DE102016121905A1 - Method for producing dual-phase steel wheel discs with improved cold workability - Google Patents

Method for producing dual-phase steel wheel discs with improved cold workability Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel aus Dualphasenstahl mit verbesserter Kaltumformbarkeit kaltverfestigter, mechanisch getrennter Blechkanten mit folgenden Verfahrensschritten:Bereitstellen eines Warmbandes oder eines Warmbandblechs der beanspruchten Legierungszusammensetzung mit einem Dualphasengefüge, bestehend aus einer ferritischen Matrix, in die eine überwiegend martensitische Zweitphase inselförmig eingelagert ist, Zuschneiden einer Platine bei Raumtemperatur sowie optionaler Durchführung weiterer Stanz- oder Schneidoperationen,Erwärmen ausschließlich der durch die Schneid- oder Stanzoperationen kalt verfestigten Blechkantenbereiche der Platine auf eine Temperatur von mindestens 700°C mit einer Haltezeit von höchstens 10 Sekunden und anschließender Abkühlung an Luft Kaltumformen der Platine in einem oder mehreren Schritten zu einer Radschüssel bei Raumtemperatur.Method for producing a dual phase steel wheel disc having improved cold workability of work hardened, mechanically separated sheet edges comprising the steps of: providing a hot strip or hot strip sheet of the claimed alloy composition having a dual phase structure consisting of a ferritic matrix insular with a predominantly martensitic second phase, cutting one Board at room temperature and optional further punching or cutting operations, heating only the sheet edge areas of the board cold-strengthened by the cutting or punching operations to a temperature of at least 700 ° C with a holding time of at most 10 seconds and subsequent cooling in air cold forming of the board in one or more steps to a wheel dish at room temperature.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Radschüsseln aus Dualphasenstahl, mit verbesserter Kaltumformbarkeit gemäß Patentanspruch 1, hergestellt aus kaltumgeformten Platinen gemäß Patentanspruch 1, wobei die Platinen eine verbesserte Kaltumformbarkeit kaltverfestigter, mechanisch getrennter Kanten besitzen.The invention relates to a process for the production of wheel disks made of dual-phase steel, with improved cold workability according to claim 1, made of cold-formed blanks according to claim 1, wherein the blanks have improved cold workability of work hardened, mechanically separated edges.

Die Herstellung von Radschüsseln eines Fahrzeugrads durch Kaltumformen ist zum Beispiel aus der Patentschrift DE 10 2013 114 245 B3 bekannt. Für die Kaltumformung werden bevorzugt mikrolegierte Dualphasen-(DP-) Stähle mit einer Festigkeit von 400 bis 600 MPa eingesetzt. Eine konkrete Legierungszusammensetzung wird nicht angegeben.The manufacture of Radschüsseln a vehicle by cold forming is for example from the patent DE 10 2013 114 245 B3 known. For cold forming, preference is given to using microalloyed dual-phase (DP) steels having a strength of 400 to 600 MPa. A concrete alloy composition is not specified.

Zur Herstellung der Radschüssel wird zunächst eine Blechplatine vornehmlich aus Warmband bei Raumtemperatur auf Maß geschnitten. Als Schneidverfahren kommen zumeist mechanische Trennverfahren, wie z.B. das Abscheren oder Stanzen, seltener aber auch thermische Trennverfahren, wie z.B. das Laserschneiden, zur Anwendung. Thermische Trennverfahren sind deutlich kostenintensiver im Vergleich zu mechanischen Trennverfahren, so dass diese nur in Ausnahmefällen eingesetzt werden.To produce the wheel disc, a sheet metal blank is cut primarily from hot strip at room temperature to measure. The cutting process is usually mechanical separation processes, such. shearing or punching, but more rarely also thermal separation methods, such as e.g. laser cutting, for use. Thermal separation processes are significantly more costly compared to mechanical separation processes, so that they are used only in exceptional cases.

Nach dem Zuschneiden wird die zugeschnittene Platine in ein Umformwerkzeug gelegt und in ein- oder mehrstufigen Umformschritten die fertige Radschüssel erzeugt.After cutting, the cut board is placed in a forming tool and the finished wheel dish is produced in single or multi-stage forming steps.

Vor der Kaltumformung werden diverse weitere Fertigungsschritte, wie z.B. Stanz- und Schneidoperationen an der Platine und das Anbringen diverser Lochungen für die Aufnahme der Radnabe sowie der Radbolzen durchgeführt, und es werden fallweise während der Umformung kombinierte Umstell- oder Aufweitoperationen an den gelochten Abschnitten vorgenommen.Before cold working, various further manufacturing steps, such as e.g. Punching and cutting operations on the board and the application of various holes for receiving the wheel hub and the wheel bolts carried out, and there are occasionally carried out during the conversion combined Umfor- or Aufweitoperationen at the perforated sections.

Bei der Kaltumformung werden die Schnittkanten, insbesondere wenn sie auf- bzw. hochgestellt werden, z.B. bei Kragenoperationen in gelochten Platinen, besonders belastet.In cold forming, the cut edges, especially when raised or raised, e.g. in collar operations in perforated boards, particularly stressed.

