DE102018217015A1 - Process for producing a crack-resistant flat metal product and crack-resistant workpiece or semi-finished product - Google Patents

Process for producing a crack-resistant flat metal product and crack-resistant workpiece or semi-finished product Download PDF

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Andreas Ulrichs
Christian Höckling
Jens-Ulrik Becker
Helmut Richter
Magnus Miller
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines rissbeständigen Metallflachprodukts (1) vorgeschlagen, insbesondere mit einer ebenen Oberfläche, wobei das Metallflachprodukt (1), insbesondere durch lokale Verfestigung des Metallflachprodukts, mit insbesondere einander abwechselnden Bereichen (2, 3) höherer und geringerer Festigkeit versehen wird, wobei Bereiche (3) geringerer Festigkeit eine Erstreckung (5) von 0,01 mm bis 10,0 mm aufweisen. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein rissbeständiges Werkstück oder Halbzeug (1), aufweisend insbesondere abwechselnde Bereiche (2, 3) höherer und geringerer Festigkeit, wobei Bereiche (3) geringerer Festigkeit eine Erstreckung (5) von 0,01 mm bis 10,0 mm aufweisen.A method for producing a crack-resistant flat metal product (1) is proposed, in particular with a flat surface, the flat metal product (1), in particular by locally solidifying the flat metal product, being provided with regions (2, 3) of higher and lower strength that alternate with one another Areas (3) of lower strength have an extent (5) of 0.01 mm to 10.0 mm. The present invention further relates to a crack-resistant workpiece or semifinished product (1), in particular having alternating areas (2, 3) of higher and lower strength, areas (3) of lower strength having an extent (5) of 0.01 mm to 10, Have 0 mm.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rissbeständigen Metallflachprodukts, insbesondere mit einer ebenen Oberfläche, wobei das Metallflachprodukt, insbesondere durch lokale Verfestigung des Metallflachprodukts, mit insbesondere einander abwechselnden Bereichen höherer und geringerer Festigkeit versehen wird. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein rissbeständiges Werkstück oder Halbzeug, das insbesondere abwechselnde Bereiche höherer und geringerer Festigkeit aufweist und für welches eine Verwendung angegeben wird.The present invention relates to a method for producing a crack-resistant flat metal product, in particular with a flat surface, the flat metal product being provided, in particular by locally solidifying the flat metal product, with, in particular, alternating regions of higher and lower strength. Another object of the invention is a crack-resistant workpiece or semi-finished product, which in particular has alternating areas of higher and lower strength and for which a use is indicated.

Die Vermeidung und Unterdrückung von Materialrissen, insbesondere in metallischen Werkstoffen wie Stahl ist einer der wichtigsten Faktoren, um die Belastbarkeit und Langlebigkeit von technischen Bauteilen zu erhöhen. Risse können sich zum einen beim Überschreiten einer kritischen Belastungsgrenze ausbilden oder im Laufe der Zeit unter fortdauernder zyklischer Belastung in Form von sogenannten Ermüdungsrissen auftreten. Bei der zeitlichen Entwicklung eines Risses lassen sich dabei zwei Phasen, die Rissbildung und die Rissausbreitung unterscheiden. Die Rissbildung findet in der Mikrostruktur des Materials statt und wird durch eine lokale Konzentration mechanischer Spannungen ausgelöst, wie sie beispielsweise in der Nähe von strukturellen Inhomogenitäten oder in Regionen mit hoher Defekt- oder Versetzungsdichte eintritt. Die dadurch entstehenden Mikrorisse führen zu einer weiteren Konzentration mechanischer Spannungen und wachsen zu einem Makroriss heran, dessen weitere Entwicklung zunehmend von der makroskopischen Struktur des Materials bestimmt wird. Die hohen Spannungen, die sich dabei an der Spitze des Risses bilden, verursachen ein immer weiteres Aufreißen des Materials, so dass sich der Riss zunehmend schneller weiter in den Werkstoff hinein ausbreitet und dabei zu einer Schädigung oder sogar Zerstörung des Bauteils führt.The prevention and suppression of material cracks, especially in metallic materials such as steel, is one of the most important factors in increasing the resilience and longevity of technical components. Cracks can form on the one hand when a critical load limit is exceeded or, over time, under continuous cyclical load in the form of so-called fatigue cracks. There are two phases in the development of a crack, crack formation and crack propagation. The cracking takes place in the microstructure of the material and is triggered by a local concentration of mechanical stresses, such as occurs in the vicinity of structural inhomogeneities or in regions with a high defect or dislocation density. The resulting micro-cracks lead to a further concentration of mechanical stresses and grow into a macro-crack, the further development of which is increasingly determined by the macroscopic structure of the material. The high stresses that form at the tip of the crack cause the material to tear further and further, so that the crack spreads faster and faster into the material, thereby causing damage or even destruction of the component.

