DE102020116126A1 - Verfahren zum Presshärten von warmumformbaren Platinen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Presshärten von Platinen (1) aus warmumformbarem Stahl mit folgenden Verfahrensschritten:- eine blanke, unbeschichtete Platine (1) wird durch eine Erwärmungszone (3) transportiert und auf Austenitisierungstemperatur erwärmt,- während der Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur wird Sauerstoffzutritt verhindert,- die so erwärmte Platine (1) wird unter Vermeidung von Sauerstoffzutritt auf eine Temperatur unter Austenitisierungstemperatur, aber über Martensitstarttemperatur abgekühlt (Zwischenkühlung) (4),- die Platine (1) wird nachfolgend innerhalb weniger Sekunden in ein Warmumformwerkzeug (5) eingebracht, in dem Werkzeug (5) umgeformt und pressgehärtet,- die umgeformte Platine (1) wird aus dem Werkzeug entnommen und anderweitig abgelegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Presshärten von Platinen aus warmumformbarem Stahl.
  • Im Stand der Technik ist es bekannt, Platinen, beispielsweise von einem Stahlband, abzuteilen und diese Platinen dann sukzessive in einen Ofen einzubringen, in welchem die Erwärmung der einzelnen Platinen auf Austenitisierungstemperatur oder etwas höher erfolgt. Nach entsprechender Erwärmung der Platinen werden diese in ein Umform- und Presshärtewerkzeug eingebracht. Das umgeformte Bauteil wird anschließend aus dem Werkzeug entnommen und beispielsweise gelagert.
  • Es ist auch bekannt, die Platinen, nach der Fertigung aus dem Stahlband, zunächst kaltumzuformen und einen Formbeschnitt der Platinen in einem Werkzeug vorzunehmen. Nachfolgend erfolgt dann wiederum die Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur und die Übergabe in ein Umform- und Härtewerkzeug, in welchem das umgeformte Bauteil gehärtet wird.
  • Es ist bekannt, unbeschichtete Platinen Presshärten zu lassen, wobei dann nachträglich sehr aufwendig Zunder entfernt werden muss, z.B. mittels Strahlen des Bauteils.
  • Bisher werden üblicherweise nur beschichtete Platinen eingesetzt, die beispielsweise eine Korrosionsschutzbeschichtung, insbesondere eine Al-Si Beschichtung, eine Zinkbeschichtung oder eine Beschichtung aus einem nicht metallischem Schutzlack (X-tec) aufweisen. Solche Beschichtungen dienen dazu, eine Zunderbildung während der Erwärmung und vor dem Umformschritt zu vermeiden.
  • Nachteil einer solchen Korrosionsschutzbeschichtung ist, dass sie zusätzliche Kosten verursacht, wobei zudem möglicherweise das Umformwerkzeug durch solche Beschichtungen verunreinigt wird, sodass es einem höheren Verschleiß unterliegt.
  • Auch ist nachteilig, dass durch eine Korrosionsschutzbeschichtung gegebenenfalls eine Wasserstoffversprödung der Platinen erfolgt.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gattungsgemäßer Art zu schaffen, welches kostengünstig eingesetzt werden kann, um pressgehärtete Umformteile zu erzeugen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Presshärten von Platinen aus warmumformbarem Stahl mit folgenden Verfahrensschritten vor:
    • - eine blanke, unbeschichtete Platine wird durch eine Erwärmungszone transportiert und kontinuierlich oder auch diskontinuierlich mindestens teilweise mindestens auf Austenitisierungstemperatur erwärmt,
    • - während der Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur wird Sauerstoffzutritt verhindert,
    • - die so erwärmte Platine wird unter Vermeidung von Sauerstoffzutritt auf eine Temperatur unter Austenitisierungstemperatur, aber über Martensitstarttemperatur abgekühlt (Zwischenkühlung),
    • - die Platine wird nachfolgend innerhalb weniger Sekunden und vor weiterer Abkühlung auf Martensitstarttemperatur in ein Warmumformwerkzeug eingebracht, in dem Werkzeug umgeformt und zumindest in Teilbereichen pressgehärtet,
    • - die umgeformte Platine wird aus dem Werkzeug entnommen und anderweitig abgelegt.
  • Durch den Einsatz von blanken, unbeschichteten Platinen wird ein wesentlicher Kostenvorteil erreicht, weil nämlich auf eine Beschichtung verzichtet wird. Ein weiterer Vorteil wird dadurch erreicht, dass die Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur dadurch schneller zu erreichen ist, als bei beschichteten Platinen. Hiermit wird also eine erhebliche Energieersparnis erreicht. Auch ist das Material ohne zusätzliche Korrosionsschutzbeschichtung kostengünstiger zu beschaffen.