DP-Stähle weisen ein hohes Verfestigungsvermögen während des Kaltumformens auf, das durch den Verfestigungsexponenten technisch beschrieben wird. Ein hoher Verfestigungsexponent führt zu besonders vorteilhaften Eigenschaften beim Ausformen flächiger Bereiche von komplexen Teilen, bei denen insbesondere eine ausgeprägte Tiefziehfähigkeit erforderlich ist. Ein hoher Verfestigungsexponent wird bei den DP-Stählen durch ein ausgewogenes Verhältnis von den Gefügebestandteilen Ferrit und Martensit erreicht. Dabei stellt Ferrit einen weichen Bestandteil dar, Martensit liegt im Regelfall als harter Bestandteil inselförmig in einer ferritischen Matrix vor. Die resultierenden vorteilhaften Eigenschaften des Gefüges hinsichtlich der Kaltumformung in flächigen Bereichen ist gleichzeitig mit einer vergleichsweise hohen Einschränkung der Umformbarkeit schergeschnittener Kanten beim DP-Stahl verbunden. Der Grund ist, dass bei der Umformung von Kanten eine massive lokale Beanspruchung erfolgt, die zu einer frühzeitigen hohen Defektdichte im Grenzbereich von Martensitinseln und Ferritkörnern führt, die wiederum ein vergleichsweise frühes Versagen der schergeschnittenen Kante im anschließenden Umformungsprozess zur Folge hat.DP steels have high strength during cold forming, which is technically described by the solidification exponent. A high solidification exponent leads to particularly advantageous properties when forming areal areas of complex parts, in which in particular a pronounced deep drawability is required. A high solidification exponent is achieved in the DP steels by a balanced ratio of the structural components ferrite and martensite. In this case, ferrite is a soft component, martensite is usually present as a hard ingredient insular in a ferritic matrix. The resulting advantageous properties of the microstructure with regard to cold forming in flat areas is simultaneously associated with a comparatively high limitation of the formability of sheared edges in the DP steel. The reason is that the deformation of edges causes a massive local stress, which leads to an early high defect density in the boundary region of martensite islands and ferrite grains, which in turn results in a comparatively early failure of the sheared edge in the subsequent forming process.

An den Schnittkanten können zudem diverse Vorschädigungen vorliegen. Zum einen bedingt durch eine Kaltverfestigung des Werkstoffs, hervorgerufen durch das mechanische Trennen, das eine totale Umformung bis zur Materialtrennung darstellt. Zum anderen kann eine Kerbwirkung auftreten, welche durch die Topographie der Schnittfläche entsteht.At the cutting edges, various previous damage may also be present. On the one hand due to a work hardening of the material, caused by the mechanical separation, which represents a total deformation to material separation. On the other hand, a notch effect can occur which results from the topography of the cut surface.

Gerade bei hoch- und höchstfesten Blechwerkstoffen tritt daher abhängig von der konkreten Legierungszusammensetzung und dem Gefüge bei der anschließenden Umformung eine erhöhte Risswahrscheinlichkeit in den Randbereichen dieser Schnittkanten auf.Therefore, especially in the case of very high and very high strength sheet materials, depending on the concrete alloy composition and the microstructure, an increased crack probability occurs in the edge regions of these cut edges in the subsequent shaping.

Die genannten Vorschädigungen an den Blechkanten können zum vorzeitigen Versagen bei nachfolgenden Umformoperationen bzw. im Fahrbetrieb führen. Die Prüfung des Umformverhaltens geschnittener Blechkanten im Hinblick auf deren Kantenrissempfindlichkeit wird mit einem Lochaufweitversuch nach ISO 16630 durchgeführt.The aforementioned damage to the sheet edges can lead to premature failure in subsequent forming operations or while driving. The testing of the forming behavior of cut sheet edges with regard to their edge crack sensitivity is carried out with a hole expansion test according to ISO 16630.

Beim Lochaufweitversuch wird in das Blech durch Scherschneiden ein kreisrundes Loch eingebracht, das dann durch einen konischen Stempel aufgeweitet wird. Die Messgröße ist die auf den Ausgangsdurchmesser bezogene Änderung des Lochdurchmessers, bei der am Rand des Lochs der erste Riss durch das Blech auftritt.When Lochaufweitversuch a circular hole is introduced into the sheet by shear cutting, which is then widened by a conical punch. The measured quantity is the change in the diameter of the hole in relation to the initial diameter at which the first crack occurs through the sheet at the edge of the hole.

Um die vorab beschriebene Kantenrissempfindlichkeit bei der Kaltumformung von schergeschnittenen oder gestanzten Blechkanten zu minimieren, sind z.B. Ansätze zur Veränderung der Legierungszusammensetzung und Werkstoffprozessierung (z.B. gezieltes Einstellen von bainitischen Gefügen)oder der Verfahrenstechnik beim Kaltbeschnitt der Platine (z.B. über Modifikationen von Schneidspalt, Geschwindigkeit, Mehrfachbeschnitt etc.) bekannt.In order to minimize the above-described edge crack sensitivity in the cold working of sheared or punched sheet edges, e.g. Approaches for changing the alloy composition and material processing (e.g., targeted setting of bainitic structures) or the process technique in cold-cutting the board (e.g., via modifications of cutting gap, speed, multiple trimming, etc.) are known.

Diese Maßnahmen sind entweder teuer und aufwändig (z.B. mehrstufige Schneidoperationen, Instandhaltung von 3-D Schnitten etc.), oder sie liefern noch keine optimalen Ergebnisse.These measures are either expensive and expensive (eg multi-stage cutting operations, Maintenance of 3-D cuts, etc.), or they do not yet provide optimal results.