Die vorliegende Erfindung beruht auf einem Verfahren zur Strukturierung eines Metallflachprodukts. Derartige Verfahren kommen in vielfältigen Formen bei Herstellungsprozessen von Metallprodukten zum Einsatz. Aus der DE 10 2016 103 539 A1 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem ein mehrdimensional gefügestrukturiertes, tiefziehfähiges Metallflachprodukt durch Walzen aus einem Vorprodukt erzeugt wird. Dabei wird das Gefüge durch das Verfahren so behandelt, dass Zonen entstehen, in denen sich der Zustand des Gefüges von dem Gefügezustand angrenzender Zonen unterscheidet.The present invention is based on a method for structuring a flat metal product. Such methods are used in various forms in the manufacturing processes of metal products. From the DE 10 2016 103 539 A1 For example, a method is known in which a multi-dimensionally structured, deep-drawable flat metal product is produced by rolling from a preliminary product. The process treats the structure in such a way that zones arise in which the state of the structure differs from the structure state of adjacent zones.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Anwachsen von Mikrorissen und die Ausbreitung von Makrorissen durch eine geeignete Strukturierung des Materials zu unterbinden bzw. zu vermindern.The present invention is based on the object of preventing or reducing the growth of microcracks and the spreading of macrocracks by suitable structuring of the material.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines rissbeständigen Metallflachprodukts, insbesondere mit einer ebenen Oberfläche, wobei das Metallflachprodukt, insbesondere durch lokale Verfestigung des Metallflachprodukts, mit insbesondere einander abwechselnden Bereichen höherer und geringerer Festigkeit versehen wird, wobei Bereiche mit geringerer Festigkeit eine Erstreckung von 0,01 mm bis 10,0 mm aufweisen, wobei insbesondere die Bereiche der höheren Festigkeit eine Matrix definieren, welche die Bereiche der geringeren Festigkeit im Wesentlichen umgibt.This object is achieved by a method for producing a crack-resistant flat metal product, in particular with a flat surface, the flat metal product, in particular by locally solidifying the flat metal product, being provided in particular with alternating regions of higher and lower strength, regions with lower strength being an extension of Have 0.01 mm to 10.0 mm, wherein in particular the areas of higher strength define a matrix which essentially surrounds the areas of lower strength.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Strukturierung des Metallflachprodukts mit einer insbesondere ebenen Oberfläche erzeugt, welche gekennzeichnet ist durch Bereiche mit einer Erstreckung, welche für das Anwachsen bzw. die Ausbreitung von Materialrissen von entscheidender Relevanz ist. Kleinere Risse vergrößern sich zunächst nur langsam und folgen während ihres unregelmäßigen Wachstums im Wesentlichen der lokalen Mikrostruktur des Materials, wie sie beispielsweise durch die Korngrenzen des Gefüges vorgegeben ist. Erst mit wachsender Größe entwickelt sich durch die zunehmende Konzentration der mechanischen Spannungen an der Rissspitze eine regelmäßigere und rascher ablaufende Dynamik. Die erfindungsgemäße Struktur aus Bereichen höherer und geringerer Festigkeit dient dazu, den Rissverlauf während dieses kritischen Übergangs zur Rissausbreitung derart zu beeinflussen, dass ein weiteres Anwachsen bzw. Ausbreiten verhindert oder zumindest verzögert wird. Die Erstreckung von 0,01 bis 10,0 mm ist dabei durch den größten Abstand zweier benachbarter Bereiche höherer Festigkeit gegeben, so dass auf diese Weise gewährleistet ist, dass ein Riss maximal auf die Länge der Erstreckung anwachsen kann, ohne auf einen Bereich höherer Festigkeit zu treffen. Diese Länge wird im Folgenden als „kritische“ Risslänge bezeichnet. Trifft die Rissspitze auf einen Bereich höherer Festigkeit, so wird sie entweder vollständig blockiert oder zumindest abgelenkt, so dass eine weitere Ausbreitung in effektiver Weise unterbunden wird.The method according to the invention produces a structuring of the flat metal product with an in particular flat surface, which is characterized by areas with an extension which is of decisive relevance for the growth or spreading of material cracks. Smaller cracks initially only grow slowly and, during their irregular growth, essentially follow the local microstructure of the material, as dictated, for example, by the grain boundaries of the structure. Only with increasing size does the increasing concentration of mechanical stresses at the crack tip develop a more regular and faster dynamic. The structure according to the invention, made up of areas of higher and lower strength, serves to influence the course of the crack during this critical transition to crack propagation in such a way that further growth or spreading is prevented or at least delayed. The extension of 0.01 to 10.0 mm is given by the greatest distance between two adjacent areas of higher strength, so that it is ensured in this way that a crack can grow to the maximum length of the extension without an area of higher strength hold true. This length is referred to below as the “critical” crack length. If the crack tip hits an area of higher strength, it is either completely blocked or at least deflected, so that further spreading is effectively prevented.

Die Struktur aus Bereichen höherer und geringerer Festigkeit kann durch eine lokale Verfestigung des Metalls erzeugt werden. Alternativ ist auch denkbar, eine derartige Wirkung für die Rissausbreitung durch eine lokale Verringerung der Festigkeit oder durch eine lokale Erhöhung der Duktilität zu erreichen. Wesentlich für den erwünschten technischen Effekt ist es, den Riss mit die Ausbreitung hemmenden Barrieren zu umgeben und so an einem weiteren Anwachsen bzw. einer weiteren Ausbreitung zu hindern. Denkbar ist auch, diesen Effekt durch eine lokale Härtung oder eine lokale Verringerung der Härte zu erzielen. Vorzugsweise wechseln sich die Bereiche in lateraler Richtung, d.h. parallel zur Oberfläche des Metallflachprodukts ab. Die Bereiche höherer und geringerer Festigkeit können sich über die gesamte Dicke des Metallflachprodukts erstrecken oder auch bezüglich der Tiefe eine Abfolge von festeren und weniger festen Bereichen bilden. Möglich ist auch, dass sich die Bereiche nur geringfügig in die Tiefe erstrecken, so dass gezielt eine Rissausbreitung entlang der Oberfläche vermieden werden kann.The structure of areas of higher and lower strength can be created by locally strengthening the metal. Alternatively, it is also conceivable to achieve such an effect for crack propagation by locally reducing the strength or by locally increasing the ductility. Essential for the desired The technical effect is to surround the crack with barriers that prevent it from spreading and thus prevent it from growing or spreading further. It is also conceivable to achieve this effect by locally hardening or locally reducing the hardness. The regions preferably alternate in the lateral direction, ie parallel to the surface of the flat metal product. The areas of higher and lower strength can extend over the entire thickness of the metal flat product or can also form a sequence of firmer and less firm areas with respect to depth. It is also possible that the areas only extend slightly in depth, so that crack propagation along the surface can be specifically avoided.

