DE102019118884A1 - Verfahren zur Herstellung eines partiell pressgehärteten und mit einer Zinkbeschichtung versehenen Blechformteils - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines partiell pressgehärteten und mit einer Zinkbeschichtung versehenen Blechformteils Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines partiell pressgehärteten und mit einer Zinkbeschichtung versehenen Blechformteils, umfassend die Schritte:- Bereitstellen einer ebenen Platine, die aus einem zinkbeschichteten und umwandlungsverzögerten Stahlblech gebildet ist;- Erwärmen der Platine mit folgenden Teilschritten:(I) homogenes Erwärmen der Platine auf eine erste Temperatur (T1) oberhalb Ac1;(II) partielles Erwärmen der Platine, wobei zumindest ein zu härtender Bereich (H) der Platine weiter auf eine zweite Temperatur (T2) oberhalb Ac3 erwärmt wird, und gleichzeitiges partielles Abkühlen der Platine, wobei zumindest ein nicht zu härtender Bereich (W) der Platine auf eine dritte Temperatur (T3) unterhalb Ac1 abgekühlt wird;(III) partielles Abkühlen der Platine, wobei der zu härtende Bereich (H) der Platine auf eine vierte Temperatur (T4) unterhalb Ac1 abgekühlt wird, und gleichzeitiges partielles Erwärmen der Platine, wobei der nicht zu härtende Bereich (W) der Platine auf eine fünfte Temperatur (T5) oberhalb der dritten Temperatur (T3) und unterhalb Ac1 erwärmt wird;- Umformen der erwärmten Platine zu einem Blechformteil und gleichzeitiges Presshärten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines partiell pressgehärteten und mit einer Zinkbeschichtung versehenen Blechformteils.
  • Beim sogenannten Presshärten wird ein härtbares Stahlblechmaterial (im Folgenden auch nur als Stahlblech bezeichnet) durch Erwärmen (oberhalb der Ac3-Temperatur) austenitisiert und während einer anschließenden Formgebung in einem Presshärtewerkzeug so rasch abgekühlt (wobei wenigstens die kritische Abkühl- bzw. Härtegeschwindigkeit erreicht werden muss), dass es zu einer Abschreckhärtung durch martensitische Gefügeumwandlung kommt, wodurch hohe Festigkeiten von über 1500 MPa erzielbar sind.
  • Beim sogenannten indirekten Presshärten wird zunächst aus einer Platine ein Blechformteil vorgeformt, dann durch Erwärmen austenitisiert und anschließend in ein Presshärtewerkzeug eingelegt, wo es ohne oder mit einer nur sehr geringen Umformung durch rasches Abkühlen pressgehärtet wird. Beim sogenannten direkten Presshärten wird eine Platine durch Erwärmen austenitisiert und dann (ohne Vorformung) in ein Presshärtewerkzeug eingelegt, wo im Wesentlichen gleichzeitig die Umformung und Presshärtung erfolgt.
  • Zum vorausgehend erläuterten Stand der Technik wird bspw. auf den einleitenden Beschreibungsteil der DE 10 2017 110 864 B3 verwiesen.
  • Ferner ist es bekannt, sogenannte partiell pressgehärtete Blechformteile herzustellen, wobei die Blechformteile nicht vollständig, sondern nur partiell, d. h. bereichs- bzw. zonenweise, pressgehärtet werden und somit auch Zonen bzw. Bereiche mit geringerer Festigkeit und höherer Duktilität aufweisen (auch als Weichbereiche bezeichnet). Um Bereiche zu erhalten, die im Wesentlichen ungehärtet bleiben sollen, können diese Bereiche beim Erwärmen abgeschirmt werden, wie bspw. in der DE 10 2009 023 195 B4 oder DE 10 2013 212 816 B4 beschrieben. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Presshärtewerkzeug so zu gestalten, dass in den betreffenden Bereichen beim Presshärten die kritische Abkühlgeschwindigkeit nicht erreicht wird, wie bspw. in der DE 10 2009 020 423 A1 beschrieben.
  • Ferner ist es bekannt, das Ausgangsblechmaterial mit einer zinkbasierten, d. h. im Wesentlichen Zink aufweisenden Korrosionsschutzbeschichtung (im Folgenden auch nur als Zinkbeschichtung bezeichnet) zu versehen, sodass die damit hergestellten pressgehärteten Blechformteile einen kathodischen Korrosionsschutz besitzen. Hierfür wurden spezielle Stahlbleche entwickelt, wie bspw. in der DE 20 2004 021 264 U1 beschrieben.