Des Weiteren ist es aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 049 155 A1 bekannt, zumindest den Bereich der Schnittkante auf eine definierte Temperatur zu erwärmen und das Schneiden bei dieser Temperatur durchzuführen, um die Umformbarkeit der geschnittenen Kanten zu verbessern und so die Kaltverfestigung im Bereich der Schnittkante zu reduzieren oder zu vermeiden. Nachteilig sind hierbei der zur Erwärmung des Bleches notwendige hohe technische und wirtschaftliche Aufwand einerseits und andererseits die für die Zwangskopplung von Erwärmung der Platine und unmittelbar nachfolgendem Schneiden, die die Produktion unflexibler machen.Furthermore, it is from the published patent application DE 10 2009 049 155 A1 It is known to heat at least the region of the cut edge to a defined temperature and to perform cutting at this temperature in order to improve the formability of the cut edges and thus to reduce or avoid strain hardening in the region of the cut edge. The disadvantage here is the necessary for heating the sheet high technical and economic effort on the one hand and on the other hand for the positive coupling of heating of the board and immediately subsequent cutting, which make the production inflexible.

Aus der DE 10 2011 121 904 A1 ist es zudem bekannt, ein schergeschnittenes Blech kalt umzuformen und vor weiteren Umformvorgängen die kaltverfestigten Bereiche lokal mittels eines Lasers zu erwärmen mit dem Ziel einer partiellen Entfestigung. Nachteilig ist hierbei insbesondere die lokale Entfestigung, die hinsichtlich des eingesetzten oft hoch- und höchstfesten Materials insbesondere bei Belastungssituationen und unter schwingender Beanspruchung eine Ungänze darstellt. Darüber hinaus ist unklar, wo genau die Erwärmung stattfinden und wie die lokale Erwärmung mit Temperatur und Zeitverlauf konkret erfolgen soll. Des Weiteren ist unklar, wie und in welchem Maße durch die partielle Entfestigung das Umformvermögen des bereits kaltumgeformten Bleches verbessert werden kann.From the DE 10 2011 121 904 A1 It is also known to cold form a sheared sheet and to heat the cold worked areas locally by means of a laser before further forming operations with the aim of partial softening. The disadvantage here is in particular the local softening, which represents a discontinuity in terms of the often used highly and extremely strong material, especially in stress situations and under oscillatory stress. In addition, it is unclear exactly where the warming will take place and how the local warming with temperature and time course should take place concretely. Furthermore, it is unclear how and to what extent by partial softening the forming capacity of the already cold-formed sheet can be improved.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 016 614 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines kaltumgeformten Bauteils aus einer bei Raumtemperatur schergeschnittenen Blechplatine mit fallweise diversen weiteren bei Raumtemperatur durchgeführten Fertigungsschritten, wie z.B. Lochstanz- oder Schneidoperationenbekannt, bei dem die bei den Schneid- oder Stanzoperationen kalt verfestigten Blechkantenbereiche, welche eine anschließende Kaltumformung bei der Herstellung des Bauteils erfahren, auf eine Temperatur von mindestens 600°C erwärmt werden und die Zeit der Temperaturbeaufschlagung weniger als 10 Sekunden beträgt. Hierdurch soll die Kaltumformbarkeit dieser kaltverfestigten Blechkanten deutlich verbessert werden. Anwendung findet dieses Verfahren u.A, bei Dualphasenstählen. Es finden sich jedoch keinerlei Hinweise auf eine konkrete Legierungszusammensetzung oder Gefüge der dort offenbarten Stähle oder die Anwendung dieses Verfahrens für die Herstellung von Radschüsseln.From the publication DE 10 2014 016 614 A1 is a method for producing a cold-formed component from a sheet metal sheet sheared at room temperature with case-by-case various other manufacturing steps carried out at room temperature, such as punching or cutting operations, in which the sheet edge portions cold-worked during the cutting or punching operations, followed by cold forming during manufacture of the component, are heated to a temperature of at least 600 ° C and the time of the temperature application is less than 10 seconds. As a result, the cold workability of these cold-strengthened sheet edges should be significantly improved. This method is used, inter alia, in dual-phase steels. However, there are no indications of a specific alloy composition or structure of the steels disclosed therein or the application of this method for the production of Radschüsseln.

Derzeitiger Stand der Technik ist daher eine aufwändige Nacharbeit insbesondere der Sitzflächen der Radmuttern bzw. der Nabensitze und der hochgestellten Kanten. Ein sehr hoher Ausschuss bei der Produktion bei unterschiedlichen Kunden ist üblich. Zudem können spezielle Designs für neuartige Stahlräder aus benannten Gründen nicht serienmäßig umgesetzt werden, was Geometrieanpassungen bzw. zusätzliche Arbeitsschritte zur Nacharbeit zur Folge hat.Current state of the art is therefore an elaborate rework especially the seats of the wheel nuts or hub seats and the raised edges. A very high production rejection of different customers is common. In addition, special designs for new steel wheels can not be implemented as standard for named reasons, which results in geometry adjustments or additional work steps for reworking.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Radschüsseln aus Dualphasenstahl mit verbesserter Kaltumformbarkeit, hergestellt aus kalt umgeformten Platinen, anzugeben, welche eine verbesserte Umformbarkeit kaltverfestigter, mechanisch getrennter Blechkanten besitzen.The object of the present invention is to provide a process for the production of wheel disks from dual-phase steel with improved cold workability, produced from cold-formed blanks, which have an improved formability of work-hardened, mechanically separated sheet metal edges.