Bereiche höherer Festigkeit weisen im Vergleich zu Bereichen geringerer Festigkeit eine höhere Härte auf, so dass im Metallflachprodukt in seiner Längs- und Quererstreckung eine variierende Festigkeit respektive Härte vorliegt. Die Härte ist nach einschlägigen DIN-Normen ermittelbar. Bevorzugt weisen die Bereiche höherer Festigkeit eine Härte auf, die bezogen auf die Härte der Bereiche mit geringerer Festigkeit um mindestens 5% höher ist, besonders bevorzugt um mindestens 10% höher ist, insbesondere um mindestens 15% höher ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die Bereiche mit geringerer Festigkeit eine Erstreckung von 0,05 mm bis 5,0 mm, insbesondere 0,05 mm bis 3,0 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 2,0, besonders bevorzugt von 0,1 mm bis 1,0 mm auf.Areas of higher strength have a higher hardness than areas of lower strength, so that the longitudinal and transverse extent of the flat metal product has a varying strength or hardness. The hardness can be determined according to the relevant DIN standards. The areas of higher strength preferably have a hardness which, based on the hardness of the areas with lower strength, is at least 5% higher, particularly preferably is at least 10% higher, in particular is at least 15% higher. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the areas with lower strength have an extension of 0.05 mm to 5.0 mm, in particular 0.05 mm to 3.0 mm, preferably 0.1 mm to 2.0, particularly preferably of 0.1 mm to 1.0 mm.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen benachbarte Bereiche geringerer Festigkeit einen charakteristischen Abstand von 0,005 mm bis 5,0 mm, insbesondere von 0,025 mm bis 2,5 mm, vorzugsweise von 0,05 mm bis 0,5 mm auf. Besonders bevorzugt entspricht der charakteristische Abstand maximal der halben Erstreckung respektive maximal der halben Länge der Erstreckung des Bereichs mit geringerer Festigkeit.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, adjacent areas of lower strength have a characteristic distance of 0.005 mm to 5.0 mm, in particular 0.025 mm to 2.5 mm, preferably 0.05 mm to 0.5 mm. The characteristic distance particularly preferably corresponds to a maximum of half the extent or a maximum of half the length of the extent of the region with lower strength.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Bereiche höherer und geringerer Festigkeit durch lokales Laserglühen und/oder Laserhärten erzeugt oder werden durch Verfestigen mittels Strahlen, beispielsweise Kugelstrahlen erzeugt. Für die erfindungsgemäße Verfestigung steht dem Fachmann eine ganze Reihe von Möglichkeiten aus dem Stand der Technik zur Verfügung. Erfindungsgemäß bevorzugt wird die lokale Verfestigung durch mechanische und/oder thermische Behandlung erzeugt. Eine gezielte lokale Einbringung von Energie in das Metallflachprodukt kann beispielsweise in Form von Strahlung, insbesondere gebündelter Strahlung erfolgen. Denkbare Prozesse umfassen Beschuss mit Laser- oder Elektronenstrahlung oder lokale Plasmabehandlung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Verfestigung durch Beschuss mit einem lonenstrahl erzeugt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Metall lokal durch Strahlen, beispielsweise Kugelstrahlen verfestigt. Dabei werden durch das Auftreffen von stark beschleunigten makroskopischen Partikeln Fehlstellen im Material erzeugt, die durch die damit hervorgerufenen Eigenspannungen zu einer erhöhten Festigkeit führen. Eine derartige Wirkung lässt sich auch über dem Fachmann bekannte Methoden wie Laser Peening oder Laser Shock Peening erreichen.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the areas of higher and lower strength are generated by local laser annealing and / or laser hardening or are generated by solidifying by means of blasting, for example shot peening. For the consolidation according to the invention, a whole series of possibilities from the prior art are available to the person skilled in the art. According to the invention, the local solidification is preferably generated by mechanical and / or thermal treatment. A targeted local introduction of energy into the flat metal product can take place, for example, in the form of radiation, in particular focused radiation. Conceivable processes include bombardment with laser or electron beams or local plasma treatment. According to a further embodiment, the solidification is produced by bombardment with an ion beam. According to a further preferred embodiment, the metal is solidified locally by blasting, for example shot peening. The impact of strongly accelerated macroscopic particles creates defects in the material, which lead to increased strength due to the inherent stresses. Such an effect can also be achieved using methods known to those skilled in the art, such as laser peening or laser shock peening.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem ersten Schritt das Metallflachprodukt, insbesondere durch Walzprägen, mit einer Oberflächenstruktur aus Vertiefungen und Erhebungen versehen und in einem zweiten Schritt durch thermische Behandlung das Gefüge des Metallflachprodukts homogenisiert und in einem dritten Schritt durch Planwalzen der Oberflächenstruktur eine ebene Oberfläche hergestellt. Hierbei handelt es sich um eine vorteilhafte Kombination aus mechanischer und thermischer Behandlung. Die erfindungsgemäße lokale Verfestigung wird bei dieser Ausgestaltung über die plastische Verformung der Oberflächenstruktur, insbesondere durch eine plastische Verformung der Erhebungen erreicht. Im ersten Prozessschritt wird die gewünschte Oberflächentopografie aus Erhebungen und Vertiefungen erzeugt, wobei dem Fachmann hierfür eine große Vielfalt von methodischen Möglichkeiten zur Verfügung steht. Vorzugsweise wird die Oberflächenstruktur durch plastische Verformung, wie beispielsweise durch Prägen, erzeugt. Alternative Möglichkeiten sind das Abtragen von Material mittels mechanischer Bearbeitung, durch Abschmelzen oder Erodieren. Die Oberflächenstruktur kann alleine durch die Bildung von Vertiefungen geschaffen werden, wobei die Erhebungen durch die nicht vertieften Bereiche gebildet werden. Umgekehrt kann die Oberflächenstruktur auch alleine durch die Schaffung von lokalen Erhöhungen erzeugt werden, wobei die dazwischen liegenden Täler die entsprechenden Vertiefungen bilden. Erhöhungen dieser Art können durch Materialauftrag erzeugt werden, beispielsweise durch geeignet gewählte Beschichtungsverfahren oder Auftragsschweißen, mit denen sich die gewünschte Strukturgröße realisieren lässt. Bei den genannten alternativen Möglichkeiten kann der zweite Schritt der thermischen Behandlung entfallen. Möglich ist auch eine Kombination aus Materialauftrag, -abtrag und/oder plastischer Verformung. Werden die Vertiefungen durch Prägen, insbesondere Walzprägen hergestellt, beträgt die Einprägetiefe vorzugsweise 5 bis 40 Prozent, bevorzugt 10 bis 20 Prozent der Wandstärke des Metallflachprodukts. Dadurch wird vorteilhafterweise im dritten Schritt durch Planwalzen eine ausreichende Verfestigung des Metalls erzielt, ohne das Material dabei zu überlasten oder mit einer unerwünscht hohen Festigkeit zu versehen. Des Weiteren wird durch das Planwalzen eine gleichmäßige Dicke des Metalls erreicht, was für spätere Verarbeitungsprozesse vorteilhaft sein kann.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, in a first step the flat metal product, in particular by roll embossing, is provided with a surface structure comprising depressions and elevations, and in a second step the structure of the flat metal product is homogenized by thermal treatment and in a third step by flat rolling the surface structure created a flat surface. This is an advantageous combination of mechanical and thermal treatment. In this embodiment, the local solidification according to the invention is achieved by the plastic deformation of the surface structure, in particular by a plastic deformation of the elevations. In the first process step, the desired surface topography is created from surveys and recesses, whereby the skilled person has a wide variety of methodological options available for this. The surface structure is preferably produced by plastic deformation, for example by embossing. Alternative options are the removal of material by means of mechanical processing, by melting or eroding. The surface structure can be created solely by the formation of depressions, the elevations being formed by the non-recessed areas. Conversely, the surface structure can also be created solely by creating local elevations, the valleys in between forming the corresponding depressions. Increases of this type can be generated by applying material, for example by suitably chosen coating processes or build-up welding, with which the desired structure size can be realized. With the alternative possibilities mentioned, the second step of the thermal treatment can be omitted. A combination of material application, material removal and / or plastic deformation is also possible. If the depressions are produced by embossing, in particular roll embossing, the embossing depth is preferably 5 to 40 percent, preferably 10 to 20 percent, of the wall thickness of the flat metal product. This advantageously achieves sufficient solidification of the metal in the third step by face rolling, without overloading the material or providing it with an undesirably high strength. In addition, the flat rolling achieves a uniform thickness of the metal, which can be advantageous for later processing processes.