  • Solche zinkbeschichteten Stahlbleche eignen sich sehr gut für das indirekte Presshärten. Beim direkten Presshärten kann es allerdings zu Rissen in der Zinkbeschichtung kommen, die mitunter tief in das Stahlblechmaterial hineinreichen. Um dies zu vermeiden, können Stahlbleche aus einem sogenannten umwandlungsverzögerten Stahlwerkstoff (im Folgenden auch als umwandlungsverzögertes Stahlblech bezeichnet) eingesetzt werden, die, insbesondere nach einem sogenannten Vorkühlen, auch noch bei tieferen Temperaturen (unterhalb Ac1) presshärtbar sind, wodurch solche Risse vermieden werden. Durch die Umwandlungsverzögerung liegt selbst bei diesen relativ niedrigen Temperaturen noch ein austenitisches Gefüge vor, sodass beim Presshärten eine zuverlässige Abschreckhärtung durch martensitische Gefügeumwandlung erzielt werden kann. Dies ist bspw. in der DE 10 2014 105 519 B4 und DE 10 2015 118 869 A1 beschrieben. In der DE 10 2014 114 394 B3 ist eine Vorkühleinrichtung beschrieben.
  • Es hat sich nun allerdings gezeigt, dass die oben genannten Maßnahmen zur Herstellung eines partiell pressgehärteten Blechformteils bei Verwendung eines zinkbeschichteten und umwandlungsverzögerten Stahlblechs aus sehr unterschiedlichen Gründen nicht geeignet sind.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung eines partiell pressgehärteten Blechformteils durch direktes Presshärten bei Verwendung eines zinkbeschichteten und umwandlungsverzögerten Stahlblechs anzugeben.
  • Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden, in dieser Reihefolge auszuführenden Schritte:
    • - Bereitstellen einer ebenen Platine, die aus einem zinkbeschichteten und umwandlungsverzögerten Stahlblech gebildet ist;
    • - Erwärmen der Platine (wobei zumindest ein Bereich der Platine austenitisiert wird);
    • - Umformen der erwärmten Platine zu einem Blechformteil und gleichzeitiges Presshärten (direktes Presshärten).
  • Erfindungsgemäß umfasst das Erwärmen der Platine die folgenden, in dieser Reihefolge auszuführenden Teilschritte bzw. Erwärmungs(teil)schritte:
    • - (I) homogenes Erwärmen der Platine auf eine erste Temperatur (T1) oberhalb Ac1;
    • - (II) partielles (d. h. bereichsweises bzw. zonenweises) Erwärmen der Platine, wobei zumindest ein zu härtender Bereich der Platine weiter auf eine zweite Temperatur (T2) oberhalb Ac3 erwärmt wird, und gleichzeitiges partielles (d. h. bereichsweises bzw. zonenweises) Abkühlen der Platine, wobei zumindest ein nicht zu härtender Bereich der Platine auf eine dritte Temperatur (T3) unterhalb Ac1 abgekühlt wird, sodass die Platine Bereiche mit unterschiedlichen bzw. voneinander verschiedenen Temperaturen aufweist;
    • - (III) partielles Abkühlen der Platine, wobei der (zumindest eine) zu härtende Bereich der Platine auf eine vierte Temperatur (T4) unterhalb Ac1 abgekühlt wird, und gleichzeitiges partielles Erwärmen der Platine, wobei der (zumindest eine) nicht zu härtende Bereich der Platine auf eine fünfte Temperatur (T5) oberhalb der dritten Temperatur (T3) und unterhalb Ac1 erwärmt wird, sodass sich die Temperaturen innerhalb der Platine (d. h. in den Bereichen mit voneinander verschiedenen Temperaturen) annähern und insbesondere im Wesentlichen angleichen (s. u.).
