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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Panzerungsbauteils für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Panzerungsbauteils für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 8.
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Aus dem Stand der Technik sind gepanzerte Sicherheitsfahrzeuge im zivilen oder aber im militärischen Einsatz bekannt. Hierbei werden Kraftfahrzeuge durch entsprechende Panzerungsmaßnahmen gegen ballistische Einwirkungen derart aufgebaut, dass Geschosse oder aber Detonationen nicht in den Innenraum oder aber sicherheitsrelevante Bereiche des Kraftfahrzeugs vordringen können.
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Grundlegend gelangen zwei verschiedene Panzerungsprinzipien zum Einsatz. Zum einen besteht die Karosserie des gepanzerten Sicherheitsfahrzeugs bereits aus Panzerungselementen, was zumeist, insbesondere bei militärischen Fahrzeugen, der Fall ist. Hierdurch ergibt sich eine markante Optik, so dass die Panzerung auch äußerlich direkt aufgrund der Verwendung von schwerem, massivem Plattenmaterial, insbesondere gepanzertem Stahlwerkstoff, erkennbar ist.
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Bei zivilen Sicherheitsfahrzeugen ist es oftmals so, dass Panzerungen von außen nicht sichtbar hinter den handelsüblichen Karosserieelementen verbaut sind, mithin Zusatzpanzerungen im Innenraum oder aber im Zwischenraum der Karosserie eingebaut werden.
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Beiden Panzerungsarten gemein ist, dass diese ein hohes Eigengewicht mit sich bringen, was mitunter der Agilität des Sicherheitsfahrzeugs sowie dessen Kraftstoffverbrauch entgegensteht bzw. zusätzlich Maßnahmen hinsichtlich der Motorisierung und Fahrzeugtechnik notwendig macht.
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Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, Panzerungsbauteile aus Stahlwerkstoffen, insbesondere hochfesten Stahlwerkstoffen, herzustellen, wobei die Panzerungsbauteile als Blechumformbauteile auch derart hergestellt werden, dass sie insbesondere anstelle der Karosserieaußenhautelemente eingesetzt werden.
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So ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 034 161 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus einem Leichtbaustahl mit einem Mangananteil von 9 Gew.-% bis 30 Gew.-% bekannt, wobei durch Glühbehandlung eine Randentkohlung der Bauteile und damit eine erhöhte Oberflächenhärte durch die entstehende Martensitstruktur erreicht wird.
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Ferner ist aus der
WO 2006/048034 A1 ein Umformverfahren zur Herstellung eines Bauteils mit hochfesten Eigenschaften bekannt, mit dem es möglich wird, in kostengünstiger Weise maßhaltige Bauteile herzustellen. Ferner ist aus der
DE 10 2010 034 161 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus Leichtbaustahl mit über die Wanddicke einstellbaren Werkstoffeigenschaften bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik ein Verfahren zur Herstellung eines Panzerungsbauteils aufzuzeigen, wobei das Panzerungsbauteil gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Panzerungsbauteilen verbesserte Panzerungseigenschaften, größere Formgebungsfreiheitsgrade sowie ein zumindest gleichbleibendes oder aber verringertes Bauteilgewicht aufweist.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten Panzerungsbauteils gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Die Aufgabe wird in einer alternativen Ausführungsvariante mit einem Kaltumformverfahren zur Herstellung eines kaltumgeformten Panzerungsbauteils gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 8 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Verfahren sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Das Verfahren zur Herstellung eines Panzerungsbauteils für ein Kraftfahrzeug, wobei eine Stahllegierung verwendet wird, die mindestens folgende Legierungsbestandteile ausgedrückt in Gew.-% aufweist:
Mangan (Mn) 15–30
Bor (B) 0,001–0,01
sowie weitere Legierungsbestandteile, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- – Beschneiden einer Platine und zumindest partielles Aufwärmen der beschnittenen Platine auf eine Temperatur zwischen 500 und 1200°C, vorzugsweise zwischen 900 und 1000°C,
- – Transfer in eine Warmumformwerkzeug und Warmumformen der Platine, wobei mindestens ein Biegeradius größer ist, als das 0,5-fache der Wandstärke der Platine,