Nach der Erzeugung der Oberflächenstruktur wird im zweiten Prozessschritt durch Erwärmung eine Homogenisierung des Gefüges durchgeführt, wodurch vorzugsweise die Materialeigenschaften der erhöhten und vertieften Bereiche insbesondere einander angeglichen werden. Im dritten Prozessschritt wird die Oberflächenstruktur schließlich plangewalzt, wobei sich durch die plastische Verformung, insbesondere der Erhebungen die gewünschten Bereiche erhöhter Festigkeit ergeben.After the surface structure has been produced, the structure is homogenized in the second process step by heating, as a result of which the material properties of the raised and lowered areas are preferably matched to one another. In the third process step, the surface structure is finally flat-rolled, the desired areas of increased strength resulting from the plastic deformation, in particular the elevations.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberflächenstruktur durch rillenförmige Vertiefungen und rippenförmige Erhebungen gebildet. Der erfindungsgemäße risshemmende Effekt wird durch einen entsprechend gewählten Abstand der Rillen, bzw. Rippen realisiert. Vorzugsweise weisen die Rippen und/oder die Rillen dabei senkrecht zur Abstandsrichtung einen mäanderförmigen Verlauf auf, um zu verhindern, dass sich durch die Ausrichtung der Rillen/Rippen eine Vorzugsrichtung für die Rissausbreitung ergibt.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the surface structure is formed by groove-shaped depressions and rib-shaped elevations. The crack-inhibiting effect according to the invention is realized by an appropriately selected spacing of the grooves or ribs. The ribs and / or the grooves preferably have a meandering course perpendicular to the distance direction in order to prevent the direction of the grooves / ribs from giving a preferred direction for the crack propagation.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberflächenstruktur durch rasterartig angeordnete Vertiefungen gebildet, die durch ein Netzwerk von stegartigen Erhebungen voneinander getrennt sind.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the surface structure is formed by recesses arranged in a grid-like manner, which are separated from one another by a network of web-like elevations.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jede Vertiefung vollständig von einer stegartigen Erhebung eingeschlossen. Dadurch wird erreicht, dass die Bereiche mit geringerer Festigkeit, die sich nach der Homogenisierung und dem abschließenden Planwalzen gebildet haben, entsprechend vollständig von einem Bereich höherer Festigkeit, welcher die Matrix definiert, eingeschlossen sind. Auf diese Weise ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass ein Riss, der sich in dem Bereich mit der geringeren Festigkeit gebildet hat, bei seinem weiteren Wachstum zwangsläufig auf eine Barriere aus verfestigtem Material trifft und auf diese Weise effektiv an weiterem Wachstum gehindert wird.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, each recess is completely enclosed by a web-like elevation. It is thereby achieved that the areas of lower strength which have formed after the homogenization and the final flat rolling are correspondingly completely enclosed by an area of higher strength which defines the matrix. In this way, it is advantageously ensured that a crack that has formed in the area with the lower strength inevitably encounters a barrier made of solidified material as it continues to grow and is effectively prevented from further growth in this way.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bilden die Vertiefungen und Erhebungen ein gleichmäßiges Raster, insbesondere ein quadratisches oder hexagonales Raster.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the depressions and elevations form a uniform grid, in particular a square or hexagonal grid.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Übergang zwischen den Vertiefungen und Erhebungen durch schräg ansteigende Flanken gebildet. Derartige Flanken lassen sich beispielsweise durch ein entsprechend gewähltes Prägemuster erzeugen, wobei die Flankensteigung des Prägemusters symmetrisch oder auch unsymmetrisch sein kann. Letztere Möglichkeit kann beispielsweise für einen Walzprozess dazu benutzt werden, eine unsymmetrische (d.h. unsymmetrisch bezüglich der Walzrichtung) Materialverdrängung zu kompensieren. Durch die Flanken kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die Oberflächenstruktur beim anschließenden Planwalzen gleichmäßig eingeebnet wird, ohne dass sich unter dem ausgeübten Druck Material übereinander schiebt. Durch das Planwalzen der insbesondere schrägen Flanken werden beispielsweise Übergangsbereiche zwischen den Bereichen höherer und geringerer Festigkeit erzeugt. Durch die Schräge der Flanken (Flankensteigung, Steigungswinkel) und insbesondere in Verbindung mit der Einprägetiefe ergibt sich eine Breite des Übergangsbereichs.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, a transition between the depressions and elevations is formed by obliquely rising flanks. Flanks of this type can be generated, for example, by an appropriately selected embossing pattern, it being possible for the slope of the embossing pattern to be symmetrical or also asymmetrical. The latter option can be used for a rolling process, for example, to compensate for an asymmetrical (i.e. asymmetrical with respect to the rolling direction) material displacement. The flanks can advantageously ensure that the surface structure is evenly leveled during the subsequent flat rolling without material being pushed over one another under the pressure exerted. The flat rolling of the particularly inclined flanks creates, for example, transition areas between the areas of higher and lower strength. The bevel of the flanks (flank pitch, pitch angle) and especially in connection with the embossing depth results in a width of the transition area.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Übergang zwischen den Vertiefungen und Flanken und/oder zwischen den Flanken und Erhebungen durch abgerundete Kanten gebildet. Durch entsprechend groß gewählte Radien der abgerundeten Kanten können Materialquetschungen beim Planwalzen vorteilhafterweise verhindert werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung haben die Radien eine Größe von 10 bis 200 Prozent, vorzugsweise 100 Prozent der Einprägetiefe.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the transition between the depressions and flanks and / or between the flanks and elevations is formed by rounded edges. Correspondingly large radii of the rounded edges can advantageously prevent material crushing during face rolling. According to a particularly preferred embodiment, the radii have a size of 10 to 200 percent, preferably 100 percent, of the embossing depth.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein kumulierter Flächenanteil der Bereiche mit geringerer Festigkeit an der Gesamtfläche des Metallflachproduktes von 10 % bis 40 %, insbesondere 12 % bis 35 %, vorzugsweise von 15 % bis 30 % eingestellt, wobei der Rest des Flächenanteils durch die Bereiche mit höherer Festigkeit (Matrix) und optional durch die Übergangsbereiche gebildet wird. Die optionalen Übergangsbereiche können einen kumulierten Flächenanteil zwischen 0 % und 40 %, insbesondere 5 % und 35 %, vorzugsweise zwischen 10 % und 30 % aufweisen.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, a cumulative area share of the areas with lower strength in the total area of the flat metal product is set from 10% to 40%, in particular 12% to 35%, preferably from 15% to 30%, the rest of the area share is formed by the areas with higher strength (matrix) and optionally by the transition areas. The optional transition areas can have a cumulative area share between 0% and 40%, in particular 5% and 35%, preferably between 10% and 30%.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der erste und zweite Schritt im Wesentlichen gleichzeitig, insbesondere durch Warmwalzprägen, durchgeführt. Auf diese Weise lässt sich die Erzeugung der Vertiefungen und Erhebungen vorteilhafterweise mit der Homogenisierung des Materials in einem einzigen Schritt verbinden.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the first and second steps are carried out essentially simultaneously, in particular by hot rolling embossing. In this way, the generation of the depressions and elevations can advantageously be combined with the homogenization of the material in a single step.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem dritten Schritt eine Beschichtung des Metallflachprodukts mit einem anorganischen oder organischen Überzug, insbesondere mit einem Korrosionsschutzüberzug, durchgeführt und/oder vor dem ersten Schritt eine Beizbehandlung des Metallflachprodukts durchgeführt. Durch die anfängliche Beizbehandlung können Zunderreste von der Oberfläche entfernt werden, so dass deren störende Einflüsse auf den weiteren Herstellungsprozess vorteilhafterweise vermieden werden.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, a coating of the Flat metal product with an inorganic or organic coating, in particular with a corrosion protection coating, carried out and / or pickling treatment of the flat metal product before the first step. The initial pickling treatment allows scale residues to be removed from the surface, so that their disruptive influences on the further manufacturing process are advantageously avoided.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein rissbeständiges Werkstück oder Halbzeug vorgeschlagen, aufweisend insbesondere abwechselnde Bereiche höherer und geringerer Festigkeit, wobei die Bereiche mit geringerer Festigkeit eine Erstreckung von 0,01 mm bis 10,0 mm aufweisen. Dadurch, dass die Struktur aus insbesondere abwechselnden Bereichen höherer und geringerer Festigkeit eine Erstreckung aufweist, die gezielt auf die kritische Risslänge ausgerichtet ist, bei der ein Risswachstum einsetzt, weist das Werkstück oder Halbzeug die eingangs in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren dargelegten Vorteile auf.To solve the problem mentioned at the outset, a crack-resistant workpiece or semifinished product is also proposed, in particular having alternating areas of higher and lower strength, the areas with lower strength having an extent of 0.01 mm to 10.0 mm. Because the structure, in particular from alternating areas of higher and lower strength, has an extension that is specifically aimed at the critical crack length at which crack growth begins, the workpiece or semifinished product has the advantages set out at the outset in relation to the method according to the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Werkstücks oder Halbzeugs ist ein kumulierter Flächenanteil der Bereiche geringerer Festigkeit an der Gesamtfläche des Werkstücks oder Halbzeugs von 10 % bis 40 %, insbesondere 12 % bis 35 %, vorzugsweise von 15 % bis 30 % eingestellt, wobei der Rest des Flächenanteils durch Bereiche höherer Festigkeit bzw. durch den Bereich höherer Festigkeit (Matrix) und optional durch Übergangsbereiche gebildet ist. Die optionalen Übergangsbereiche können einen kumulierten Flächenanteil zwischen 0 % und 40 %, insbesondere 5 % und 35 %, vorzugsweise zwischen 10 % und 30 % aufweisen.According to an advantageous embodiment of the workpiece or semifinished product, a cumulative area share of the areas of lower strength in the total area of the workpiece or semifinished product is set from 10% to 40%, in particular 12% to 35%, preferably from 15% to 30%, the rest of the Area share is formed by areas of higher strength or by the area of higher strength (matrix) and optionally by transition areas. The optional transition areas can have a cumulative area share between 0% and 40%, in particular 5% and 35%, preferably between 10% and 30%.

