DE102015008647A1 - Method for producing a metallic component - Google Patents

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    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils (10), bei welchem das Bauteil (10) umgeformt und zumindest ein Bauteilbereich partiell wärmebehandelt wird, wobei der Bauteilbereich erst nach einer Kaltumformung des Bauteils (10) wärmebehandelt wird.The invention relates to a method for producing a metallic component (10) in which the component (10) is reshaped and at least one component region is heat-treated partially, the component region being heat-treated only after a cold forming of the component (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a method for producing a metallic component specified in the preamble of claim 1. Art.

Die DE 10 2013 001028 A1 zeigt ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils, bei welchem das Bauteil umgeformt und zumindest ein Bauteilbereich partiell wärmebehandelt wird. Das Bauteil kann dabei beispielsweise aus einer Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung hergestellt sein. Insbesondere derartige Legierungen bieten das Potenzial für den Einsatz in crashbelasteten Bereichen von Kraftwagen, so dass durch derartige Legierungen hochfeste Stahlwerkstoffe substituiert werden können. Dadurch kann insbesondere eine Gewichts- und Emissionsreduktion bei Kraftwagen erzielt werden.The DE 10 2013 001028 A1 shows a generic method for producing a metallic component, in which the component is formed and at least one component portion is partially heat treated. The component can be made for example of an aluminum-magnesium-silicon alloy. In particular, such alloys offer the potential for use in crash-affected areas of motor vehicles, so that high-strength steel materials can be substituted by such alloys. This can be achieved in particular a weight and emission reduction in motor vehicles.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils bereitzustellen, mittels welchem die Eigenschaften des metallischen Bauteils besonders bedarfsgerecht lokal angepasst werden können.It is the object of the present invention to provide a method for producing a metallic component, by means of which the properties of the metallic component can be adapted to the needs of the particular local needs.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method for producing a metallic component with the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils wird das Bauteil umgeformt und zumindest ein Bauteilbereich wird partiell wärmebehandelt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dabei dadurch aus, dass der Bauteilbereich erst nach einer Kaltumformung des Bauteils wärmebehandelt wird. Vorzugswiese wird das Bauteil aus einer Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung hergestellt, welche auch unter dem Namen 6000er-Serie bekannt ist. Dadurch, dass der Bauteilbereich erfindungsgemäß erst nach einer Kaltumformung des Bauteils wärmebehandelt wird, kann insbesondere beim Einsatz einer Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung eine Kaltumformung zuverlässig durchgeführt werden. Darüber hinaus entstehen bei der Kaltumformung keine Korrosionsnachteile. Es ist also erfindungsgemäß vorgesehen, das Bauteil zumindest in einem Bauteilbereich partiell wärmezubehandeln, so dass in diesem Bereich gezielt bestimmte mechanische Eigenschaften eingestellt werden können. Insbesondere kann dadurch eine gezielte Verbesserung der Duktilitäts- und Festigkeitseigenschaften am Bauteil erzielt werden, so dass bestimmte Crash-Anforderungen beim Bauteil sichergestellt werden können. Es können auch mehrere Bauteilbereiche wärmebehandelt werden, um in diesen Bauteilbereichen gezielt die Eigenschaften des Bauteils zu beeinflussen. In diesem Zusammenhang kann es zudem vorgesehen sein, dass die Bauteilbereiche unterschiedlich wärmebehandelt werden, so dass verschiedene mechanische Eigenschaften in den jeweiligen Bauteilbereichen eingestellt werden können.In the method according to the invention for producing a metallic component, the component is reshaped and at least one component region is partially heat-treated. The method according to the invention is characterized in that the component region is heat treated only after a cold forming of the component. Preferably, the component is made of an aluminum-magnesium-silicon alloy, which is also known under the name 6000 series. Due to the fact that the component region is heat-treated according to the invention only after a cold forming of the component, a cold forming can be carried out reliably, in particular when using an aluminum-magnesium-silicon alloy. In addition, no corrosion disadvantages arise during cold forming. It is therefore provided according to the invention to heat treat the component at least partially in a component area, so that in this area targeted mechanical properties can be adjusted. In particular, a targeted improvement of the ductility and strength properties of the component can be achieved, so that certain crash requirements can be ensured in the component. It is also possible to heat-treat a plurality of component regions in order to specifically influence the properties of the component in these component regions. In this context, it can also be provided that the component regions are heat treated differently, so that different mechanical properties can be set in the respective component regions.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Bauteil vor der Kaltumformung in einem lösungsgeglühten und kaltausgelagerten Zustand bereitgestellt wird. Mit anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass das Bauteil in einem sogenannten T4-Zustand vor der Kaltumformung bereitgestellt wird. In diesem Zustand kann das Bauteil besonders gut im kalten Zustand umgeformt werden.An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the component is provided before the cold forming in a solution-annealed and cold-stored state. In other words, it may be provided that the component is provided in a so-called T4 state before cold forming. In this state, the component can be converted particularly well in the cold state.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Bauteilbereich ausgehärtet wird. Alternativ oder zusätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass der Bauteilbereich überaltert wird.A further advantageous embodiment of the invention provides that the component area is cured. Alternatively or additionally, it may also be provided that the component area is overaged.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Bauteil nach der Kaltumformung zunächst vollständig ausgehärtet und anschließend nur der Bauteilbereich überaltert wird. Die Wärmebehandlung kann dabei mit Hilfe verschiedenster Verfahren, wie zum Beispiel im Direktkontakt, durch Induktion, mittels Laser, im Salzbad, im Ölbad, durch organische Bäder und dergleichen realisiert werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the component first fully cured after the cold forming and then only the component area is überaltert. The heat treatment can be realized by means of various methods, such as in direct contact, by induction, by laser, in a salt bath, in an oil bath, by organic baths and the like.

Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass nur der Bauteilbereich ausgehärtet und überaltert wird.According to an alternative advantageous embodiment of the invention, it is provided that only the component area is cured and overaged.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Bauteilbereich beim Wärmebehandeln entfestigt wird. Das Entfestigen kann beispielsweise durch Entfestigungsglühen erfolgen. Die durch Kaltumformung erreichte Festigung des Werkstoffes kann den Nachteil haben, dass das Material seine Duktilität verliert”. Die Entfestigung unterhalb der Rekristallisationstemperatur durch Glühen bewirkt eine Abnahme der Festigkeit bei gleichzeitiger großer Erhöhung der Duktilität.A further advantageous embodiment of the invention provides that the component area is softened during heat treatment. The softening can be done for example by Entfestigungsglühen. The solidification achieved by cold working of the material can have the disadvantage that the material loses its ductility ". The softening below the recrystallization temperature by annealing causes a decrease in strength accompanied by a large increase in ductility.

Schließlich ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Bauteil in einem Temperierwerkzeug mit unterschiedlichen Temperaturzonen wärmebehandelt wird. Dadurch ist es möglich, unterschiedliche Festigkeiten und Duktilitäten in unterschiedlichen Bauteilbereichen einzustellen. Hierfür werden bei der Wärmebehandlung verschiedene Temperaturen in die jeweiligen Bauteilbereiche eingebracht. Die partiellen Aushärtungs- und/oder Überalterungsprozesse und/oder schlagartigen Entfestigungsprozesse können dabei gleichzeitig in dem Temperierwerkzeug durchgeführt werden, welches unterschiedliche Temperaturzonen besitzt. Dabei ist es möglich, dass eine Umformstufe als Erwärmungsstufe, also inline, verwendet wird. Alternativ ist es aber auch möglich, dass das Temperierwerkzeug zur Wärmebehandlung unabhängig von dem Umformprozess eingesetzt wird. Dies hat den Vorteil, dass man nicht an eine Umformstraße gebunden ist.Finally, it is provided according to a further advantageous embodiment of the invention that the component is heat treated in a tempering with different temperature zones. This makes it possible to set different strengths and ductilities in different component areas. For this purpose, different temperatures are introduced into the respective component areas during the heat treatment. The partial curing and / or overaging processes and / or sudden softening processes can be performed simultaneously in the temperature control, which has different temperature zones. It is possible that a forming stage is used as a heating stage, ie inline. Alternatively, however, it is also possible that the tempering tool is used for heat treatment independently of the forming process. This has the advantage that you are not bound to a forming line.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or alone in the single figure can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone, without the frame to leave the invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert, in welcher schematisch mehrere Verfahrensschritte zur Herstellung eines metallischen Bauteils gezeigt sind.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the single FIGURE, in which a number of method steps for the production of a metallic component are shown schematically.

Einzelne Verfahrensschritte S1, S2, S3 und S4 sind schematisch in der einzigen Figur dargestellt. Mit dem Verfahrensschritt S1 ist eine Kaltumformung eines Bauteils 10 mittels eines schematisch dargestellten Umformwerkzeugs 12 dargestellt. Das Bauteil 10 ist aus einem sogenannten 6000er-Blech hergestellt, welches als Legierungsbestandteile vor allem Aluminium, Magnesium und Silizium aufweist. Das Bauteil 10 wird dabei vor der Kaltumformung im Verfahrensschritt S1 in einem sogenannten T4-Zustand angeliefert.Individual process steps S1, S2, S3 and S4 are shown schematically in the single figure. With the method step S1 is a cold forming of a component 10 by means of a schematically illustrated forming tool 12 shown. The component 10 is made of a so-called 6000-sheet, which has as alloying components especially aluminum, magnesium and silicon. The component 10 is delivered before the cold forming in step S1 in a so-called T4 state.