  • Bei einem umwandlungsverzögerten Stahlblech handelt es sich um ein härtbares Stahlblech aus einem umwandlungsverzögerten Stahlwerkstoff, der aufgrund seiner Legierungszusammensetzung eine verzögerte martensitische Gefügeumwandlung aufweist. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass dieser Stahlwerkstoff eine deutlich niedrigere Martensitstarttemperatur (Ms « Ac1), bei der die martensitische Gefügeumwandlung beginnt, aufweist und/oder über ein größeres Zeitfenster, nach der die martensitische Gefügeumwandlung beginnt, verfügt. Bei dem umwandlungsverzögerten Stahlwerkstoff handelt es sich bspw. um 20MnB8 oder einen hierzu vergleichbaren Stahlwerkstoff. Das Stahlblech kann eine Ausgangsblechdicke zwischen 0,8 mm und 3,0 mm aufweisen. Die Zinkbeschichtung kann in üblicher Schichtdicke durch Schmelztauchbeschichten oder elektrolytisches Beschichten aufgebracht sein. Die Zinkbeschichtung kann einseitig oder beidseitig aufgebracht sein. Bei dem herzustellenden Blechformteil handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeugbauteil und insbesondere um ein Karosseriebauteil.
  • Bei der Ac1-Temperatur beginnt die Austenitbildung. Die Ac1-Temperatur ist werkstoffspezifisch und kann für einen umwandlungsverzögerten Stahlwerkstoff (z. B. 20MnB8) in etwa 723°C betragen. Bei der Ac3-Temperatur ist die Austenitbildung abgeschlossen, d. h., oberhalb der Ac3-Temperatur liegt ein rein austenitisches Gefüge vor. Die Ac3-Temperatur ist werkstoffspezifisch und kann für einen umwandlungsverzögerten Stahlwerkstoff in etwa 840°C betragen. Zwischen der Ac1-Temperatur und der Ac3-Temperatur liegt ein Austenit enthaltendes Mischgefüge vor.
  • Die Erfindung sieht also vor, dass die Platine (in einem ersten Teilschritt) zunächst homogen, d. h. gleichmäßig auf eine erste Temperatur (T1) oberhalb der Ac1-Temperatur erwärmt wird, wobei insbesondere die Ac3-Temperatur nicht überschritten wird, sodass sich ein Austenit enthaltendes Mischgefüge bildet. Währenddessen kann sich zum einen auf der (gesamten) Zinkbeschichtung eine schützende Oxidationsschutzschicht ausbilden und zum anderen kann sich zwischen der Zinkbeschichtung und dem eigentlichen Stahlblech eine Diffusionsschicht (welche die Verbindung zwischen Zinkschicht und Stahlblech begünstigt) ausbilden (siehe hierzu auch entsprechende Erläuterungen in der DE 20 2004 021 264 U1 ).
  • Die Erfindung sieht ferner (in einem zweiten und dritten Teilschritt) vor, dass der wenigstens eine zu härtende Bereich im Weiteren zunächst auf eine zweite Temperatur (T2) oberhalb der Ac3-Temperatur erwärmt wird, sodass sich ein im Wesentlichen rein austenitisches Gefüge bildet, und dass dieser Bereich anschließend auf eine vierte Temperatur (T4) unterhalb der Ac1-Temperatur abgekühlt wird, wobei aufgrund der Umwandlungsverzögerung noch keine Martensitbildung erfolgt. Gleichzeitig hierzu wird der wenigstens eine nicht zu härtende Bereich zunächst auf eine dritte Temperatur (T3) unterhalb der Ac1 - Temperatur abgekühlt (wobei idealerweise die werkstoffspezifische Martensitstarttemperatur Ms nicht unterschritten wird; d. h. T3 ≥ Ms) und anschließend wieder auf eine fünfte Temperatur (T5) oberhalb der dritten Temperatur (T3) und unterhalb der Ac1-Temperatur erwärmt (d. h.: T3 < T5 < Ac1). Hierbei werden die im ersten Teilschritt entstandenen bzw. gebildeten austenitischen Gefügeanteile abgebaut bzw. rückgebildet, sodass insbesondere hauptsächlich Ferrit und/oder Zementit vorliegt, wobei durchaus auch Perlit und/oder Bainit vorliegen und/oder zumindest enthalten sein kann.