- – Kühlen der umgeformten Platine, wobei eine Streckgrenze zwischen 200 und 800 MPa, bevorzugt zwischen 400 und 600 MPa eingestellt wird, bei einer Bruchdehnung zwischen 30 und 80%,
- – Optionales Wärmebehandeln des so hergestellten Bauteils und weitere Verarbeitung durch Koppeln an andere Bauteile, insbesondere eine Kraftfahrzeugkarosserie.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es mithin möglich, ein Panzerungsbauteil für ein Kraftfahrzeug herzustellen, das eine hohe ballistische Performance gegen verformungsreiche Geschosse sowie Druckwellen in Folge von Detonationen aufweist bei gleichzeitig hohen Formgebungsfreiheitsgraden für die Herstellung des Bauteils selber. Hierbei wird eine hoch manganhaltige, borlegierte Eisenlegierung genutzt, die aufgrund seiner Werkstoffeigenschaften eine zwillingsinduzierte Materialverfestigung bietet, so dass ein Schutz gegen ballistische Bedrohung bis VPAM Prüfstufe 6 sowie detonationsbedingte Druckwellen möglich ist. Mithin wird ein TWIP-Stahl (Twinning Induced Plasticity) verwendet, der eine durch Zwillingsbildung induzierte Plastizität hervorruft. Dies bedeutet, dass bei plastischer Verformung aufgrund der im Werkstoff vorliegenden geringen Stapelfehlerenergie eine intensive Zwillingsbildung stattfindet. Dieser Vorgang verfestigt den Stahl derart, dass er zunächst sehr gute Formgebungsfreiheitsgrade besitzt und dann, beispielsweise bei Beschuss, mit einem Projektil aufgrund der durch das Auftreffen des Projektils hervorgerufenen Verformung durch die Zwillingsbildung derart weiter verfestigt, dass ein Durchschlagen des Geschosses verhindert wird. Durch das Abkühlen der Formplatine ist es ferner möglich, dass ein austenitisches Gefüge verbleibt, das dann bei Beschuss oder aber Explosion einen entsprechenden Verfestigungsmechanismus aufweist. Das Panzerungsbauteil wird nachfolgend auch als Bauteil bezeichnet.
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Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung möglich, durch die Verwendung des hoch manganhaltigen, borlegierten Eisenwerkstoffes, der darüber hinaus weitere Legierungsbestandteile, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen aufweist, diesen entweder kalt oder aber warm zu formen. Abhängig von den geometrischen Abmessungen sowie der Umformgrade und der zu erreichenden Festigkeiten bzw. Panzerungseigenschaften ist dabei entweder eine Kaltumformung bei im Wesentlichen Raumtemperatur oder aber auch eine Warmumformung bei über 500°C, bevorzugt über 700°C bis hin zu 1.000°C möglich.
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Insbesondere ist es möglich, Biegewinkel zwischen 0° und 140° derart herzustellen, dass beispielsweise ein Abkanten des Bauteils möglich ist. Hierdurch bietet sich das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren insbesondere auch dazu an, Karosserieaußenhautteile herzustellen, wobei dreidimensionale Wölbungen, konvex oder aber auch konkav, hergestellt werden können sowie beispielsweise auch Sicken, Vertiefungen oder Abkantungen, wie sie beispielsweise bei designgebender Linienführung im Karosseriebau, insbesondere an der Karosserieaußenhaut, bei Zivilfahrzeugen verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Warmumformen einer Platine ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass ein Biegeradius größer ist als die 0,5 Blechdicke der Platine selbst.
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Somit ist es aufgrund der erfindungsgemäß verwendeten Legierung möglich, in Verbindung mit dem Warmumformverfahren hohe Formgebungsfreiheitsgrade zu realisieren, wobei durch das Abschreckhärten und die aufgrund der Legierungseigenschaften erfolgte Zwillingsbildung bei Beschuss oder Detonation der erfindungsgemäßen Legierung hohe Festigkeitseigenschaften eingestellt werden. Im Ergebnis ist somit insbesondere das warmumgeformte Bauteil für leichte Panzerungsfahrzeuge im militärischen, aber auch zivilen Bereich geeignet, wobei beispielsweise die Außenhaut des Fahrzeugs durch das erfindungsgemäße Panzerungsbauteil hergestellt werden kann. In Relation zu bereits aus dem Stand der Technik gekannten handelsüblichen, warmumgeformten Panzerungsbauteilen ergeben sich somit gleichbleibende Formgebungsfreiheitsgrade bei erhöhten Festigkeitseigenschaften oder aber erhöhte Formgebungsfreiheitsgrade bei mindestens gleichbleibenden, aber auch erhöhten Festigkeitseigenschaften und ebenfalls verringertem Eigengewicht.