Nach der Lehre der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit folgenden Schritten gelöst:

  • -Bereitstellen eines Warmbandes oder eines Warmbandblechs aufweisend folgende Legierungszusammensetzung in Gewichts.-%: C: 0,04 bis 0,2, Si: 0,05 bis 0,5, Mn: 0,2 bis 1,5, P: max. 0,085, S: max. 0,010, N: max. 0,009, Al: max. 0,060, Nb: max. 0,05, Ti: max. 0,05, sowie eines oder mehrere der Elemente aus der Summe von Cu+Cr+ Ni+Mo: 0,1 bis 1,3 mit Cr: max. 0,9, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen mit einem Dualphasengefüge, bestehend aus einer ferritischen Matrix, in die eine überwiegend martensitische Zweitphase inselförmig eingelagert ist,
  • - Zuschneiden einer Platine bei Raumtemperatur sowie optionaler Durchführung weiterer Stanz- oder Schneidoperationen, zur Erzielung von Aussparungen, Löchern oder Durchbrüchen an der Platine bei Raumtemperatur
  • - Erwärmen ausschließlich der durch die Schneid- oder Stanzoperationen kalt verfestigten Blechkantenbereiche der Platine auf eine Temperatur von mindestens 700°Cmit einer Haltezeit von höchstens 10 Sekunden und anschließender Abkühlung an Luft
  • - Kaltumformen der Platine in einem oder mehreren Schritten zu einer Radschüssel bei Raumtemperatur
According to the teachings of the invention, this object is achieved by a method with the following steps:
  • Providing a hot strip or a hot strip sheet having the following alloy composition in weight%: C: 0.04 to 0.2, Si: 0.05 to 0.5, Mn: 0.2 to 1.5, P: max. 0.085, S: max. 0.010, N: max. 0.009, Al: max. 0.060, Nb: max. 0.05, Ti: max. 0.05, and one or more of the sum of Cu + Cr + Ni + Mo: 0.1 to 1.3 with Cr: max. 0.9, remainder iron and impurities resulting from melting with a dual-phase structure, consisting of a ferritic matrix in which a predominantly martensitic second phase is insular,
  • - Cutting a board at room temperature and optionally performing further punching or cutting operations, to achieve recesses, holes or breakthroughs on the board at room temperature
  • - Heating only the cold-strengthened by the cutting or punching operations sheet edge areas of the board to a temperature of at least 700 ° Cmit a holding time of at most 10 seconds and subsequent cooling in air
  • - Cold forming the board in one or more steps to a wheel at room temperature

Erfindungsgemäß hergestellte Radschüsseln weisen den Vorteil auf, dass die vorliegende Legierungszusammensetzung des Werkstoffs mit Dualphasengefüge eine hohe Zugfestigkeit von bis zu 950 MPa und ein für Umformungen im Streckziehbereich niedriges Streckgrenzenverhältnis Re/Rm von 0,5-0,7aufweist.Wheel disks made in accordance with the present invention have the advantage that the present alloy composition of the dual phase composite material has a high tensile strength of up to 950 MPa and a low yield ratio Re / Rm of 0.5-0.7, which is low for stretch-draw formations.

Zudem weist der Stahl vorteilhaft ein besonders hohes Kaltverfestigungsvermögen auf, was sich positiv auf die mechanischen Eigenschaften der fertig geformten Radschüssel niederschlägt.In addition, the steel advantageously has a particularly high work hardening capacity, which has a positive effect on the mechanical properties of the finished molded wheel dish.

Überraschend hat sich gezeigt, dass die Kombination aus der erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzung des DP-Stahles mit dem beschriebenen Verfahren zur Kantenmodifikation in idealer Weise, das Ausformen flächiger Bereiche mit der Umformung von schergeschnittenen Kanten ermöglicht und so die Konstruktion von neuen Bauteilen mit einer hohen Funktionalität durch komplexe Formgebung möglich macht. Surprisingly, it has been shown that the combination of the inventive alloy composition of the DP steel with the described method for edge modification in an ideal manner, allows the forming of flat areas with the transformation of sheared edges and so the construction of new components with a high functionality by complex Shaping possible.

In Kombination mit dem Gefüge des DP-Stahls werden mit der erfindungsgemäßen Erwärmung der Schnitt- und/oder Stanzkanten Blechkanten erzeugt, die ein besonders hohes Umformvermögen beim Lochaufweitversuch ohne Rissbildung an den Blechkanten aufweisen.In combination with the microstructure of the DP steel sheet edges are produced with the inventive heating of the cutting and / or punching edges, which have a particularly high formability in Lochaufweitversuch without cracking at the sheet edges.

Die vorgeschlagene Behandlung von schergeschnittenen Kanten von Platinenbereichen, die während der Formung zu einer Radschüssel eine erhebliche Kaltverformung erfahren, führt zu eine ausgeprägten Reduzierung der Rissbildung im Fertigungsprozess.The proposed treatment of sheared edges of board areas experiencing significant cold deformation during forming into a wheel disc results in a marked reduction in crack formation in the manufacturing process.