Das heißt, dass das Bauteil 10 vor der Kaltumformung in einem lösungsgeglühten und kaltausgelagerten Zustand bereitgestellt wird. Dadurch wird die Kaltumformung des Bauteils 10 im Verfahrensschritt S1 begünstigt. Nach der Kaltumformung des Bauteils 10 im Verfahrensschritt S1 wird das Bauteil 10 anschließend in Verfahrensschritt S2 einer lokalen Wärmebehandlung unterzogen, welche mittels eines Temperierwerkzeugs 14 erfolgt, um in unterschiedlichen Bauteilbereichen des Bauteils 10 jeweils gewünschte Crasheigenschaften einzustellen zu können. Mit anderen Worten erfolgt also im Verfahrensschritt S2 eine lokale Einstellung der Bauteileigenschaften des Bauteils 10. Dabei sind unterschiedliche Verfahrensvarianten möglich.That means that the component 10 is provided before cold working in a solution annealed and cold discharged condition. This will cause the cold forming of the component 10 favored in process step S1. After cold forming of the component 10 in method step S1, the component 10 subsequently subjected in step S2 to a local heat treatment, which by means of a tempering 14 takes place in different component areas of the component 10 to be able to set desired crash characteristics. In other words, a local adjustment of the component properties of the component takes place in method step S2 10 , Different process variants are possible.

Das Bauteil 10 kann dabei beispielsweise partiell ausgehärtet oder überaltert werden, nachdem das Bauteil 10 kaltumgeformt worden ist. Die lokale Wärmebehandlung des Bauteils 10 kann mit Hilfe von unterschiedlichsten Verfahren, wie zum Beispiel im Direktkontakt, durch Induktion, durch Laser, im Salzbad, im Ölbad, in organischen Bädern und dergleichen realisiert werden.The component 10 can be partially cured or overaged, for example, after the component 10 cold formed. Local heat treatment of the component 10 can be realized by a variety of methods, such as direct contact, induction, laser, salt bath, oil bath, organic baths, and the like.

Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass eine partielle Entfestigung des Bauteils 10 nach der Kaltumformung durchgeführt wird. Die lokale Wärmebehandlung muss dabei schlagartig erfolgen und kann dabei ebenfalls mit Hilfe der oben genannten Verfahren realisiert werden.Alternatively or additionally, it is also possible that a partial softening of the component 10 is carried out after the cold forming. The local heat treatment must be abrupt and can also be realized with the aid of the above-mentioned methods.

An dem Bauteil 10 können im Verfahrensschritt S2 auch unterschiedlichste Festigkeiten und Duktilitäten in unterschiedlichen Bauteilbereichen eingestellt werden. Hierfür werden bei der Wärmebehandlung verschiedene Temperaturen in die jeweiligen Bauteilbereiche eingebracht. Die partielle Aushärtung, Überalterung und/oder schlagartige Entfestigung kann dabei gleichzeitig in dem Temperierwerkzeug 14 durchgeführt werden. Dafür weist das Temperierwerkzeug 14 unterschiedliche Temperaturzonen auf. Die lokal unterschiedliche Erwärmung des Bauteils 10 kann dabei ebenfalls beispielsweise durch Direktkontakt, Induktion, Laser oder dergleichen erfolgen. Das Temperierwerkzeug 14 kann Teil einer Umformstraße sein, beispielsweise indem das Temperierwerkzeug 14 eine Umformstufe ist, welche als Erwärmungsstufe genutzt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass das Temperierwerkzeug 14 nicht Teil einer Umformstraße ist. Dies hat den Vorteil, dass die Wärmebehandlung des Bauteils 10 nicht an eine Umformstraße gebunden ist.On the component 10 In method step S2, a wide variety of strengths and ductilities in different component areas can also be set. For this purpose, different temperatures are introduced into the respective component areas during the heat treatment. The partial curing, overaging and / or sudden softening can simultaneously in the tempering 14 be performed. This is indicated by the tempering tool 14 different temperature zones. The locally different heating of the component 10 can also be done for example by direct contact, induction, laser or the like. The tempering tool 14 may be part of a forming line, for example by the tempering 14 a forming stage, which is used as a heating stage. Alternatively, it is also possible that the temperature control tool 14 not part of a forming line. This has the advantage that the heat treatment of the component 10 not bound to a forming line.