Das erfindungsgemäß hergestellte Werkstück oder Halbzeug eignet sich bevorzugt für die Herstellung von Bauteilen mit hohen Anforderungen an die Betriebsfestigkeit. Vorzugsweise erfolgt die Herstellung der Bauteile mittels Kaltumformung. Die Bauteile können im straßen- und/oder schienengebundenen Fahrzeugbau, beispielsweise im Fahrwerksbereich, und/oder in der Infrastruktur, insbesondere im Bausektor, beispielsweise im Brückenbau, verwendet werden.The workpiece or semi-finished product produced according to the invention is preferably suitable for the production of components with high demands on operational strength. The components are preferably produced by cold forming. The components can be used in road and / or rail-bound vehicle construction, for example in the chassis area, and / or in the infrastructure, in particular in the construction sector, for example in bridge construction.

Alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend genannten vorteilhaften Ausgestaltungen können bei der Vorrichtung allein oder in Kombination die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben vorteilhaften Merkmale und Ausgestaltungen Anwendung finden.As an alternative or in addition to the advantageous configurations mentioned above, the advantageous features and configurations described in connection with the method according to the invention can be used in the device alone or in combination.

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt schematisch Bereiche höherer und geringerer Festigkeit eines Metallflachprodukts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 schematically shows areas of higher and lower strength of a flat metal product according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 2 zeigt schematisch eine Oberflächenstruktur, wie sie im ersten Schritt einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden kann. 2nd shows schematically a surface structure as it can be generated in the first step of a possible embodiment of the method according to the invention.
  • 3a zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung das Profil einer Oberflächenstruktur, wie sie im ersten Schritt einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden kann. 3a shows in a schematic sectional view the profile of a surface structure as it can be generated in the first step of a possible embodiment of the method according to the invention.
  • 3b zeigt die geometrische Form einer Vertiefung, wie sie im ersten Schritt einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden kann. 3b shows the geometric shape of a depression, as can be generated in the first step of a possible embodiment of the method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.In the different figures, the same parts are always provided with the same reference numerals and are therefore usually only named or mentioned once.

In 1 sind schematisch Bereiche 2, 3 höherer und geringerer Festigkeit eines Metallflachprodukts 1 gemäß einer möglichen Ausführung der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform bilden einzelne Bereiche 3 mit geringerer Festigkeit und insbesondere hoher Duktilität eine wabenartige hexagonale Struktur, bei der jeder Bereich 3 mit geringerer Festigkeit vollständig von dem zusammenhängenden Bereich 2 mit höherer Festigkeit (Matrix) umgeben ist, der gegenüber den darin eingebetteten Bereichen 3 mit geringerer Festigkeit eine höhere Festigkeit respektive Härte aufweist. Der Übergang zwischen den Bereichen 2, 3 wird jeweils durch ringförmige Übergangsbereiche 4 gebildet, in denen die Festigkeit bzw. Duktilität zu- bzw. abnimmt. Die Übergangsbereiche 4 sind dabei zwischen den Bereichen 2, 3 angeordnet und weisen eine Breite 4` auf.In 1 are schematic areas 2nd , 3rd higher and lower strength of a flat metal product 1 shown according to a possible embodiment of the invention. In this embodiment, individual areas form 3rd with lower strength and in particular high ductility a honeycomb hexagonal structure in which every area 3rd with less strength completely from the contiguous area 2nd surrounded by higher strength (matrix) compared to the areas embedded therein 3rd with lower strength has a higher strength or hardness. The transition between areas 2nd , 3rd is in each case by annular transition areas 4th formed in which the strength or ductility increases or decreases. The transition areas 4th are between the areas 2nd , 3rd arranged and have a width 4` on.