Versuche haben gezeigt, dass es zur Verbesserung des Lochaufweitvermögens nicht notwendig ist, den Schneidprozess selbst bei erhöhter Temperatur der Schnittkantenbereiche durchzuführen, sondern es ausreichend ist, nur die kaltverfestigten, scherbeeinflussten Schnittkantenbereiche in einem unerwartet kurzen Zeitintervall im Bereich von weniger als 10 Sekunden, in der Regel aber zwischen 0,1 und 2,0 Sekunden auf eine Temperatur von mindestens 700°Caufzuheizen. Erfindungsgemäß kann dies losgelöst vom Schneid- oder Stanzprozess und den nachfolgenden Fertigungsschritten zu einem beliebigen Zeitpunkt vor der Umformung zu einem Bauteil geschehen.Experiments have shown that it is not necessary to perform the cutting process even at elevated temperature of the cut edge areas to improve the Lochaufweitvermögen, but it is sufficient only the work hardened, shear-influenced cut edge areas in an unexpectedly short time interval in the range of less than 10 seconds, in the Usually, however, to heat up to a temperature of at least 700 ° C between 0.1 and 2.0 seconds. According to the invention this can be done detached from the cutting or punching process and the subsequent manufacturing steps at any time before forming into a component.

Die Wärmeeinwirkung erfolgt dabei über die gesamte Blechdicke und in Ebenenrichtung der Platine in einem Bereich der höchstens der Blechdicke entspricht. Die Dauer der Wärmeeinwirkung richtet sich dabei nach der Art des Wärmebehandlungsverfahrens.The heat is applied over the entire sheet thickness and in the plane direction of the board in a range which corresponds at most to the sheet thickness. The duration of the heat depends on the type of heat treatment process.

Die Erwärmung selbst kann auf beliebige Weise zum Beispiel konduktiv, induktiv über Strahlungserwärmung oder mittels Laserbearbeitung erfolgen. Hervorragend geeignet für die Wärmebehandlung ist die konduktive Erwärmung, wie sie zum Beispiel in der Automobilfertigung vielfach am Beispiel von Punktschweißungen angewendet wird. The heating itself can take place arbitrarily, for example, conductively, inductively via radiation heating or by means of laser processing. Excellent for the heat treatment is the conductive heating, as it is often used in the automotive industry for example on the example of spot welds.

Vorteilhaft eignet sich zum Beispiel eine Punktschweißmaschine mit eher kurzen Einwirkzeiten zur Behandlung von gestanzten Löchern in der Platine, wohingegen bei zu behandelnden längeren Kantenabschnitten das induktive Verfahren, Strahlungserwärmung oder Laserbearbeitung mit längeren Einwirkzeiten in Frage kommt.Advantageously, for example, is a spot welding machine with rather short exposure times for the treatment of punched holes in the board, whereas in indefinite to be treated edge portions, the inductive method, radiation heating or laser machining with longer exposure times in question.

Zum Schutz der erwärmten Schnittkantenbereiche vor Oxidation sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, diese Bereiche mit Inertgasen, zum Beispiel Argon, zu spülen. Die Inertgasspülung erfolgt dabei während der Dauer der Wärmebehandlung kann aber auch, falls es notwendig erscheint, zusätzlich schon kurz vor Beginn und/oder in einem begrenzten Zeitraum noch nach Durchführung der Wärmebehandlung erfolgen.In order to protect the heated cut edge regions from oxidation, an advantageous development of the invention provides for rinsing these areas with inert gases, for example argon. The inert gas purging takes place during the duration of the heat treatment but can also, if necessary, be made shortly before the beginning and / or in a limited period of time after the heat treatment has been carried out.

Somit erfolgt die Wärmeeinbringung nur sehr konzentriert in den scherbeeinflussten Schnittkantenbereichen und ist daher mit einem vergleichsweise geringem Energieaufwand verbunden, insbesondere hinsichtlich Verfahren, bei denen die gesamte Platine einer Erwärmung zugeführt wird oder eine um Größenordnungen zeitlich aufwendigere Spannungsarmglühung Anwendung findet.Thus, the heat input is very concentrated in the shear-influenced cutting edge areas and is therefore associated with a relatively low energy consumption, in particular with regard to methods in which the entire board is supplied to a heating or by orders of magnitude temporally more expensive stress relief is applied.

Das Prozessfenster für die zu erreichende Temperatur im Schnittkantenbereich ist zudem sehr groß und umfasst einen Temperaturbereich von oberhalb 700°C bis hin zur Solidustemperatur von ca. 1500°C.The process window for the temperature to be reached in the cutting edge area is also very large and covers a temperature range from above 700 ° C up to the solidus temperature of approx. 1500 ° C.

Die Versuche haben außerdem gezeigt, dass allein die Eliminierung der Kaltverfestigung entscheidend für eine deutliche Verbesserung des Lochaufweitvermögens ist und die nicht ausheilbaren Ungänzen, wie z.B. Poren, einer untergeordneten Bedeutung zukommen.The experiments have also shown that only the elimination of strain hardening is crucial for a marked improvement in hole-expanding capacity and that the incurable discontinuities, e.g. Pores, of subordinate importance.

Dies ist unabhängig davon, ob die Wärmebehandlung unterhalb oder oberhalb der Umwandlungstemperatur Ac1 stattfindet.This is independent of whether the heat treatment takes place below or above the transformation temperature Ac1.

Wird die Wärmebehandlung oberhalb von Ac1 durchgeführt, kommt es nach Behandlung im Zuge einer raschen Abkühlung aufgrund des umgebenden kalten Materials bei umwandlungsfähigen Stählen zu einer Umwandlung in sogenannte metastabile Phasen. Das daraufhin einstellende Gefüge, welches beim vorliegenden DP-Stahl weitgehend martensitisch ist, wird sich vom Ausgangszustand hinsichtlich einer erhöhten Festigkeit unterscheiden.If the heat treatment is carried out above Ac1, transformation into so-called metastable phases takes place after treatment in the course of a rapid cooling due to the surrounding cold material in the case of convertible steels. The resulting microstructure, which is largely martensitic in the present DP steel, will differ from the initial state in terms of increased strength.