  • Der Erwärmungsvorgang umfasst somit drei Teilschritte bzw. Stufen. Am Ende des Erwärmungsvorgangs weist die erwärmte bzw. aufgeheizte Platine also wenigstens einen Bereich auf, in dem ein (unterkühltes) austenitisches Gefüge, insbesondere ein im Wesentlichen rein austenitisches Gefüge, vorliegt, und wenigstens einen Bereich, in dem ein nicht-austenitisches Gefüge, insbesondere ein ferritisches, zementitisches perlitisches und/oder bainitisches Gefüge (s. o.), vorliegt. Beim anschließenden Presshärten kommt es dann nur im Bereich bzw. in Bereichen mit austenitischem Gefüge zu einer martensitischen Gefügeumwandlung.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt die Herstellung eines partiell pressgehärteten Blechformteils aus einem zinkbeschichteten und umwandlungsverzögerten Stahlblech. Aufgrund eines kurzen Erwärmungsvorgangs ergeben sich, insbesondere in der Serienfertigung, auch energetische und wirtschaftliche Vorteile. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass im ersten Teilschritt die erste Temperatur (T1) sehr hoch gewählt werden kann (s. u.), woraus ein sehr günstiges Aufheizverhalten resultiert.
  • Während des dritten bzw. letzten Teilschritts der Erwärmung ist vorgesehen, dass sich die Temperaturen innerhalb der Platine annähern, worunter vorzugsweise verstanden wird, dass der Temperaturunterschied (Temperaturspreizung) am Ende des Erwärmungsvorgangs nicht mehr als 30 K, bevorzugt nicht mehr als 20 K und insbesondere nicht mehr als 10 K beträgt. Somit werden thermische Spannungen in der Platine abgebaut, was sich vorteilig auf die Eigenschaften des Blechformteils auswirkt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die fünfte Temperatur (im nicht zu härtenden Bereich) der vierten Temperatur (im zu härtenden Bereich) entspricht, sodass sich die Temperaturunterschiede in der Platine im Wesentlichen ausgleichen. Mit anderen Worten: im dritten Teilschritt der Erwärmung kann eine (thermische) Homogenisierung der Platine auf die vierte Temperatur (T4) erfolgen.
  • Für das Erwärmen der Platine sind bevorzugt folgende Temperaturfenster vorgesehen, die insbesondere für einen 20MnB8 oder einen hierzu vergleichbaren Stahlwerkstoff geeignet sind:
    • - erste Temperatur (T1) von 800°C bis 840°C (d. h. T1 = 800°C bis 840°C), wobei die erste Temperatur (T1) die Ac3-Temperatur nicht übersteigt;
    • - zweite Temperatur (T2) von 870°C bis 910°C (d. h. T2 = 870°C bis 910°C), womit die zweite Temperatur in etwa wenigstens 30 K oberhalb der Ac3-Temperatur liegt, sodass sich ein rein austenitisches Gefüge ausbildet;
    • - dritte Temperatur (T3) von 350°C bis 470°C (d. h. T3 = 350°C bis 470°C); und
    • - vierte Temperatur (T4) und fünfte Temperatur (T5) von 680°C bis 720°C (d. h. T4 = 680°C bis 720 C und T5 = 680°C bis 720°C), wobei die vierte Temperatur (T4) und auch die fünfte Temperatur (T5) unterhalb der Ac1-Temperatur liegen.
  • Für das Erwärmen der Platine sind bevorzugt folgende Zeitfenster, vorgesehen, die insbesondere für einen 20MnB8 oder einen hierzu vergleichbaren Stahlwerkstoff geeignet sind, wobei die Platine bzw. die betreffenden Bereiche innerhalb dieser Zeitfenster auf die vorgesehene Temperatur (s. o.) erwärmt oder abkühlt und gegebenenfalls auch bei dieser Temperatur gehalten werden können:
    • - 280 s [Sekunden] bis 320 s [Sekunden] für den ersten Teilschritt (I);
    • - 30 s bis 50 s für den zweiten Teilschritt (II); und
    • - 60 s bis 100 s für den dritten Teilschritt (III).
  • Bevorzugt gehen diese Zeitfenster mit entsprechenden Ofenverweilzeiten einher. Wie bereits erläutert, ist der gesamte Erwärmungsvorgang kurz, sodass sich sowohl energetische als auch wirtschaftliche Vorteile ergeben.