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Weiterhin bevorzugt ist es im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass das Wärmebehandeln als thermisches Beschichtungsverfahren durchgeführt wird. Hierbei kommt insbesondere ein Antikorrosionsschutzbeschichtungsverfahren zum Einsatz, ganz besonders bevorzugt ein kathodisches Tauchlackierungsverfahren (KTL) oder alternativ auch ein Verzinken. Durch das Beschichtungsverfahren, insbesondere eines der zwei zuvor genannten Beschichtungsverfahren, wird das hergestellte, warmumgeformte und pressgehärtete Bauteil relativ sehr kurzzeitigen und mit geringer Temperatur behafteten Beschichtungsverfahren bei maximal 500°C ausgesetzt, so dass die Bauteileigenschaften nicht negativ beeinflusst werden.
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Im Falle eines KTL-Verfahrens wird insbesondere das gesamte Bauteil bei einer Temperatur von 150°C bis 250°C, ganz besonders bevorzugt von 180°C bis 200°C für einen Zeitraum von bis zu 5 Stunden, ganz besonders bevorzugt zwischen 1 Minute und 2 Stunden und insbesondere zwischen 20 Minuten und 60 Minuten behandelt. Im Ergebnis wird ein Bauteil erreicht, das eine hohe Resistenz gegenüber Korrosion aufweist und dennoch gleichzeitig die bei dem Herstellungsprozess, insbesondere dem Formgebungsprozess, eingestellten Bauteileigenschaften in Bezug auf die Panzerung aufweist.
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Alternativ dazu ist es auch möglich, dass das Bauteil durch ein Verzinken wärmebehandelt wird, wobei das Verzinken insbesondere bei einer Temperatur zwischen 400°C und 490°C, ganz besonders bevorzugt von 440°C bis 460°C und insbesondere bei 450°C für einen Zeitraum von 0,1 Minute bis 30 Minuten, bevorzugt 1 Minute bis 10 Minuten und ganz besonders bevorzugt von ca. 5 Minuten durchgeführt wird. Auch hier ist es wiederum möglich, das Bauteil mit einer gegen Korrosion hochresistenten Beschichtung zu versehen, wobei durch das Beschichtungsverfahren selbst die Bauteileigenschaften, insbesondere die Panzerungseigenschaften nicht verändert werden.
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Weiterhin bevorzugt wird das so hergestellte Bauteil über Montagelöcher formschlüssig an dem Kraftfahrzeug, insbesondere an der Kraftfahrzeugkarosserie, oder aber mit anderen Bauteilen gekoppelt. Ganz besonders bevorzugt kommen hierzu Schraubbolzen bzw. Schraubverbindungen zum Einsatz. Die für die formschlüssigen Verbindungen notwendigen Montagelöcher werden vor, während oder nach dem Umformvorgang in das Bauteil eingebracht. Insbesondere werden diese vor oder während der Warmumformung eingebracht, da die Platine hier verringerte Festigkeitseigenschaften besitzt und mithin eine entsprechende Lochung bzw. ein Ausschnitt zur Herstellung der Montagelöcher leichter herstellbar ist. In dem nachfolgenden thermischen Beschichtungsvorgang werden die Löcher und insbesondere die Lochränder mit beschichtet, so dass hier keine Ansatzpunkte für eine vorzeitige Korrosion gegeben sind. Alternativ ist es jedoch auch möglich, das Bauteil zu verschweißen und/oder zu verkleben. Mithin kann, je nach Anwendungsfall, ein entsprechendes Fügeverfahren gewählt werden.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist es möglich, dass bei dem Warmumformen ein Bauteil hergestellt wird, das als Verstärkungsbauteil dient. Insbesondere wird dies derart umgeformt, dass es zusammen mit dem Hauptbauteil in einem Umformwerkzeug umgeformt und optional gleichzeitig auch gehärtet wird. Alternativ ist es möglich, die Umformung gleichzeitig durchzuführen und dann in einem separaten Härtewerkzeug das Bauteil zu härten. Die Koppelung erfolgt dabei dann insbesondere wiederum über ein Verschrauben oder alternativ über ein Verkleben.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird weiterhin mit einem Verfahren zur Herstellung eines Panzerungsbauteils für ein Kraftfahrzeug, wobei eine Stahllegierung verwendet wird, die mindestens folgende Legierungsbestandteile ausgedrückt in Gewichtsprozent aufweist,