Die Bereiche 2, 3 bilden (z.B. entlang der Hilfslinie 8) einen Verlauf von abwechselnd festen und weniger festen Abschnitten. Die charakteristische Längenskala der Struktur ist dabei im Wesentlichen durch die Wabengröße, also die Erstreckung 5, gegeben, die im Bereich von 0,01 mm bis 10,0 mm liegt. Alternativ lässt sich die Längenskala der Struktur über einen charakteristischen Abstand 6 zwischen den Bereichen 3 mit geringerer Festigkeit charakterisieren, der in der dargestellten Ausführungsform etwa halb so groß ist wie die Länge von der Erstreckung 5. Da der Bereich 2 mit höherer Festigkeit der Matrix des Metallflachprodukts 1 entspricht, ist der charakteristische Abstand 6 als „kürzester“ Abstand zwischen zwei Bereichen 3 mit geringer Festigkeit definiert bzw. entspricht dem Abstand zwischen zwei diagonal zueinander angeordneten Bereichen 3 respektive zwischen zwei Waben mit geringerer Festigkeit. Liegt ein Übergangsbereich 4 vor, ist dementsprechend auch eine Breite 4` definiert. Die Länge der Erstreckung 5 und die Länge des charakteristischen Abstands 6 werden in etwa auf halber Breite 4` ermittelt. Mit anderen Worten gehen sowohl in die Länge der Erstreckung 5 wie auch in die Länge des charakteristischen Abstands 6 jeweils die Breite 4' ein.The areas 2nd , 3rd form (e.g. along the auxiliary line 8th ) a course of alternating fixed and less fixed sections. The characteristic length scale of the structure is essentially due to the honeycomb size, i.e. the extent 5 , which is in the range of 0.01 mm to 10.0 mm. Alternatively, the length scale of the structure can be set over a characteristic distance 6 between the areas 3rd characterize with lower strength, which in the illustrated embodiment is approximately half the length of the extension 5 . Because the area 2nd with higher strength of the matrix of the metal flat product 1 is the characteristic distance 6 as the "shortest" distance between two areas 3rd defined with low strength or corresponds to the distance between two diagonally arranged areas 3rd or between two honeycombs with lower strength. There is a transition area 4th accordingly, there is a width accordingly 4` Are defined. The length of the extension 5 and the length of the characteristic distance 6 be about halfway across 4` determined. In other words, both go into the length of the extension 5 as well as in the length of the characteristic distance 6 each the width 4 ' on.

Der in 1 abgebildete Riss 7 hat noch nicht die kritische Risslänge erreicht, ab der das selbstverstärkende Wechselspiel aus Rissvergrößerung und zunehmender Spannungskonzentration an der Rissspitze einsetzt. Dadurch, dass die Erstreckung 5 in einem Bereich von 0,01 mm bis 10,0 mm liegt, ist gewährleistet, dass der Riss vor dem Erreichen der kritischen Risslänge auf einen Bereich 2 mit höherer Festigkeit trifft, bzw. wie in der 1 dargestellt, in den Übergangsbereich 4 zwischen den Bereichen 2, 3 hineinläuft. Die Bereiche 2 bzw. der Bereich 2 mit höherer Festigkeit bilden bzw. bildet also Barrieren für das weitere Risswachstum und wirken als „Rissstopper“. Dieser Effekt wird durch eine gezielte, stark lokalisierte Behandlung des Materials des Metallflachprodukts 1 erreicht, ohne dass dafür eine globale Erhöhung der Festigkeit und damit eine umfassende Veränderung der Eigenschaften (z.B. Verformbarkeit) des Metallflachprodukts 1 notwendig wäre.The in 1 pictured crack 7 has not yet reached the critical crack length at which the self-reinforcing interplay of crack enlargement and increasing stress concentration at the crack tip begins. Because of the extension 5 is in a range from 0.01 mm to 10.0 mm, it is ensured that the crack reaches an area before reaching the critical crack length 2nd hits with higher strength, or as in the 1 shown in the transition area 4th between the areas 2nd , 3rd runs in. The areas 2nd or the area 2nd with higher strength form or form barriers for further crack growth and act as a “crack stopper”. This effect is achieved through a targeted, highly localized treatment of the material of the flat metal product 1 achieved without a global increase in strength and thus a comprehensive change in the properties (e.g. deformability) of the flat metal product 1 would be necessary.

In 2 ist schematisch eine Oberflächenstruktur abgebildet, wie sie im ersten Schritt einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden kann. Die Oberfläche eines Metallprodukts wird dabei mit den dargestellten sechseckigen Vertiefungen 9 mit einer lateralen Ausdehnung 13 von 1 mm versehen. Die Vertiefungen 9 sind auf der Oberfläche in Form eines hexagonalen Rasters angeordnet, wobei die Breite 14 der dazwischen liegenden Bereiche 10, welche der „späteren“ Matrix des Metallflachprodukts 1 entsprechen, d.h. der Abstand 14 zwischen den Vertiefungen 9 0,5 mm beträgt. Die von den Vertiefungen 9 gebildete Oberflächenstruktur wird dem Metallprodukt gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Prozessschritt durch eine entsprechend strukturierte Walze eingeprägt. In einem zweiten Schritt wird das strukturierte Metallprodukt durch Erwärmen homogenisiert, so dass die beim Walzen durch die plastische Verformung erzeugten Festigkeitsunterschiede zwischen den vertieften und erhöhten Bereichen 9, 10 angeglichen werden. In einem dritten Schritt wird dann die Oberflächenstruktur plan gewalzt, wobei sich durch die plastische Verformung, insbesondere der erhöhten Bereiche 10 eine Verfestigung des Materials ergibt, so dass die vormals erhöhten Bereiche 10 eine größere Festigkeit aufweisen. Auf diese Weise lässt sich ein Metallflachprodukt 1 mit Bereichen unterschiedlicher Festigkeiten ähnlich wie in 1 herstellen, der den erfindungsgemäßen Rissstopp-Effekt hervorruft.In 2nd a surface structure is schematically depicted as it can be generated in the first step of a possible embodiment of the method according to the invention. The surface of a metal product is shown with the hexagonal depressions 9 with a lateral extension 13 of 1 mm. The wells 9 are arranged on the surface in the form of a hexagonal grid, the width 14 of the areas in between 10th which is the "later" matrix of the flat metal product 1 correspond, ie the distance 14 between the wells 9 Is 0.5 mm. The one from the wells 9 The surface structure formed is impressed on the metal product in accordance with a possible embodiment of the method according to the invention in a first process step by a correspondingly structured roller. In a second step, the structured metal product is homogenized by heating, so that the differences in strength produced by the plastic deformation during rolling between the recessed and raised areas 9 , 10th be adjusted. In a third step, the surface structure is then rolled flat, with the plastic deformation, in particular the raised areas 10th solidification of the material results in the previously raised areas 10th have greater strength. In this way, a flat metal product can be made 1 with areas of different strengths similar to in 1 produce which causes the crack stop effect according to the invention.