  • Die erwärmte Platine kann vor dem Umformen und Presshärten auf eine sechste Temperatur bzw. Vorkühltemperatur (T6) vorgekühlt werden (wobei gilt: T6 < T5 bzw. T6 < T4). Aufgrund der Umwandlungsverzögerung ist auch nach dem Vorkühlen noch eine martensitische Gefügeumwandlung möglich. Durch das Vorkühlen können Risse in der Zinkbeschichtung vermieden werden, wie obenstehend bereits erläutert. Für die sechste Temperatur bzw. Vorkühltemperatur (T6) ist bevorzugt ein Temperaturfenster von 520°C bis 580°C vorgesehen (d. h. T6 = 520°C bis 580°C).
  • Zum Erwärmen der Platine werden bevorzugt Durchlauföfen verwendet, d. h., beim Erwärmen der Platine werden die einzelnen Erwärmungsteilschritte in Öfen, insbesondere in elektrisch und/oder mit Gas betriebenen Öfen, ausgeführt, die als Durchlauföfen ausgebildet sind.
  • Eine Anlage zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei diese Anlage insbesondere zur Serienfertigung (Serienanlage) von pressgehärteten und mit einer Zinkbeschichtung versehenen Blechformteilen vorgesehen ist, umfasst zumindest die folgenden Stationen bzw. Einrichtungen:
    • - einen ersten Ofen, der so ausgebildet und/oder eingerichtet ist, dass ebene Platinen, die aus einem zinkbeschichteten und umwandlungsverzögerten Stahlblech gebildet sind, homogen auf eine erste Temperatur (T1) oberhalb Ac1 erwärmt werden;
    • - einen zweiten Ofen, der so ausgebildet und/oder eingerichtet ist, dass bei jeder aus dem ersten Ofen kommenden Platine zumindest ein zu härtender Bereich der Platine weiter auf eine zweite Temperatur (T2) oberhalb Ac3 erwärmt wird und gleichzeitig zumindest ein nicht zu härtender Bereich der Platine auf eine dritte Temperatur (T3) unterhalb Ac1 abgekühlt wird;
    • - einen dritten Ofen, der so ausgebildet und/oder eingerichtet ist, dass bei jeder aus dem zweiten Ofen kommenden Platine der (zumindest eine) zu härtende Bereich der Platine auf eine vierte Temperatur (T4) unterhalb Ac1 abgekühlt wird und gleichzeitig der (zumindest eine) nicht zu härtende Bereich der Platine auf eine fünfte Temperatur (T5) oberhalb der dritten Temperatur (T3) und unterhalb Ac1 erwärmt wird;
    • - ein Presshärtewerkzeug, in dem die (aus dem dritten Ofen oder gegebenenfalls auch aus einer Vorkühlstation kommenden) erwärmten Platine zu Blechformteilen umgeformt und gleichzeitig pressgehärtet werden.
  • Bevorzugt sind diese Stationen in einer Durchlaufrichtung für die Platinen in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet. Im Übrigen gelten die vorausgehenden Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Verfahren analog für die Anlage.
  • Die Öfen können eine elektrisch und/oder mit Gas betriebene Heizung aufweisen. Der erste und/oder der dritte Ofen können als reine Heizöfen ausgebildet sein, sodass eine im Ofen befindliche Platine auf eine eingestellte Ofentemperatur erwärmt und/oder abgekühlt wird. Der zweite Ofen kann als Heiz- und Kühlofen (Heiz-Kühl-Kombination) ausgebildet sein, sodass eine im Ofen befindliche Platine innerhalb eines kurzen Zeitfensters (von bspw. 30 s bis 50 s; s. o.) in wenigstens einem Bereich erwärmt und gleichzeitig in wenigstens einem anderen Bereich, bspw. durch Anblasen mit Kühlluft, aktiv gekühlt werden kann.
  • Bevorzugt sind alle drei Öfen (d. h. der erste Ofen, der zweite Ofen und der dritte Ofen) als Durchlauföfen ausgebildet. Bevorzugt sind diese Öfen in Durchlaufrichtung direkt (d. h. ohne Beabstandung und somit lückenlos) aneinandergereiht, sodass die zu erwärmenden Platinen von einem Ofen in den nächsten Ofen durchlaufen können. Die drei Öfen können auch zu einem Ofen, insbesondere einem Durchlaufofen mit mehreren Sektionen, zusammengefasst sein.