Mangan (Mn) 15–30
Bor (B) 0,001–0,01
sowie weitere Legierungsbestandteile, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, wobei das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
- – Beschneiden einer Platine aus einem kaltgewalzten oder warmgewalzten Blech,
- – Biegen, insbesondere Kanten der Platine mit einem Biegeradius größer dem 2fachen, insbesondere dem 2fachen bis 5fachen der Wandstärke der Platine, dabei Erhöhen der Streckgrenze aufgrund Kaltverfestigung auf 500 bis 1100 MPa, insbesondere 500 bis 800 MPa, wobei das Biegen als Kaltumformen zwischen –200°C und +400°C durchgeführt wird,
- – Verschweißen mehrerer abgekanteter Platinen zu dem gewünschten Bauteil,
- – Thermisches Behandeln des Bauteils,
- – Koppeln des hergestellten Panzerungsbauteils mit einem Rahmenstrukturbauteil durch Verschweißen, Verkleben und/oder Verschrauben.
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Insbesondere findet eine Kaltumformung bei im wesentlichen Raumtemperatur statt. Die Kaltumformung kann jedoch auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes und mithin bei bis zu minus 200°C stattfinden. Hierbei wird flüssiger Stickstoff verwendet, um die Platine und oder das Werkzeug auf die entsprechende Temperatur zu bringen. Für den Kaltumformvorgang ist die Formgebungsfreiheit eingeschränkt, weshalb hier insbesondere ein Biegen bzw. Abkanten im Gegensatz zu einem dreidimensionalen Formen durch ein Tiefziehwerkzeug oder aber ein Pressenwerkzeug zum Einsatz kommt. Das Abkanten erfolgt jedoch erfindungsgemäß derart, dass es die Platine mit einem Biegeradius an der Abkantung abgekantet wird, der dem 2- bis 5-fachen der Blechdicke entspricht. Im Bereich der plastischen Umformung wird die Streckgrenze auf 500 MPa bis 1.100 MPa erhöht, aufgrund einer durch plastische Verformung hervorgerufenen Zwillingsbildung.
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Im Rahmen der Erfindung werden dann die verschiedenen abgekanteten Platinen zu einem gewünschten Bauteil komplettiert durch ein thermisches Fügeverfahren. Das so hergestellte Bauteil wird dann wiederum mittels thermischem Nachbehandeln mit den gewünschten Bauteileigenschaften eingestellt, insbesondere homogenisiert und anschließend an dem Kraftfahrzeug verbaut.
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Für das Verbauen kommt hierbei wiederum insbesondere ein Montieren durch Formschluss mittels Schraubbolzen bzw. Schrauben zum Einsatz, wobei die zuvor beschriebenen Eigenschaften beim warmumgeformten Bauteil analog gelten.
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Das thermische Behandeln wird dabei ebenfalls bevorzugt als thermisches Beschichtungsverfahren durchgeführt, wobei wiederum bevorzugt eine kathodische Tauchlackierung oder aber ein Verzinken zum Einsatz kommen. Die zuvor beschriebenen Zeit- und Temperaturintervalle für das KTL-Verfahren bzw. das Verzinken bei dem warmumgeformten Bauteil gelten für das kaltumgeformte Bauteil analog.
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Sowohl für das warmumgeformte als auch für das kaltumgeformte Bauteil ist es darüber hinaus möglich, die Bauteile einer Glühbehandlung zu unterziehen, wobei das Glühen zwischen 500°C und 1.000°C für einen Zeitraum von bis zu 5 Stunden durchgeführt wird.