Eine Gefügeumwandlung mit einer damit in aller Regel einhergehenden Härte- und Festigkeitssteigerung hat jedoch überraschenderweise keinen negativen Einfluss auf das Lochaufweitvermögen, unabhängig davon, ob ein im Vergleich zum Ausgangsgefüge härteres und weniger zähes Gefüge eingestellt wird, so dass auch Behandlungstemperaturen der Schnittkanten bis hin zur Solidusgrenze möglich sind. Entscheidend bleibt in jedem Falle, dass die durch das Schneiden eingebrachte Kaltverfestigung weitestgehend eliminiert wird.However, surprisingly, a microstructure transformation with as a rule associated increase in hardness and strength has no negative influence on the Lochaufweitvermögen, regardless of whether a harder and less tough compared to the starting structure structure is adjusted so that treatment temperatures of the cut edges up to the solidus limit possible are. In any case, it is crucial that the strain hardening introduced by cutting is largely eliminated.

Um die erfindungsgemäßen Ziele zu erreichen, reicht es nach den vorliegenden Untersuchungen nicht aus, eine Erwärmung unterhalb 700°C für die Dauer einiger Sekunden durchzuführen, da eine deutliche Reduzierung der durch den mechanischen Trennvorgang eingebrachte Verfestigung erfolgen muss. In order to achieve the objectives according to the invention, it is not sufficient, according to the present investigations, to carry out a heating below 700 ° C. for a period of a few seconds, since a significant reduction in the solidification introduced by the mechanical separation process must take place.

Die erfindungsgemäße Erwärmung der Schnittkanten vor der Kaltumformung der Platine hat gegenüber den bekannten Maßnahmen zur Verminderung der Kantenrissempfindlichkeit den Vorteil, dass durch die Wärmebehandlung nur die scherbeeinflussten Kantenbereiche mikrostrukturell verändert und die Festigkeit dabei in der Regel nicht verringert, sondern erhöht wird. Die Unempfindlichkeit gegenüber Kantenrissen im Sinne eines größeren Lochaufweitvermögens kann damit um den Faktor 2 oder sogar mehr als 5 verbessert werden.The heating according to the invention of the cut edges prior to the cold forming of the board has the advantage over the known measures for reducing the edge crack sensitivity that only the shard-influenced edge areas are microstructured by the heat treatment and the strength is not reduced as a rule, but increased. The insensitivity to edge cracks in the sense of a larger Lochaufweitvermögens can thus be improved by a factor of 2 or even more than 5.

Bei der industriellen Anwendung der Schnittkantenerwärmung an erfindungsgemäßen Dualphasenstählen für Radschüsseln kann aufgrund der deutlich erhöhten Umformbarkeit der kritischen scherbeeinflussten Blechkantenbereiche einerseits der Ausschuss an umgeformten Radschüsseln deutlich gesenkt werden, und andererseits können bislang notwendige Fügeoperationen, zum Beispiel durch jetzt durchführbare Kragenoperationen bei der Ausbildung z.B. von Lagerstellen, eingespart werden.In the industrial application of the cutting edge heating of dual-phase steels for wheeled dishes according to the invention can be significantly reduced due to the significantly increased formability of the critical shear-influenced sheet edge areas on the one hand, the Committee of reshaped Radschüsseln, and on the other hand, previously required joining operations, for example, by now feasible collar operations in the formation of e.g. of bearings, can be saved.

Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Herstellung von Radschüsseln in Kombination mit der Legierungszusammensetzung und dem Dualphasengefüge erlaubt durch das verbesserte Umformvermögen der Schnittkantenbereiche komplexere Bauteilgeometrien und somit eine größere konstruktive Freiheit bei Verwendung derselben Werkstoffe. Zudem wird die Dauerfestigkeit des kalt umgeformten Bauteils erwartungsgemäß aufgrund des sich einstellenden, zwar möglicherweise im Vergleich zum Ausgangszustand härteren aber homogenen Gefüges nicht verringert, sondern bei ausgeprägt zweiphasigen Gefügen wie z.B. Dualphasengefügen erhöht.The process steps according to the invention for the production of wheel disks in combination with the alloy composition and the dual-phase structure allows more complex component geometries and thus greater design freedom when using the same materials due to the improved formability of the cut edge regions. In addition, the fatigue strength of the cold-formed component is expected not to be reduced due to the self-adjusting, but possibly harder but homogeneous compared to the initial state but homogeneous structure, but with pronounced two-phase structures such. Dual phase structures increased.

Die Wärmebehandlung der kalt umzuformenden Schnittkantenbereiche kann vollständig zu einem beliebigen Zeitpunkt nach den Schneid- oder Stanzprozessen und vor der Umformung der Platine oder als Zwischenschritt bei mehrstufigen Umformoperationen der Platine zur Herstellung einer Radschüssel durchgeführt werden, so dass die Prozessschritte Schneiden bzw. Stanzen der Platine, Wärmebehandlung der Schnittkanten und Umformung der Platine voneinander vollständig entkoppelt sind. Somit wird die Fertigung deutlich flexibler, als es nach dem Stand der Technik bei Integration einer Kantenmodifikation durch Wärmebehandlung möglich ist.The heat treatment of the cold-formed cut edge areas can be carried out completely at any time after the cutting or punching processes and before the forming of the board or as an intermediate step in multi-stage forming operations of the board for producing a wheel disc, so that the process steps cutting or punching the board, Heat treatment of the cutting edges and forming the board from each other are completely decoupled. Thus, the production is much more flexible than is possible in the prior art in integration of edge modification by heat treatment.