Darüber hinaus ist es auch möglich, dass zunächst eine globale Aushärtung des gesamten Bauteils 10 nach der Kaltumformung im Verfahrensschritt S1 durchgeführt wird, wobei lediglich eine anschließende lokale Überalterung oder lokale schlagartige Entfestigung des Bauteils 10 vorgenommen wird. Die lokale Wärmebehandlung des Bauteils 10 kann dabei ebenfalls mittels der oben genannten Verfahren realisiert werden. Der Vorteil bei dieser Vorgehensweise liegt darin, dass eine zweite Erwärmungsstufe zur partiellen Einstellung der Bauteileigenschaften, beispielsweise zur partiellen Einstellung der Duktilitäts- und/oder Festigkeitseigenschaften, separat erfolgen kann, was die Verfahrensführung vereinfacht.In addition, it is also possible that initially a global curing of the entire component 10 is performed after the cold forming in step S1, with only a subsequent local aging or local sudden softening of the component 10 is made. Local heat treatment of the component 10 can also be realized by means of the above-mentioned method. The advantage of this approach is that a second heating stage for partial adjustment of the component properties, for example, for partial adjustment of the ductility and / or strength properties, can be done separately, which simplifies the process.

Darüber hinaus ist es auch möglich, dass das Bauteil 10 nach der Umformung lokal ausgehärtet wird. Wahlweise kann dies im Zuge einer Umformung mit einer anschließenden lokalen Überalterung erfolgen. Die lokale Wärmebehandlung des Bauteils 10 kann in diesem Fall ebenfalls mittels der bereits oben genannten Verfahren realisiert werden.In addition, it is also possible that the component 10 is hardened locally after forming. Optionally, this can be done in the course of a transformation with a subsequent local aging. Local heat treatment of the component 10 can also be realized in this case by means of the above-mentioned method.

Nach der lokalen Einstellung der Bauteileigenschaften am Bauteil 10 in Verfahrensschritt S2 kann das Bauteil 10 den weiteren Verfahrensschritten S3 und S4 zugeführt werden. Bei dem Verfahrensschritt S3 kann es sich beispielsweise um einen Rohbau und bei dem Verfahrensschritt S4 beispielweise um einen Lackdurchlauf handeln.After the local setting of the component properties on the component 10 in method step S2 can the component 10 the further method steps S3 and S4 are supplied. The method step S3 may be, for example, a shell and in the method step S4, for example, a paint run.

Durch das erläuterte Verfahren zum Herstellen des Bauteils 10 können insbesondere hochfeste Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen anstelle von Stahllegierungen in hoch belasteten und crashrelevanten Bereichen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Dadurch lassen sich im Fahrzeugbau erhebliche Gewichtsreduktionen und Reduktionen des CO2-Ausstoßes realisieren. Darüber hinaus kann eine Reduzierung der Korrosionsanfälligkeit gegenüber Aluminium-Zink-Magnesium-Legierungen erzielt werden. Schließlich wird durch die lokale Einstellbarkeit der Bauteileigenschaften eine gezielte Verbesserung der Duktilitäts- und Festigkeitseigenschaften des Bauteils 10 ermöglicht, so dass insbesondere Crashanforderungen an das Bauteil 10 besonders gut erfüllt werden können.By the explained method for manufacturing the component 10 In particular, high-strength aluminum-magnesium-silicon alloys can be used instead of steel alloys in heavily loaded and crash-relevant areas of motor vehicles. As a result, significant weight reductions and reductions in CO 2 emissions can be achieved in vehicle construction. In addition, a reduction of corrosion susceptibility to aluminum-zinc-magnesium alloys can be achieved. Finally, the local adjustability of the component properties results in a targeted improvement in the ductility and strength properties of the component 10 allowing, in particular, crash requirements to the component 10 can be fulfilled very well.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013001028 A1 [0002] DE 102013001028 A1 [0002]

Claims (8)

Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils (10), bei welchem das Bauteil (10) umgeformt und zumindest ein Bauteilbereich partiell wärmebehandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilbereich erst nach einer Kaltumformung des Bauteils (10) wärmebehandelt wird.Method for producing a metallic component ( 10 ), in which the component ( 10 ) and at least one component region is heat-treated partially, characterized in that the component region only after a cold forming of the component ( 10 ) is heat treated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) vor der Kaltumformung in einem lösungsgeglühten und kaltausgelagerten Zustand bereitgestellt wird.Method according to claim 1, characterized in that the component ( 10 ) is provided prior to cold working in a solution annealed and cold stored condition. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilbereich ausgehärtet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the component region is cured. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilbereich überaltert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component area is obsolete. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) nach der Kaltumformung zunächst vollständig ausgehärtet und anschließend nur der Bauteilbereich überaltert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 10 ) After the cold forming initially fully cured and then only the component area is obsolete. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur der Bauteilbereich ausgehärtet und überaltert wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that only the component area is cured and overaged. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilbereich beim Wärmebehandeln entfestigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component area is softened during heat treatment. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) in einem Temperierwerkzeug (14) mit unterschiedlichen Temperaturzonen wärmebehandelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 10 ) in a tempering tool ( 14 ) is heat treated with different temperature zones.
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