In 3a ist schematisch eine Schnittansicht einer Oberflächenstruktur dargestellt, wie sie im ersten Schritt einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden kann. Die Wandstärke 18 des Metallprodukts beträgt bei dieser beispielhaften Ausführungsform 2 mm. In einer bevorzugten Ausführungsform werden sowohl an der Ober-, als auch an der Unterseite des Metallprodukts durch Walzprägen Vertiefungen 9 erzeugt, wobei die Vertiefungen 9 deckungsgleich vorgesehen werden können. Denkbar ist auch nur ein einseitiges Walzprägen. Um einen ausreichenden Verfestigungseffekt im Metallflachprodukt 1 zu erzielen, gleichzeitig jedoch das Material nicht zu überlasten oder durch übermäßige Verfestigung unbrauchbar für eine spätere Anwendung zu machen, sollte die Einprägetiefe 15 dabei generell 5 bis 40 Prozent der Wandstärke 18 betragen. Im dargestellten Beispiel beträgt die Einprägetiefe 15 0,2 mm und damit 10 Prozent der Wandstärke 18. Die laterale Ausdehnung 13 der Vertiefungen 9 beträgt 1 mm, die Breite 14 der dazwischen liegenden Stege 10 beträgt 0,5 mm. Die Vertiefungen 9 weisen beim Übergang zu den Stegen 10 Flanken 11 auf, deren genaue geometrische Form in 3b im Detail dargestellt wird. Die laterale Ausdehnung 13 umfasst neben der Vertiefung auch die Flanken 11 jeweils in ihrer Breite.In 3a a schematic sectional view of a surface structure is shown, as can be generated in the first step of a possible embodiment of the method according to the invention. The wall thickness 18th of the metal product is 2 mm in this exemplary embodiment. In a preferred embodiment, indentations are formed on the top as well as on the underside of the metal product by roller stamping 9 generated, the wells 9 can be provided congruent. Only one-sided roll embossing is also conceivable. For a sufficient solidification effect in the flat metal product 1 To achieve, but at the same time not to overload the material or make it unusable for later use due to excessive solidification, the embossing depth should 15 generally 5 to 40 percent of the wall thickness 18th be. In the example shown, the embossing depth is 15 0.2 mm and thus 10 percent of the wall thickness 18th . The lateral extent 13 of the wells 9 is 1 mm, the width 14 the webs in between 10th is 0.5 mm. The wells 9 point at the transition to the webs 10th Flanks 11 whose exact geometric shape is in 3b is shown in detail. The lateral extent 13 includes the flanks as well as the deepening 11 each in their width.

In 3b ist schematisch die geometrische Form einer Vertiefung 9 dargestellt, wie sie im ersten Schritt einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden kann. Die Flanken 11 weisen hier einen Steigungswinkel von 45° auf, wobei die Übergänge 17 zwischen dem Boden der Vertiefung 9 und der Flanke 11 mit einem Radius 16 von 0,2 mm abgerundet ist. Die Oberkante der Vertiefung 9 weist eine Abrundung 17' von ebenfalls 0,2 mm auf. Durch die abgerundeten Kanten 17, 17' wird vermieden, dass es beim anschließenden Planwalzen zu Materialquetschungen kommt.In 3b is a schematic of the geometric shape of a depression 9 shown how it can be generated in the first step of a possible embodiment of the method according to the invention. The flanks 11 here have a slope angle of 45 °, with the transitions 17th between the bottom of the depression 9 and the flank 11 with a radius 16 is rounded by 0.2 mm. The top edge of the depression 9 has a rounding 17 ' of also 0.2 mm. Due to the rounded edges 17th , 17 ' it is avoided that material crushing occurs during the subsequent face rolling.

Der vorstehend in 1 beschriebene Verlauf der Festigkeit lässt sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines rissbeständigen Metallflachprodukts 1 erzeugen, insbesondere mit einer ebenen Oberfläche, wobei das Metallflachprodukt 1 durch lokale Verfestigung des Metallprodukts mit insbesondere einander abwechselnden Bereichen 2, 3 höherer und geringerer Festigkeit versehen wird, wobei Bereiche 3 geringerer Festigkeit eine Erstreckung 5 von 0,01 mm bis 10,0 mm aufweisen. Die in den 2, 3a und 3b beschriebenen Oberflächenstrukturen werden als Zwischenerzeugnis einer Ausführungsform eines solchen Herstellungsverfahrens gebildet. Als Endprodukt eines solchen Verfahrens wird ein rissbeständiges Werkstück oder Halbzeug 1 erzeugt, aufweisend insbesondere abwechselnde Bereiche 2, 3 höherer und geringerer Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche 3 geringerer Festigkeit eine Erstreckung 5 von 0,01 mm bis 10,0 mm aufweisen. Das Werkstück oder Halbzeug 1 weist einen kumulierten Flächenanteil der Bereiche 3 mit geringerer Festigkeit an der Gesamtfläche des Werkstücks oder Halbzeugs 1 von 10 % bis 40 % auf, wobei der Rest des Flächenanteils durch Bereiche 2 mit höherer Festigkeit bzw. durch den Bereich 2 höherer Festigkeit (Matrix) und optional durch Übergangsbereiche 4 gebildet ist. Die optionalen Übergangsbereiche 4 können einen kumulierten Flächenanteil zwischen 0 % und 40 % aufweisen.The above in 1 The course of strength described can be carried out using a method for producing a crack-resistant flat metal product 1 generate, especially with a flat surface, the metal flat product 1 through local solidification of the metal product, in particular with alternating areas 2nd , 3rd higher and lower strength is provided, areas 3rd lower strength an extension 5 from 0.01 mm to 10.0 mm. The in the 2nd , 3a and 3b Surface structures described are formed as an intermediate product of an embodiment of such a manufacturing process. As the end product of one The process becomes a crack-resistant workpiece or semi-finished product 1 generated, in particular alternating areas 2nd , 3rd higher and lower strength, characterized in that areas 3rd lower strength an extension 5 from 0.01 mm to 10.0 mm. The workpiece or semi-finished product 1 shows a cumulative area share of the areas 3rd with less strength on the entire surface of the workpiece or semi-finished product 1 from 10% to 40%, with the rest of the area divided by areas 2nd with higher strength or through the area 2nd higher strength (matrix) and optionally through transition areas 4th is formed. The optional transition areas 4th can have a cumulative area share between 0% and 40%.

BezugszeichenlisteReference list

11
Metallflachprodukt, Werkstück, HalbzeugFlat metal product, workpiece, semi-finished product
22nd
Bereich höherer Festigkeit (Matrix)Higher strength area (matrix)
33rd
Bereich geringerer FestigkeitLower strength area
44th
Übergangsbereich zunehmender/abnehmender FestigkeitTransition area of increasing / decreasing strength
4`4`
Breite des ÜbergangsbereichesWidth of the transition area
55
Erstreckung (der Bereiche mit geringerer Festigkeit)Extension (the areas with less strength)
66
charakteristischer Abstand (zwischen Bereichen mit geringerer Festigkeit, kürzester Abstand zwischen Bereichen mit geringerer Festigkeit)characteristic distance (between areas with lower strength, shortest distance between areas with lower strength)
77
RissCrack
88th
HilfslinieAuxiliary line
99
Vertiefungdeepening
1010th
ErhebungSurvey
1111
FlankeFlank
1212th
FlankenwinkelFlank angle
1313
Laterale Ausdehnung der VertiefungLateral expansion of the depression
1414
Breite des StegsWidth of the bridge
1515
EinprägetiefeEmbossing depth
1616
Radius der abgerundeten KantenRadius of the rounded edges
1717th
abgerundete Kante am Boden der Vertiefungrounded edge at the bottom of the recess
17`17`
abgerundete Oberkante der Vertiefungrounded top edge of the recess
1818th
WandstärkeWall thickness

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102016103539 A1 [0003]DE 102016103539 A1 [0003]

Claims (17)