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Insbesondere ist es bei einem kaltumgeformten Panzerungsbauteil möglich, dieses durch eine optionale zumindest partielle Glühbehandlung zwischen 50°C und 1.000°C für bis zu 5 Stunden nach der Umformung wärmezubehandeln und somit die ursprünglichen Eigenschaften des verwendeten Vormaterials wiederum einzustellen, um eine Zwillingsbildung und/oder Phasenumwandlung des Werkstoffgefüges durch den TWIP- und/oder TRIP-Effekt als dominanten Verformungsmechanismus einzustellen.
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Alternativ oder aber ergänzend ist es möglich, dass das Bauteil durch Erwärmen, insbesondere induktives lokales und gezieltes Erwärmen, beispielsweise an der Kantnaht, auf eine Temperatur von 700°C bis 900°C für einen Zeitraum zwischen 1 Minute und 30 Minuten thermisch behandelt wird. Hierbei erfolgt eine Homogenisierung des Werkstoffgefüges in den Biegebereichen, wobei dann wiederum im Anschluss optional ein thermisches Beschichtungsverfahren durchführbar ist.
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Die so hergestellten erfindungsgemäßen Panzerungsbauteile für Kraftfahrzeuge weisen daher zumindest lokal eine Streckgrenze zwischen 300 MPa und 1.100 MPa auf, bei einer Restduktilität zwischen 10% und 70%. Sie eignen sich somit insbesondere als Teil einer Seitenwand, Stirnwand, eines Fahrzeugbodens, eines Fahrzeugdaches oder aber eines Fahrzeughecks. Insbesondere können die erfindungsgemäßen Panzerungsbauteile die originalen Karosseriebauteile und besonders bevorzugt die Karosserieaußenbauteile ersetzen oder aber hinter dem ursprünglichen Karosserieblech als zusätzliches Panzerungsbauteil angeordnet werden.
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Bei den erfindungsgemäß hergestellten Panzerungsbauteilen ist somit nicht nur eine hohe Formgebungsfreiheit berücksichtigt, sondern auch eine hinreichende Weiterverarbeitbarkeit beispielsweise durch thermisches Fügen, insbesondere Schweißen. Insbesondere wird hierbei ein austenitischer Schweißzusatz verwendet, ohne dass dabei eine Aufweichung der Wärmeeinflusszone und somit eine für die Panzerung nachteilige Veränderung des Werkstoffgefüges hergestellt wird. Alternativ oder aber auch ergänzend zu dem thermischen Fügen ist es möglich, das Bauteil zu verschrauben oder aber auch zu verkleben.
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Durch die weitere Zulegierung von Aluminium und/oder Silizium ist es ferner möglich, bei gleichzeitig sehr guten Panzerungseigenschaften das spezifische Bauteilgewicht gering zu halten, so dass gleichzeitig auch ein Leichtbauaspekt sichergestellt ist.
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Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch weiterhin möglich, dass das abgelängte Bandmaterial als Verstärkungsbauteil zusammen mit einem herzustellenden Hauptbauteil, mithin als Verstärkungspatch, warmumgeformt wird. Das Hauptbauteil sowie das Bandmaterial als Verstärkungsbauteil werden mithin als Sandwichbauteil gleichzeitig in einem Herstellungsprozess geformt. Im Rahmen der Erfindung wird dies insbesondere mittels Warmformverfahren durchgeführt. Im Rahmen der Erfindung können dabei dann das Verstärkungsbauteil und das Hauptbauteil beispielsweise miteinander verklebt werden, wobei unter Eingliederung eines Klebers dann beide Bauteile direkt in einem Umformwerkzeug umgeformt werden. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, zunächst die Umformung durchzuführen und anschließend die beiden Bauteile miteinander beispielsweise thermisch zu fügen.