  • Die Anlage kann ferner eine Vorkühlstation, in der die zuvor in den Öfen erwärmten Platinen vor dem Umformen und Presshärten im Presshärtewerkzeug auf eine sechste Temperatur (T6) vorgekühlt bzw. zwischengekühlt werden, umfassen. Eine geeignete Vorkühleinrichtung ist bspw. in der DE 10 2014 114 394 B3 beschrieben. Bevorzugt ist diese Vorkühlstation in Durchlaufrichtung zwischen dem dritten Ofen und dem Presshärtewerkzeug angeordnet.
  • Die Anlage kann ferner wenigstens einen Transferroboter oder dergleichen, der bspw. den Platinentransfer zwischen den Öfen oder zwischen dem dritten Ofen und der Vorkühlstation bewerkstelligt, und/oder wenigstens einen Handlingroboter oder dergleichen, der bspw. das Einlegen der erwärmten Platinen in das Presshärtewerkzeug und/oder das Entnehmen der Blechformteile aus dem Presshärtewerkzeug bewerkstelligt, umfassen, sodass die Anlage vollautomatisiert betrieben werden kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung anhand einer besonders bevorzugten Ausführungsmöglichkeit (best mode) näher erläutert.
    • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Anlage zur Serienfertigung von partiell pressgehärteten und mit einer Zinkbeschichtung versehenen Blechformteilen.
    • 2 veranschaulicht schematisch den Temperaturverlauf bei der erfindungsgemäßen Herstellung eines partiell pressgehärteten und mit einer Zinkbeschichtung versehenen Blechformteils in der Anlage der 1.
  • Zu der in 1 gezeigten Anlage 100 gehört ein erster Ofen 110, ein zweiter Ofen 120, ein dritter Ofen 130, eine Vorkühlstation 140 und ein Presshärtewerkzeug 150, das in einer nicht gezeigten Presse eingebaut ist. Die Anlage 100 kann ferner wenigstens einen nicht gezeigten Transfer- und/oder Handlingroboter aufweisen. Die Öfen 110, 120, 130 sind als Durchlauföfen mit Transportrollen oder Transportwalzen und die Vorkühlstation 140 ist beispielhaft als Luftdusche für eine kontaktlose Vorkühlung (auch als Zwischenkühlung bezeichnet) ausgebildet. Der zweite Ofen 120 ist als Heiz- und Kühlofen ausgebildet (wie oben beschrieben).
  • Die bereitgestellten ebenen Platinen 10 sind aus einem zinkbeschichteten und umwandlungsverzögerten Stahlblech (z. B. 20MnB8) gebildet. Die Platinen 10 durchlaufen die Anlage 100 in einer Durchlaufrichtung D und werden zunächst in drei Teilschritten (I), (II) und (III) in den Öfen 110, 120, 130 erwärmt (wie nachfolgend noch näher erläutert), dann in der Vorkühlstation 140 vorgekühlt und danach im Presshärtewerkzeug 150 zu Blechformteilen 20 umgeformt und gleichzeitig pressgehärtet (sogenanntes direktes Presshärten). Die hergestellten Blechformteile 20 sind nur partiell pressgehärtet, weisen also wenigstens einen Bereich geringerer Festigkeit und höherer Duktilität auf, und sind mit einer vor Korrosion schützenden Zinkbeschichtung versehen. Bei den hergestellten Blechformteilen 20 handelt es sich bevorzugt um Kraftfahrzeugbauteile und insbesondere um Karosseriebauteile.
  • In 2 ist anhand einer nicht maßstabsgerechten Darstellung der Temperatur-ZeitVerlauf bei der Herstellung eines partiell pressgehärteten Blechformteils 20 in der Anlage 100 veranschaulicht. Während des Platinentransfers kommt es zu einer Abkühlung der Platinen 10, was durch gepunktete Linienabschnitte angedeutet ist.
  • Im ersten Ofen 110 bzw. beim ersten Teilschritt (I) wird die Platine 10 innerhalb eines bevorzugten Zeitfensters von 280 s bis 320 s homogen auf eine erste Temperatur T1 oberhalb Ac1, jedoch nicht höher als Ac3, erwärmt. Dabei bildet sich ein Austenit enthaltendes Mischgefüge bzw. ein Mischgefüge mit austenitischen Gefügeanteilen aus. Für die erste Temperatur T1 ist ein bevorzugtes Temperaturfenster von 800°C bis 840°C vorgesehen. Die Ofentemperatur im ersten Ofen 110 ist entsprechend eingestellt.