Aufgrund der im Vergleich zu bekannten Maßnahmen kurzen Behandlungsdauer kann das Verfahren in einer Serienfertigung, die eine Taktung im Bereich von 0,1 bis 10 Sekunden vorgibt, als Zwischenfertigungsschritt integriert werden. Insbesondere die Fertigung von Blechkomponenten im Automobilbereich in mehreren aufeinander folgenden Schritten stellt somit einen prädestinierten Anwendungsbereich dar.Due to the short duration of treatment compared with known measures, the method can be integrated as an intermediate production step in a series production, which specifies a cycle in the range of 0.1 to 10 seconds. In particular, the production of sheet metal components in the automotive sector in several successive steps thus represents a predestined scope.

Die Umformung der so vorbereiteten Platine kann zudem vorteilhaft mit den bereits in der Produktion vorhandenen Umformwerkzeugen durchgeführt werden, da keine zusätzlichen Erwärmungseinrichtungen, wie z.B. Öfen, zum Aufheizen der Platine selbst notwendig sind. Dies ermöglicht eine weiterhin kostengünstige Fertigung und durch die Entkopplung der Fertigungsschritte eine hohe Flexibilität im Produktionsablauf.In addition, the forming of the board prepared in this way can advantageously be carried out with the forming tools already in production, since no additional heating devices, such as e.g. Ovens, to heat the board itself are necessary. This allows a further cost-effective production and by the decoupling of the manufacturing steps a high flexibility in the production process.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Erwärmung der Schnittkanten jedoch abhängig vom vorgesehenen Produktionsablauf, wenn dies vorteilhaft erscheint, auch unmittelbar nach den mechanischen Schneid- oder Stanzprozessen oder unmittelbar vor der Umformung zu einem Bauteil, in einem mit dem jeweiligen Fertigungsprozess kombinierten Arbeitsschritt erfolgen. Zum Beispiel können die Schneid- und Stanzeinrichtungen mit einer nachgeschalteten Wärmebehandlungsvorrichtung versehen sein oder diese kann der Umformeinrichtung zum Kaltumformen der Platine direkt vorgeschaltet sein.According to an advantageous development of the invention, the heating of the cut edges, however, depending on the intended production process, if this appears advantageous, also immediately after the mechanical cutting or punching processes or immediately before the forming into a component, take place in a combined with the respective manufacturing process step. For example, the cutting and stamping devices may be provided with a downstream heat treatment device or this may be directly upstream of the forming device for cold forming of the board.

Die Erfindung ist anwendbar für warmgewalzte Stahlbänder mit Streckgrenzen von 280 MPa bis 700 MPa und Zugfestigkeiten von 450 MPa bis 950 MPa.The invention is applicable to hot rolled steel strip having yield strengths of 280 MPa to 700 MPa and tensile strengths of 450 MPa to 950 MPa.

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Claims (15)

Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel aus Dualphasenstahl mit verbesserter Kaltumformbarkeit kaltverfestigter, mechanisch getrennter Blechkanten mit folgenden Verfahrensschritten: -Bereitstellen eines Warmbandes oder eines Warmbandblechs, aufweisend folgende Legierungszusammensetzung in Gewichts.-%: C: 0,04 bis 0,2, Si: 0,05 bis 0,5, Mn: 0,2 bis 1,5, P: max. 0,085, S: max. 0,010, N: max. 0,009, AI: max. 0,060, Nb: max. 0,05, Ti: max. 0,05, sowie eines oder mehrere der Elemente aus der Summe von Cu+Cr+Ni+Mo: 0,1 bis 1,3 mit Cr: max. 0,9, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen mit einem Dualphasengefüge, bestehend aus einer ferritischen Matrix, in die eine überwiegend martensitische Zweitphase inselförmig eingelagert ist, - Zuschneiden einer Platine bei Raumtemperatur sowie optionaler Durchführung weiterer Stanz- oder Schneidoperationen, zur Erzielung von Aussparungen, Löchern oder Durchbrüchen an der Platine bei Raumtemperatur - Erwärmen ausschließlich der durch die Schneid- oder Stanzoperationen kalt verfestigten Blechkantenbereiche der Platine auf eine Temperatur von mindestens 700°C mit einer Haltezeit von höchstens 10 Sekunden und anschließender Abkühlung an Luft - Kaltumformen der Platine in einem oder mehreren Schritten zu einer Radschüssel bei Raumtemperatur.Method for producing a dual-phase steel wheel disc with improved cold workability of work hardened, mechanically separated sheet metal edges with the following method steps: Providing a hot strip or a hot strip sheet comprising the following alloy composition in weight%: C: 0.04 to 0.2, Si: 0.05 to 0.5, Mn: 0.2 to 1.5, P: max , 0.085, S: max. 0.010, N: max. 0.009, AI: max. 0.060, Nb: max. 0.05, Ti: max. 0.05, and one or more of the sum of Cu + Cr + Ni + Mo: 0.1 to 1.3 with Cr: max. 0.9, remainder iron and impurities resulting from melting with a dual-phase structure, consisting of a ferritic matrix in which a predominantly martensitic second phase is insular, - Cutting a board at room temperature and optionally performing further punching or cutting operations, to achieve recesses, holes or breakthroughs on the board at room temperature - Heating only the cold-strengthened by the cutting or punching operations sheet edge areas of the board to a temperature of at least 700 ° C with a holding time of at most 10 seconds and subsequent cooling in air - Cold forming the board in one or more steps to a wheel at room temperature. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit der Temperaturbeaufschlagung 0,02 bis 10 Sekunden beträgt.Method according to Claim 1 , characterized in that the time of the temperature application is 0.02 to 10 seconds. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Zeit der Temperaturbeaufschlagung 0,1 bis 2 Sekunden beträgtMethod according to Claim 2 , characterized in that the time of temperature application is 0.1 to 2 seconds Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der kaltverfestigten Blechkantenbereiche auf eine Temperatur von 700°C bis Solidustemperatur erfolgt.Process according to claims 1 to 3, characterized in that the heating of the cold-worked sheet metal edge regions is carried out to a temperature of 700 ° C to solidus temperature. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der kaltverfestigten Blechkantenbereiche auf eine Temperatur von Ac1 bis Solidustemperatur erfolgt.Method according to Claim 4 , characterized in that the heating of the cold-strengthened sheet edge areas is carried out to a temperature of Ac1 to solidus temperature. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung auf Umformtemperatur induktiv, konduktiv, mittels Strahlungserwärmung oder mittels Laserstrahlung erfolgt.Process according to claims 1 to 5, characterized in that the heating to forming temperature is effected inductively, conductively, by means of radiation heating or by means of laser radiation. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung mittels einer Widerstandsschweißeinrichtung oder mittels eines Lasers erfolgt.Method according to Claim 6 , characterized in that the heating takes place by means of a resistance welding device or by means of a laser. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine in einem oder in mehreren Schritten umgeformt wird.Method according to at least one of Claims 1 to 7 , characterized in that the board is formed in one or more steps. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine einen organischen und/oder metallischen Überzug aufweist.Method according to at least one of Claims 1 to 8th , characterized in that the sheet metal plate has an organic and / or metallic coating. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Überzug Zn und/oder Mg und/oder Al und/oder Si enthält.Method according to Claim 9 , characterized in that the metallic coating contains Zn and / or Mg and / or Al and / or Si. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung in Ebenenrichtung der Platine, ausgehend von der Blechkante, in einem Bereich erfolgt, der maximal der Blechdicke entspricht.Method according to at least one of Claims 1 to 10 , characterized in that the heat treatment in the plane direction of the board, starting from the sheet edge, takes place in a region which corresponds at most to the sheet thickness. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 biss 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich um die Stelle der Wärmebehanldung vor Oxidation geschützt wird.Method according to one of Claims 1 biss 11, characterized in that the area around the location of the heat treatment is protected from oxidation. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schutz vor Oxidation der Bereich um die Stelle der Wärmebehandlung mindestens während der Wärmeeinwirkung mittels eines Inertgases gespült wird.Method according to one of Claims 1 to 12 , characterized in that, to protect against oxidation, the area around the location of the heat treatment is rinsed at least during the heat action by means of an inert gas. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich um die Stelle der Wärmebehandlung zusätzlich vor und/oder nach der Wärmeeinwirkung mittels eines Inertgases gespült wird.Method according to Claim 13 , characterized in that the region around the location of the heat treatment is additionally rinsed before and / or after the action of heat by means of an inert gas. Verwendung eines Stahls bestehend aus folgender Legierungszusammensetzung in Gewichts-%: C: 0,04 bis 0,12, Si: 0,05 bis 0,5, Mn 0,2 bis 1,5 , P: max. 0,085, S: max. 0,010, N: max 0,009, Al: max. 0,060, Nb: max. 0,05, Ti: max. 0,05 sowie eines oder mehrere der Elemente aus der Summe von Cu+Cr+Ni+Mo: 0,1 bis 1,3 mit Cr: max. 0,9, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen mit einem Dualphasengefüge bestehend aus einer ferritischen Matrix, in die eine überwiegend martensitische Zweitphase inselförmig eingelagert ist, zur Herstellung einer Radschüssel mittels Kaltumformung einer Platine, bei der die Platine vor der Umformung aus einem Band oder Blech bei Raumtemperatur mechanisch zugeschnitten wird und fallweise weitere Stanz- oder Schneidoperationen zur Erzielung von Aussparungen oder Durchbrüchen bei Raumtemperatur durchgeführt werden, bei der vor der Umformung zu einem Bauteil an den geschnittenen oder gestanzten Blechkanten, welche eine Kaltverfestigung erfahren haben, eine Wärmebehandlung von mindestens 700 °C über eine Zeitdauer von höchstens 10 Sekunden durchgeführt wird.Use of a steel consisting of the following alloy composition in weight%: C: 0.04 to 0.12, Si: 0.05 to 0.5, Mn 0.2 to 1.5, P: max. 0.085, S: max. 0.010, N: max 0.009, Al: max. 0.060, Nb: max. 0.05, Ti: max. 0.05 and one or more of the sum of Cu + Cr + Ni + Mo: 0.1 to 1.3 with Cr: max. 0.9, remainder iron and impurities caused by melting with a dual-phase structure consisting of a ferritic matrix, in which a predominantly martensitic second phase is insular, for the production of a wheel by means of cold forming a board, in which the board before forming from a strip or sheet at Room temperature is mechanically cut and occasionally further punching or cutting operations to achieve recesses or openings are performed at room temperature, in which prior to forming a component on the cut or stamped sheet metal edges, which have undergone work hardening, a heat treatment of at least 700 ° C. above a period of at most 10 seconds is performed.
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