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Insbesondere werden Bauteile hergestellt, die eine Wandstärke zwischen 0,5 mm und 6 mm aufweisen, wobei das Bandmaterial als Vormaterial verwendet wird, welches ebenfalls eine Wandstärke zwischen 0,5 mm und 6 mm aufweist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei insbesondere mit einer Stahllegierung durchführbar, die zusätzlich zu dem bereits eingangs erwähnt hohen Mangangehalt sowie Borgehalt folgende Legierungsbestandteile, ausgedrückt in Gew.-% aufweist:
| – Kohlenstoff (C) | 0,2–0,8 |
| – Silizium (Si) | 0,2–4,0 |
| – Phosphor (P) | < 0,01 |
| – Schwefel (S) | < 0,01 |
| – Chrom (Cr) | ≤ 3,0 |
| – Molybdän (Mo) | 0,01–0,5 |
| – Nickel (Ni) | < 0,1 |
| – Kupfer (Cu) | < 0,1 |
| – Aluminium (Al) | 0,5–6,0 |
| – Calcium (Ca) | < 0,01 |
| – Titan (Ti) | < 0,1 |
| – Niob (Nb) | 0,005–0,1 |
| – Vanadium (V) | < 0,05 |
| – Cobalt (Co) | 0,001–2,0 |
| – Stickstoff (N) | < 0,01 |
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Insbesondere haben sich erfindungsgemäß zur Einstellung optimaler ballistischer Performance unter Berücksichtigung der Umformeigenschaften die nachfolgenden Legierungskonzepte erwiesen, wobei die Legierungsbestandteile in Gewichtsprozent angegeben sind und jede Legierung als Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen aufweist:
| | Legierung 1 Ma-% | Legierung 2 Ma-% | Legierung 3 Ma-% | Legierung 4 Ma-% |
| Kohlenstoff (C) | 0,3–0,5 | 0,5–0,7 | 0,5–0,7 | 0,5–0,7 |
| Silizium (Si) | 0,3–0,5 | 2,0–2,5 | 0,8–1,2 | 1,8–2,2 |
| Mangan (Mn) | 18,0–20,0 | 19,0–21,0 | 20,0–22,0 | 17,0–19,0 |
| Phosphor (P) | < 0,01 | < 0,01 | < 0,01 | < 0,01 |
| Schwefel (S) | < 0,01 | < 0,01 | < 0,01 | < 0,01 |
| Chrom (Cr) | 2,0–3,0 | 0,01–0,5 | < 0,05 | < 0,05 |
| Molybdän (Mo) | 0,2–0,4 | 0,2–0,4 | 0,2–0,4 | 0,2–0,4 |
| Nickel (Ni) | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 |
| Kupfer (Cu) | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 |
| Aluminium (Al) | 0,5–1,0 | 1,0–1,5 | 1,0–1,5 | 1,0–1,5 |
| Calcium (Ca) | < 0,01 | < 0,01 | < 0,01 | < 0,01 |
| Titan (Ti) | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 |
| Bor (B) | 0,002–0,004 | 0,001–0,003 | 0,001–0,003 | 0,007–0,009 |
| Niob (Nb) | 0,01–0,03 | 0,01–0,03 | < 0,01 | < 0,01 |
| Vanadium (V) | < 0,05 | < 0,05 | < 0,05 | < 0,05 |
| Cobalt (Co) | < 0,01 | < 0,01 | 0,4–0,6 | < 0,01 |
| Stickstoff (N) | < 0,01 | < 0,01 | < 0,01 | < 0,01 |
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Dabei wird insbesondere bei den oben genannten Legierungsvariationen Kohlenstoff zur Einstellung der Stapelfehlerenergie des Metalls und Stabilisierung der austenitischen Phase bei Raumtemperatur eingesetzt. Noch höhere als die bereits vorgeschlagenen Kohlenstoffgehalte können zur Reduzierung der Duktilität durch übermäßige Karbidausscheidung an den Korngrenzen führen, was jedoch erfindungsgemäß vermieden werden soll.
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Silizium wird dabei zur Erhöhung der Festigkeit und zur Reduzierung der Dichte sowie zur Reduzierung der Korrosionsanfälligkeit zulegiert. Hierdurch sinkt erfindungsgemäß das spezifische Gewicht des Werkstoffes und somit des herzustellenden Bauteils, bei jedoch annähernd gleicher Performance bei Beschuss oder aber Detonation.
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Mangan wird weiterhin als Element zur Einstellung der zur Zwillingsbildung notwendigen Stapelfehlerenergie und zur Stabilisierung des Austenits zulegiert.