  • Des Weiteren tritt eine Wasserstoffversprödung aufgrund einer Beschichtung nicht auf.
  • Um sicherzustellen, dass keine Zunderbildung erfolgt, erfolgt die Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur ohne Sauerstoffzutritt. Des Weiteren wird die auf Austenitisierungstemperatur erwärmte Platine unter weiterer Vermeidung von Sauerstoffzutritt auf eine Temperatur unterhalb der Austenitisierungstemperatur, aber oberhalb der Martensitstarttemperatur abgekühlt. Anschließend wird die Platine unmittelbar innerhalb kürzester Zeit, also innerhalb weniger Sekunden, beispielsweise von ein bis fünf Sekunden, nach Verlassen der Kühlzone, in das Warmumformwerkzeug eingebracht, in diesem umgeformt und pressgehärtet.
  • Dadurch, dass ein Sauerstoffzutritt weitestgehend vermieden wird, wird auch eine Verzunderung vermieden. Es kommt allenfalls zu einer dünnen Oxidschichtbildung, die für die weitere Verarbeitung unschädlich ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird also die Aufwärmzeit auf Austenitisierungstemperatur verkürzt. Auch ist das unbeschichtete Material kostengünstiger zu beschaffen als beschichtetes Material, und ein Problem der Wasserstoffversprödung tritt hierbei nicht auf.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Platine in einem Durchlaufofen erwärmt wird.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass die Platine durch einen Rollenherdofen transportiert und erwärmt wird.
  • Dadurch, dass die Platinen unbeschichtet sind, fällt ein geringerer Verschluss der Rollen im Rollenherdofen an, da die Rollen nicht durch das Beschichtungsmaterial beschädigt werden, sodass die Wartungskosten geringer sind.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass der Durchlaufofen mit Gas oder elektrisch beheizt wird.
  • Die Beheizung mit Gas ist bevorzugt, wobei aber auch eine Beheizung mittels elektrischem Strom möglich ist. Entsprechende strombetriebene Heizaggregate sind im Stand der Technik bekannt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Platine induktiv oder konduktiv erwärmt wird, gegebenenfalls auch vor dem Durchlaufofen.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass die Platine vor dem Eintritt in die Erwärmungszone gerichtet und/oder gewalzt wird.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Erwärmung unter Schutzgas, insbesondere Inertgas vorgenommen wird.
  • Diese Verfahrensweise ist gut beherrschbar und führt mit hoher Sicherheit zur Vermeidung von Zunderbildung.
  • Weiterhin kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Zwischenkühlung mittels eines Bleibades, Salzbades oder eines Bades in vergleichbarem Medium durchgeführt wird, in welchem die Platinentemperatur auf einen Bereich unter 750°C und über Martensitstarttemperatur von 420°C eingestellt wird.
  • Damit ist in einfacher Weise die Temperatur in dem gewünschten Bereich einstellbar, so dass sie zumindest unterhalb 750°C liegt, um Zunderbildung zu vermeiden, andererseits aber erheblich über der Martensitstarttemperatur eingestellt wird, damit die Umformung und Presshärtung möglich ist.
  • Alternativ kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Zwischenkühlung mittels eines kühlen Inertgases durchgeführt wird und zwar auf eine Temperatur zwischen 750°C und 420°C.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass die Zwischenkühlung in einem gekühlten Werkzeug oder zwischen gekühlten Platten einer Vorrichtung erfolgt.
  • Bevorzugt ist auch vorgesehen, dass die Platine vom Durchlaufofen über ein an diesen angeschlossenes geschlossenes System an die Zwischenkühlung angeschlossen wird, sodass ohne Sauerstoffzutritt, vorzugsweise unter einer Inertgasatmosphäre, der Transport der Platine vom Durchlaufofen in die Zwischenkühlung vorgenommen wird.
  • Hierbei kann der Durchlaufofen beispielsweise als Rollenherdofen ausgebildet sein.
  • Um den Sauerstoffzutritt zur Platine zu vermeiden, wenn diese den Durchlaufofen verlässt und in die Zwischenkühlung eingeführt wird, ist vorgesehen, dass der Transport vom Durchlaufofen in die Zwischenkühlung ohne Sauerstoffzutritt erfolgt, beispielsweise dadurch, dass ein Verbindungskanal diese beiden Aggregate miteinander verbindet, sodass hierdurch der Zutritt von Luftsauerstoff verhindert wird und die Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten werden kann.
  • Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass der Durchlaufofen und/oder die Zwischenkühlung eingangsseitig und ausgangsseitig mittels jeweils angeordneter Schleusen gegen Luftzutritt geschützt wird oder werden.