  • Im zweiten Ofen 120 bzw. beim zweiten Teilschritt (II) erfolgt innerhalb eines bevorzugten Zeitfensters von 30 s bis 50 s ein partielles Erwärmen der Platine 10, wobei zumindest ein zu härtender Bereich H der Platine 10 weiter auf eine zweite Temperatur T2 oberhalb Ac3 erwärmt wird. Gleichzeitig erfolgt auch ein partielles Abkühlen der Platine 10, wobei zumindest ein nicht zu härtender Bereich W der Platine 10 auf eine dritte Temperatur T3 unterhalb Ac1 abgekühlt wird, insbesondere durch aktive Kühlung bspw. mittels Kühlluft. Am Ausgang des zweiten Ofens 120 weist die Platine 10 somit Bereiche H und W mit unterschiedlichen bzw. voneinander verschiedenen Temperaturen auf. Für die zweite Temperatur T2 ist ein bevorzugtes Temperaturfenster von 870°C bis 910°C und für die dritte Temperatur T3 ist bevorzugtes Temperaturfenster von 350°C bis 470°C vorgesehen.
  • Im dritten Ofen 130 bzw. beim dritten Teilschritt (III) erfolgt innerhalb eines bevorzugten Zeitfensters von 60 s bis 100 s ein partielles Abkühlen der Platine 10, wobei der zumindest eine zu härtende Bereich H der Platine 10 auf eine vierte Temperatur T4 unterhalb Ac1 abgekühlt wird. Gleichzeitig erfolgt auch ein partielles Erwärmen des zumindest einen nicht zu härtenden Bereichs W der Platine 10 auf eine fünfte Temperatur T5 oberhalb der dritten Temperatur T3 und unterhalb Ac1.
  • Dabei nähern sich die unterschiedlichen Temperaturen in den Bereichen H und W der Platine 10 an, sodass am Ausgang des dritten Ofens 130 die Temperaturspreizung innerhalb der Platine 10 bzw. zwischen den Bereichen H und W bevorzugt nur wenige Kelvin beträgt (bspw. nicht mehr als 30 K). Insbesondere gleichen sich die Temperaturunterschiede in etwa aus, wie aus 2 ersichtlich. Die partielle Abkühlung und Erwärmung der Platine 10 im dritten Ofen 130 erfolgt insbesondere derart, dass sich die Temperaturen in den betreffenden Bereichen H und W einer eingestellten Ofentemperatur annähern. Sowohl für die vierte Temperatur T4 als auch für die fünfte Temperatur T5 sind bevorzugte Temperaturfenster von 680°C bis 720°C vorgesehen, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die vierte Temperatur T4 und die fünfte Temperatur T5 identisch sind und in etwa der eingestellten Ofentemperatur entsprechen.
  • Beim Erwärmen des zu härtenden Bereichs bzw. der zu härtenden Bereiche H im zweiten Ofen 120 bildet sich wegen der Überschreitung der Ac3-Temperatur ein rein austenitisches Gefüge aus, das aufgrund der Umwandlungsverzögerung auch beim anschließenden Abkühlen unter Ac1 im dritten Ofen 130 zunächst erhalten bleibt. Dieses rein austenitische Gefüge bleibt aufgrund der Umwandlungsverzögerung auch noch beim Abkühlen in der Vorkühlstation 140 erhalten, wobei für die sechste Temperatur T6 (Vorkühltemperatur) ein bevorzugtes Temperaturfenster von 520°C bis 580°C vorgesehen ist. In dem wenigstens einen nicht zu härtenden Bereich W erfolgt durch das Abkühlen im zweiten Ofen 120 und anschließende Erwärmen im dritten Ofen 130 ein Abbau bzw. eine Rückbildung der im ersten Ofen 110 entstandenen austenitischen Gefügeanteile, wie oben erläutert. Beim anschließenden Umformen und Presshärten im Presshärtewerkzeug 150 kommt es dann nur im Bereich bzw. in Bereichen H mit austenitischem Gefüge zu einer martensitischen Gefügeumwandlung. Die Entnahmetemperatur aus dem Presshärtewerkzeug 150 liegt bevorzugt unterhalb einer werkstoffspezifischen Martensit-Finish-Temperatur Mf.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Platine
    20
    Blechformteil
    100
    Anlage
    110
    erster Ofen
    120
    zweiter Ofen
    130
    dritter Ofen
    140
    Vorkühlstation
    150
    Presshärtewerkzeug
    D
    Durchlaufrichtung
    H
    Bereich
    T1
    erste Temperatur
    T2
    zweite Temperatur
    T3