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Aluminium dient weiterhin der Einstellung der Stapelfehlerenergie sowie der Reduzierung der Dichte und der Reduzierung der Anfälligkeit für Wasserstoffversprödung. Auch hierdurch wird zum einen das Bauteilgewicht eines erfindungsgemäß hergestellten Panzerungsbauteils reduziert. Andererseits wird die Langlebigkeit des Bauteils aufgrund der reduzierten Korrosionsanfälligkeit erhöht.
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Bor wird als Element zur Erhöhung der Festigkeit durch Ausscheidung von feinsten Karbiden hinzulegiert.
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Niob und Titan werden als Karbid- und Nitridbilder hinzulegiert, wobei gleichzeitig eine Erhöhung der Festigkeit durch diese Legierungselemente erreicht wird.
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Chrom wird weiterhin zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit für die Warmumformung zulegiert.
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Kobalt wird ebenfalls als Austenitstabilisator zur Erhöhung der Verformbarkeit und der Schlagzähigkeit zulegiert.
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Im Rahmen der Erfindung ist es somit möglich, das Bandmaterial mit Biegewinkeln zwischen 0° und 140° weiter zu dem Panzerungsbauteil zu verarbeiten und weiterhin insbesondere bei Umformoperationen, ganz besonders bevorzugt bei Tiefziehoperationen oder aber auch beim Warmumformverfahren Radien in einem Relativverhältnis von Biegeradius zu Blechdicke < 5 (kleiner fünf) herzustellen.
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Die Streckgrenze der geformten Panzerungsbauteile kann damit lokal zwischen 300 MPa und 1.100 MPa eingestellt und variiert werden. Die Restduktilität, mithin die quasi statische Bruchdehnung, liegt dabei im Rahmen der Erfindung zwischen 10% und 70%. Die so hergestellten Bauteile können durch Weiterverarbeitung mit anderen Bauteilen oder Rahmenelementen gekoppelt werden. Dies kann beispielsweise durch Verschrauben, Verkleben oder aber auch durch ein thermisches Fügen, beispielsweise durch ein Verschweißen, erfolgen.
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In der 1 gezeigt ist ein mögliches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Panzerungsbauteil 1 mit entsprechenden Umformgraden. So weist das Panzerungsbauteil 1 zwei Abkantungen 2, 3 auf, wobei die zweite Abkantung 3 einen entsprechend hohen Biegewinkel aufweist, so dass der verbleibende, eingezeichnete Winkel α weniger als 90° beträgt. Mithin wurde ein mittlerer Abschnitt 4 des Panzerungsbauteils 1 gegenüber einem Endabschnitt 5 um mehr als 90° umgebogen. Ferner ist es beispielsweise möglich, erfindungsgemäß ein entsprechendes Verhältnis von Radius des Biegewinkels des Biegeradius zur Wandstärke des Panzerungsbauteils < 5 einzustellen. Weiterhin vorgesehen sind Lochungen 6, die beispielsweise als Montagelöcher zur Koppelung des erfindungsgemäßen Panzerungsbauteils 1 mit anderen Bauteilen dienen können.
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2 zeigt ein erfindungsgemäß hergestelltes Panzerungsbauteil mit einem Kaltumformverfahren. Hierzu wird die Platine 7 in eine Abkantbank 8 eingespannt und mit einem Anschlag 9 entsprechend der dargestellten Biegung abgekantet. Dabei entsteht ein Biegeradius R, wobei der Biegeradius R erfindungsgemäß bei dem kaltumgeformten Bauteil dem 3- bis 5-fachen der Wandstärke B der Platine 7 entspricht. Besonders bevorzugt wird an den Kontaktflächen 10, insbesondere an den konzentrierten Kontaktflächen 10, der Platine 7 mit der Abkantbank 8 eine thermische Behandlung in Form partieller induktiver Erwärmung durchgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Panzerungsbauteil
- 2
- Abkantung
- 3
- Abkantung
- 4
- mittlerer Abschnitt
- 5
- Endabschnitt
- 6
- Lochung
- 7
- Platine
- 8
- Abkantbank
- 9
- Anschlag
- 10
- Kontaktfläche
- B
- Wandstärke
- R
- Biegeradius
- α
- Winkel