Verfahren zur Herstellung eines rissbeständigen Metallflachprodukts (1), insbesondere mit einer ebenen Oberfläche, wobei das Metallflachprodukt (1), insbesondere durch lokale Verfestigung des Metallflachprodukts (1), mit insbesondere einander abwechselnden Bereichen (2, 3) höherer und geringerer Festigkeit versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche (3) geringerer Festigkeit eine Erstreckung (5) von 0,01 mm bis 10,0 mm aufweisen.Method for producing a crack-resistant flat metal product (1), in particular with a flat surface, the flat metal product (1), in particular by locally solidifying the flat metal product (1), being provided with alternating regions (2, 3) of higher and lower strength, characterized in that areas (3) of lower strength have an extent (5) of 0.01 mm to 10.0 mm. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche (3) geringerer Festigkeit eine Erstreckung (5) von 0,1 mm bis 1,0 mm aufweisen.Procedure according to Claim 1 , characterized in that areas (3) of lower strength have an extension (5) of 0.1 mm to 1.0 mm. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Bereiche (3) geringerer Festigkeit einen charakteristischen Abstand (6) von 0,005 mm bis 5,0 mm, vorzugsweise von 0,05 mm bis 0,5 mm aufweisen.Procedure according to Claim 1 or 2nd , characterized in that adjacent areas (3) of lower strength have a characteristic distance (6) of 0.005 mm to 5.0 mm, preferably 0.05 mm to 0.5 mm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (2, 3) höherer und geringerer Festigkeit durch lokales Laserglühen und/oder Laserhärten erzeugt werden oder durch Verfestigen mittels Kugelstrahlen erzeugt werden.Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the areas (2, 3) of higher and lower strength are generated by local laser annealing and / or laser hardening or by solidification by means of shot peening. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt das Metallflachprodukt (1), insbesondere durch Walzprägen, mit einer Oberflächenstruktur aus Vertiefungen (9) und Erhebungen (10) versehen wird und in einem zweiten Schritt durch thermische Behandlung das Gefüge des Metallflachprodukts (1) homogenisiert wird und in einem dritten Schritt durch Planwalzen der Oberflächenstruktur eine ebene Oberfläche hergestellt wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that in a first step the flat metal product (1), in particular by roller stamping, is provided with a surface structure of depressions (9) and elevations (10) and in a second step the structure of the flat metal product (1) is homogenized by thermal treatment and in a third step, a flat surface is produced by flat rolling the surface structure. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur durch rillenförmige Vertiefungen und rippenförmige Erhebungen gebildet wird.Procedure according to Claim 5 , characterized in that the surface structure is formed by groove-shaped depressions and rib-shaped elevations. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur durch rasterartig angeordnete Vertiefungen (9) gebildet wird, die durch ein Netzwerk von stegartigen Erhebungen (10) voneinander getrennt sind.Procedure according to Claim 5 characterized in that the surface structure is formed by grid-like depressions (9) which are separated from one another by a network of web-like elevations (10). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Vertiefung (9) vollständig von einer stegartigen Erhebung (10) eingeschlossen ist.Procedure according to Claim 7 , characterized in that each recess (9) is completely enclosed by a web-like elevation (10). Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (9) und Erhebungen (10) ein gleichmäßiges Raster, insbesondere ein quadratisches oder hexagonales Raster bilden.Procedure according to one of the Claims 7 or 8th , characterized in that the depressions (9) and elevations (10) form a uniform grid, in particular a square or hexagonal grid. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen den Vertiefungen (9) und Erhebungen (10) durch schräg ansteigende Flanken (11) gebildet wird.Procedure according to one of the Claims 5 to 9 , characterized in that the transition between the depressions (9) and elevations (10) is formed by obliquely rising flanks (11). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen den Vertiefungen (9) und Flanken (11) und/oder zwischen den Flanken (11) und Erhebungen (10) durch abgerundete Kanten (17, 17') gebildet wird.Procedure according to one of the Claims 5 to 10th , characterized in that the transition between the depressions (9) and flanks (11) and / or between the flanks (11) and elevations (10) is formed by rounded edges (17, 17 '). Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein kumulierter Flächenanteil der Bereiche (3) mit geringerer Festigkeit an der Gesamtfläche des Metallflachproduktes (1) von 10 % bis 40 % eingestellt wird, wobei der Rest des Flächenanteils durch Bereiche (2) höherer Festigkeit und optional durch Übergangsbereiche (4) gebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a cumulative area share of the areas (3) with lower strength on the total area of the flat metal product (1) is set from 10% to 40%, the rest of the area share being increased by areas (2) Strength and optionally formed by transition areas (4). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Schritt im Wesentlichen gleichzeitig, insbesondere durch Warmwalzprägen, durchgeführt werden.Procedure according to one of the Claims 5 to 12th , characterized in that the first and second steps are carried out essentially simultaneously, in particular by hot rolling embossing. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem dritten Schritt eine Beschichtung des Metallflachprodukts durchgeführt wird und/oder vor dem ersten Schritt eine Beizbehandlung des Metallflachprodukts durchgeführt wird.Procedure according to one of the Claims 5 to 13 , characterized in that after the third step a coating of the flat metal product is carried out and / or before the first step a pickling treatment of the flat metal product is carried out. Rissbeständiges Werkstück oder Halbzeug (1), aufweisend insbesondere abwechselnde Bereiche (2, 3) höherer und geringerer Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche (3) geringerer Festigkeit eine Erstreckung (5) von 0,01 mm bis 10,0 mm aufweisen.Crack-resistant workpiece or semifinished product (1), in particular having alternating areas (2, 3) of higher and lower strength, characterized in that areas (3) of lower strength have an extent (5) of 0.01 mm to 10.0 mm. Rissbeständiges Werkstück oder Halbzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Werkstück oder Halbzeug (1) ein kumulierter Flächenanteil der Bereiche (3) geringerer Festigkeit an der Gesamtfläche des Werkstücks oder Halbzeugs (1) von 10 % bis 40 % eingestellt ist, wobei der Rest des Flächenanteils durch Bereiche (2) höherer Festigkeit und optional durch Übergangsbereiche (4) gebildet ist.Crack-resistant workpiece or semi-finished product Claim 15 , characterized in that on the workpiece or semifinished product (1) a cumulative area share of the areas (3) of lesser strength on the total area of the workpiece or semifinished product (1) is set from 10% to 40%, the rest of the area share being defined by areas (2 ) higher strength and optionally formed by transition areas (4). Verwendung des Werkstücks oder Halbzeugs (1) nach einem der Ansprüche 15 oder 16 als insbesondere kaltumgeformtes Bauteil im straßen- und/oder schienengebundenen Fahrzeugbau, beispielsweise im Fahrwerksbereich, und/oder in der Infrastruktur, insbesondere im Bausektor, beispielsweise im Brückenbau.Use of the workpiece or semi-finished product (1) according to one of the Claims 15 or 16 as a cold-formed component in particular in road and / or rail-bound vehicle construction, for example in the chassis area, and / or in the infrastructure, in particular in the construction sector, for example in bridge construction.
DE102018217015.0A 2018-10-04 2018-10-04 Process for producing a crack-resistant flat metal product and crack-resistant workpiece or semi-finished product Withdrawn DE102018217015A1 (en)

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