  • Solche Schleusen vermeiden weitestgehend den Luftzutritt, wenn Platinen in die Aggregate eingebracht beziehungsweise aus diesen heraustransportiert werden.
  • Je nach Verwendungszweck ist vorzugsweise vorgesehen, dass Teile der Platine unterschiedliche lange gekühlt oder der kühlenden Schutzgasatmosphäre ausgesetzt werden, um Bereiche mit unterschiedlichen technischen Eigenschaften oder mechanischen Eigenschaften zu erzeugen.
  • Dazu kann vorgesehen sein, dass die Transportgeschwindigkeit der Platine zu dem Zweck nach Anspruch 13 gesteuert wird.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass der Transport der Platine in das Umformwerkzeug mittels eines Rollenganges und/oder mittels eines Handling-Roboters erfolgt.
  • Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass alternativ Bereiche mit folgenden Gefügeausbildungen der Platine erzeugt werden:
    • - 100 % martensitisches Gefüge,
    • - überwiegend martensitisches Gefüge mit Bestandteilen von Austenit, Ferrit, Bainit und/oder Perlit,
    • - 1 % bis 99 % Martensit oder 1 % bis 99 % Bainit,
    • - 1 % bis 99 % Martensit und Rest Austenit,
    • - überwiegend Bainit, Rest Austenit, Ferrit, Martensit und/oder Perlit.
  • Insbesondere ist bevorzugt vorgesehen, dass die Platine aus Stahl der Qualität 22MnB5 oder gleichwertig eingesetzt wird.
  • Eine bevorzugte Verfahrensweise ist in schematisierter Form in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.
  • Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine prinzipielle Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Platine 1 in Richtung der Bewegungspfeile 2 durch eine mit 3 bezeichnete Erwärmungszone transportiert, in der die Platine kontinuierlich oder auch diskontinuierlich mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig, mindestens auf Austenitisierungstemperatur oder etwas darüber erwärmt wird, im Ausführungsbeispiel auf etwa 1000°C.
  • Bei der Platine 1 handelt es sich um unbeschichtetes Stahlmaterial aus warmumformbarem Stahl. Hierbei wird während der Erwärmung in der Erwärmungszone 4 auf Austenitisierungstemperatur der Sauerstofftritt verhindert. Die auf Austenitisierungstemperatur erwärmte Platine 1 wird unter weiterer Vermeidung von Sauerstoffzutritt in einer Zwischenkühlungszone 4 auf eine Temperatur unterhalb der Austenitisierungstemperatur, aber oberhalb der Martensitstarttemperatur gekühlt, beispielsweise auf 600°C. Die Platine 1 wird dann innerhalb weniger Sekunden nach Verlassen der Kühlzone 4 in das Umformwerkzeug 5 eingebracht. Dabei beträgt die Temperatur im Beispiel etwa 550°C. Im Umformwerkzeug 5 wird die Platine 1 umgeformt und mindestens in Teilbereichen pressgehärtet. Anschließend kann die umgeformte Platine 1' aus dem Umformwerkzeug 5 entnommen werden und anderweitig gelagert werden.
  • In der Zeichnung ist das Umformwerkzeug 5 nur schematisch verdeutlicht. Es besteht aus einem Oberteil und einem Unterteil. Diese beiden Teile sind entsprechend des Pfeiles 6 einander annäherbar und voneinander entfernbar. Bei geöffnetem Werkzeug kann die Platine 1 eingelegt werden und durch Schließen des Werkzeugs kann die Platine 1 umgeformt und pressgehärtet werden. Nach dem Öffnen des Umformwerkzeugs 5 ist die Platine 1' in der umgeformten Form entnehmbar.
