
    Vergl.- beisp. 15 1000 30 500 80 795 813 9
    Vergl.- beisp. 16 1000 60 550 70 505 546 18
  • Das Verfahren zum Durchführen der Hochfrequenz-Hitzebehandlung an der Hitzebehandlungszone 120 der durch Heißumformung behandelten höchstfesten Teile 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wurde unter variierenden anfänglichen Erhitzungstemperaturen durch die Hochfrequenz-Hitzebehandlung durchgeführt, die der AC3-Transformationspunkt oder höher waren (Vergleichsbeispiele 11∼16 in Tabelle 4). Wie gezeigt, wurde die Phasentransformation zu Austenit durch Aufrechterhalten der Temperatur bei 850°C für 30 sec oder mehr und bei 1000°C für 10 sec oder mehr abgeschlossen. Weiter traten Veränderungen in der Festigkeit und dem Dehnungsverhältnis auf, wenn die Abkühlung der Hitzebehandlungszone 120, um die endgültige Struktur Ferrit-Perlit zu erzielen, nicht durchgeführt wurde (d.h., wenn die Abkühlgeschwindigkeit durch das Aufrechterhalten der Wiedererhitzungstemperatur bei 550~700°C für 80 sec oder mehr nicht auf 5°C/s oder weniger geregelt wurde).
  • Wie in 3 gezeigt ist, sollte nämlich zum Zwecke der Bildung der Ferrit-Perlit-Struktur mit einer Festigkeit von 400~500 MPa und einem Dehnungsverhältnis von 25% oder mehr zur gleichen Zeit die anfängliche Erhitzungstemperatur der AC3-Transformationspunkt 400 oder mehr sein, die Temperatur sollte gehalten werden, bis die Phasentransformation zu Austenit abgeschlossen ist, und dann sollte die Abkühlgeschwindigkeit durch Aufrechterhalten der Wiedererhitzungstemperatur bei ungefähr 550~700°C für 80 sec oder mehr auf 5°C oder weniger geregelt werden (zum Beispiel 5°C/s 310, 4°C/s 320, 2°C/s 330 und dergleichen). Wenn jedoch, wie gezeigt, die Abkühlgeschwindigkeit 5°C/s übersteigt, beispielsweise 10°C/s 300, dann wurden die gewünschte Festigkeit und das Dehnungsverhältnis nicht erhalten, da eine Ferrit-Bainit-Struktur gebildet wurde.
  • 4 ist eine Zeichnung, die die Ergebnisse eines Zugschertests einer Punktschweißzone (gemäß Beispiel 1, nach dem Durchführen der Hochfrequenz-Hitzebehandlung der Wärmebehandlungszone 120) 200 mit den Ergebnissen des Zugschertests einer herkömmlichen Punktschweißzone 210 vergleicht, gefolgt von dem Zusammenbau.
  • Wie in 4 gezeigt, wurde die Transformationsgeschwindigkeit der Zugfestigkeit durch die Hochfrequenz-Wärmebehandlung gemäß Beispiel 1 ungefähr 2,3 Mal erhöht. Somit werden die energieabsorbierende Effizienz und die Schlagzähigkeit durch eine lokal gebildete entfestigte Struktur verbessert, die als ein Ergebnis der Hochfrequenz-Hitzebehandlung der vorliegenden Erfindung gebildet wurde.
  • Bei dem Verfahren der Hitzebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Hochfrequenz-Hitzebehandlung der höchstfesten Teile ausgeführt, um das Dehnungsverhältnis durch lokales Bilden einer entfestigten Struktur, die Energie absorbiert, zu erhöhen. Gemäß den vorliegenden Verfahren wird insbesondere die Hochfrequenz-Hitzebehandlung an der Hitzebehandlungszone der höchstfesten Teile durchgeführt, die eine hohe Festigkeit hat und vor dem Hochfrequenz-Hitzebehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung anfällig für Sprödbrüche ist.
  • Ferner ist die Art des Bruchs in der Punktschweißzone, der bei äußerer Stoßeinwirkung beobachtet wird, ein Steckerbruch. Dies steht im Gegensatz zu der Schweißzone von herkömmlichen durch Heißumformung behandelten höchstfesten Teilen, die einen Schalterbruch oder Grenzflächenbruch aufweisen. Somit wird durch die Hochfrequenz-Hitzebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung eine ausreichend Energie absorbierende Effizienz erzielt, und dies sichert bessere Crash-Stabilität.
  • Die Erfindung wurde im Detail mit Bezug auf deren bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Jedoch wird von Fachleuten gewürdigt werden, dass an diesen Ausführungsformen Änderungen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geist der Erfindung abzuweichen, deren Umfang in den angehängten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist.

Claims (7)

  1. Hochfrequenz-Hitzebehandlungsverfahren von durch Heißumformung behandelten höchstfesten Teilen, umfassend: einen ersten Schritt des Erhitzens der durch Heißumformung behandelten höchstfesten Teile, bis die Temperatur ihrer Hitzebehandlungszone einen AC3-Transformationspunkt oder höher erreicht; einen zweiten Schritt des Aufrechterhaltens der Temperatur der Hitzebehandlungszone, bis die Phasentransformation der Hitzebehandlungszone zu Austenit abgeschlossen ist; und einen dritten Schritt des Abkühlens der Hitzebehandlungszone, um eine Transformation zu einer Ferrit-Perlit-Struktur zu erzielen, wobei im dritten Schritt eine Wiedererhitzung der durch Heißumformung behandelten höchstfesten Teile durchgeführt wird.
  2. Hochfrequenz-Hitzebehandlungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die durch Hitzeumformung behandelten höchstfesten Teile umfassen: 0,15∼0,30 Gew.-% Kohlenstoff (C), ungefähr 0,05~0,5 Gew.-% Silicon (Si), ungefähr 1,0∼2,0 Gew.-% Mangan (Mn), ungefähr 0,0005~0,0040 Gew.-% Bor (B), mehr als 0 Gew.-% und nicht mehr als ungefähr 0,003 Gew.-% Schwefel (S), mehr als 0 Gew.-% und nicht mehr als ungefähr 0,012 Gew.-% Phosphor (P), einen Rest bestehend aus Eisen (Fe), und unvermeidliche Unreinheiten.
  3. Hochfrequenz-Hitzebehandlungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei der erste Schritt das Erhitzen der durch Heißumformung behandelten höchstfesten Teile umfasst, bis die Temperatur der Hitzebehandlungszone ungefähr 850~1000°C erreicht.
  4. Hochfrequenz-Hitzebehandlungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Schritt das Aufrechterhalten der Temperatur für ungefähr 30 sec oder mehr umfasst, bis die Phasentransformation der Hitzebehandlungszone zu Austenit abgeschlossen ist, wenn die Temperatur der Hitzebehandlungszone ungefähr 860°C beträgt.
  5. Hochfrequenz-Hitzebehandlungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Schritt das Aufrechterhalten der Temperatur für ungefähr 10 sec oder mehr umfasst, bis die Phasentransformation der Hitzebehandlungszone zu Austenit abgeschlossen ist, wenn die Temperatur der Hitzebehandlungszone ungefähr 1000°C beträgt.
  6. Hochfrequenz-Hitzebehandlungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei der dritte Schritt das Aufrechterhalten der Temperatur bei ungefähr 550~700°C für ungefähr 80 sec oder mehr umfasst, bis die Hitzebehandlungszone Ferrit-Perlit wird.
  7. Hochfrequenz-Hitzebehandlungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei der dritte Schritt ausgeführt wird, um eine Kühlgeschwindigkeit von ungefähr 5°C/sec oder weniger bereitzustellen.
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