    dritte Temperatur
    T4
    vierte Temperatur
    T5
    fünfte Temperatur
    T6
    sechste Temperatur
    W
    Bereich
    (I)
    Teilschritt
    (II)
    Teilschritt
    (III)
    Teilschritt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017110864 B3 [0004]
    • DE 102009023195 B4 [0005]
    • DE 102013212816 B4 [0005]
    • DE 102009020423 A1 [0005]
    • DE 202004021264 U1 [0006, 0015]
    • DE 102014105519 B4 [0007]
    • DE 102015118869 A1 [0007]
    • DE 102014114394 B3 [0007, 0029]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines partiell pressgehärteten und mit einer Zinkbeschichtung versehenen Blechformteils (20), umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer ebenen Platine (10), die aus einem zinkbeschichteten und umwandlungsverzögerten Stahlblech gebildet ist; - Erwärmen der Platine (10) mit folgenden Teilschritten: (I) homogenes Erwärmen der Platine (10) auf eine erste Temperatur (T1) oberhalb Ac1; (II) partielles Erwärmen der Platine (10), wobei zumindest ein zu härtender Bereich (H) der Platine (10) weiter auf eine zweite Temperatur (T2) oberhalb Ac3 erwärmt wird, und gleichzeitiges partielles Abkühlen der Platine (10), wobei zumindest ein nicht zu härtender Bereich (W) der Platine (10) auf eine dritte Temperatur (T3) unterhalb Ac1 abgekühlt wird; (III) partielles Abkühlen der Platine (10), wobei der zu härtende Bereich (H) der Platine (10) auf eine vierte Temperatur (T4) unterhalb Ac1 abgekühlt wird, und gleichzeitiges partielles Erwärmen der Platine (10), wobei der nicht zu härtende Bereich (W) der Platine (10) auf eine fünfte Temperatur (T5) oberhalb der dritten Temperatur (T3) und unterhalb Ac1 erwärmt wird; - Umformen der erwärmten Platine (10) zu einem Blechformteil (20) und gleichzeitiges Presshärten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erwärmen der Platine (10) im dritten Teilschritt (III) die fünfte Temperatur (T5) der vierten Temperatur (T4) entspricht, sodass sich die Temperaturen innerhalb der Platine (10) ausgleichen.
  3. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (10) aus einem umwandlungsverzögerten 20MnB8-Stahlwerkstoff gebildet ist.
  4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Erwärmen der Platine (10) folgende Temperaturfenster vorgesehen sind: - erste Temperatur (T1) von 800°C bis 840°C; - zweite Temperatur (T2) von 870°C bis 910°C; - dritte Temperatur (T3) von 350°C bis 470°C; und - vierte Temperatur (T4) und fünfte Temperatur (T5) von 680°C bis 720°C.
  5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Erwärmen der Platine (10) folgende Zeitfenster vorgesehen sind: - 280 s bis 320 s für den ersten Teilschritt (I); - 30 s bis 50 s für den zweiten Teilschritt (II); und - 60 s bis 100 s für den dritten Teilschritt (III).
  6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erwärmte Platine (10) vor dem Umformen und Presshärten auf eine sechste Temperatur (T6) vorgekühlt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für das Vorkühlen der Platine (10) folgendes Temperaturfenster vorgesehen ist: - sechste Temperatur (T6) von 520°C bis 580°C.
  8. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erwärmen der Platine (10) Durchlauföfen (110, 120, 130) verwendet werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4283004A1 (de) * 2022-05-24 2023-11-29 ThyssenKrupp Steel Europe AG Blechformteil mit verbesserten verarbeitungseigenschaften

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EP4283004A1 (de) * 2022-05-24 2023-11-29 ThyssenKrupp Steel Europe AG Blechformteil mit verbesserten verarbeitungseigenschaften
WO2023227454A1 (de) * 2022-05-24 2023-11-30 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Blechformteil mit verbesserten verarbeitungseigenschaften

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