  • Das Aggregat in der Erwärmungszone 3 ist beispielsweise ein Durchlaufofen oder ein Rollenherdofen, in den die Platine durch eine gegen Luftzutritt schützende Schleuse eingeführt wird, und durch eine weitere Schleuse am Ende abgeführt wird. Beim Eintritt in die Zwischenkühlungszone 4 kann wiederum am Eintritt eine Schleuse und am Austritt eine Schleuse gegen Luftzutritt vorgesehen sein. Der Durchlaufofen, der die Erwärmungszone 3 bildet, ist vorzugsweise mit Gas beheizt, wobei die Erwärmung in dem Durchlaufofen unter Schutzgasatmosphäre erfolgt, um eine Verzunderung der Platine zu vermeiden. Die auf Austenitisierungstemperatur erwärmte Platine 1 tritt unter einem Schutzgehäuse in die Zwischenkühlungszone 4 ein, wobei wiederum Sauerstoffzutritt oder Luftzutritt vermieden wird. Die Zwischenkühlung 4 kann beispielsweise in Form eines Bleibades realisiert werden. Hier kann die Temperatur der Platine auf ca. 600°C abgekühlt werden, wobei sie jedenfalls deutlich über Martensitstarttemperatur bleibt, damit eine Umformung und Presshärtung in dem entsprechenden Umformwerkzeug 5 durchgeführt werden kann. Die Platine 1 verlässt also die Zwischenkühlung 4 bei beispielsweise 600°C und wird innerhalb weniger Sekunden in das Umformwerkzeug eingebracht, wobei die Platine 1 dann noch eine Resttemperatur hat, die etwas niedriger ist, beispielsweise bei 550°C liegen kann.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren vor, welches zu einem qualitativ hochwertigen Umformprodukt führt, wobei das Ausgangsmaterial kostengünstig zu beschaffen und zur Verfügung zu stellen ist und die Energieaufwendung vom Beginn der Erwärmung bis zur Umformung relativ niedrig gehalten ist. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
  • Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
  • Alle in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Presshärten von Platinen (1) aus warmumformbarem Stahl mit folgenden Verfahrensschritten: - eine blanke, unbeschichtete Platine (1) wird durch eine Erwärmungszone (3) transportiert und kontinuierlich oder auch diskontinuierlich mindestens teilweise mindestens auf Austenitisierungstemperatur erwärmt, - während der Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur wird Sauerstoffzutritt verhindert, - die so erwärmte Platine (1) wird unter Vermeidung von Sauerstoffzutritt auf eine Temperatur unter Austenitisierungstemperatur, aber über Martensitstarttemperatur abgekühlt (Zwischenkühlung) (4), - die Platine (1) wird nachfolgend innerhalb weniger Sekunden und vor weiterer Abkühlung auf Martensitstarttemperatur in ein Warmumformwerkzeug (5) eingebracht, in dem Werkzeug (5) umgeformt und zumindest in Teilbereichen pressgehärtet, - die umgeformte Platine (1) wird aus dem Werkzeug entnommen und anderweitig abgelegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (1) in einem Durchlaufofen erwärmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (1) durch einen Rollenherdofen transportiert und erwärmt wird.
  4. Verfahren nach einem Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlaufofen mit Gas oder elektrisch beheizt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (1) induktiv oder konduktiv erwärmt wird, gegebenenfalls auch vor dem Durchlaufofen.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (1) vor dem Eintritt in die Erwärmungszone (3) gerichtet und/oder gewalzt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung unter Schutzgas, insbesondere Inertgas vorgenommen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkühlung (4) mittels eines Bleibades, eines Salzbades oder eines Bades in vergleichbarem Medium durchgeführt wird, in welchem die Platinentemperatur auf einen Bereich unter 750°C und über Martensitstarttemperatur von 420°C eingestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkühlung (4) mittels eines kühlen Inertgases durchgeführt wird und zwar auf eine Temperatur zwischen 750°C und 420°C.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkühlung in einem gekühlten Werkzeug oder zwischen gekühlten Platten einer Vorrichtung erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (1) vom Durchlaufofen über ein an diesen angeschlossenes geschlossenes System an die Zwischenkühlung (4) angeschlossen wird, sodass ohne Sauerstoffzutritt, vorzugsweise unter einer Inertgasatmosphäre, der Transport der Platine (1) vom Durchlaufofen in die Zwischenkühlung (4) vorgenommen wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlaufofen und/oder die Zwischenkühlung (4) eingangsseitig und ausgangsseitig mittels jeweils angeordneter Schleusen gegen Luftzutritt geschützt wird oder werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Platine (1) unterschiedliche lange gekühlt oder der kühlenden Schutzgasatmosphäre ausgesetzt werden, um Bereiche mit unterschiedlichen technischen Eigenschaften oder mechanischen Eigenschaften zu erzeugen.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportgeschwindigkeit der Platine (1) zu dem Zweck nach Anspruch 13 gesteuert wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport der Platine (1) in das Umformwerkzeug (5) mittels eines Rollenganges und/oder mittels eines Handling-Roboters erfolgt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ Bereiche mit folgenden Gefügeausbildungen der Platine (1) erzeugt werden: - 100 % martensitisches Gefüge, - überwiegend martensitisches Gefüge mit Bestandteilen von Austenit, Ferrit, Bainit und/oder Perlit, - 1 % bis 99 % Martensit oder 1 % bis 99 % Bainit, - 1 % bis 99 % Martensit und Rest Austenit, - überwiegend Bainit, Rest Austenit, Ferrit, Martensit und/oder Perlit.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (1) aus Stahl der Qualität 22MnB5 oder gleichwertig eingesetzt wird.
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