DE102022122051A1

DE102022122051A1 - Verfahren zur herstellung hochleistungsfähiger pressgehärteter stahlteile

Info

Publication number: DE102022122051A1
Application number: DE102022122051.6A
Authority: DE
Inventors: Zhisong Chai; Tingdong Ren; Jinlong ZHU; Wei Xu; Jianfeng Wang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2022-08-08
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2024-02-08
Also published as: US11913085B1; US20240052445A1; CN117568569A

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines pressgehärteten Stahlbauteils wird bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Formen eines erhitzten Rohlings durch Erhitzen eines Rohlings aus einer Stahllegierung auf eine erste Temperatur in einer ersten Zone eines Ofens mit zwei oder mehr Zonen und nach dem Erhitzen des Rohlings aus einer Stahllegierung auf die erste Temperatur das Erhitzen des Rohlings aus einer Stahllegierung auf eine zweite Temperatur in einer zweiten Zone des Ofens. Die zweite Temperatur ist höher als die erste Temperatur. Die erste Zone hat eine erste Durchflussrate für ein Schutzgas, und die zweite Zone hat eine zweite Durchflussrate für das Schutzgas, die größer ist als die erste Durchflussrate. Das Verfahren umfasst ferner das Stanzen und Abschrecken des erhitzten Rohlings mit einer konstanten Rate auf eine Temperatur zwischen einer Martensit-Fertigstellungstemperatur der Stahllegierung, die den Rohling aus einer Stahllegierung bildet, und Raumtemperatur, um das pressgehärtete Stahlbauteil zu bilden.

Description

EINLEITUNG
Dieser Abschnitt enthält Hintergrundinformationen im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung, die nicht unbedingt zum Stand der Technik gehören.
Presshärtestahl (press-hardening steel bzw. PHS), auch „warmgeprägter Stahl“ oder „warmumgeformter Stahl“ genannt, ist einer der stärksten Stähle, die für automobile Karosseriestrukturanwendungen verwendet werden. Bei bestimmten Anwendungen kann Presshärtestahl beispielsweise eine Zugfestigkeit von etwa 1.500 Megapascal (MPa) aufweisen und das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht erheblich verbessern. Bauteile aus Presshärtestahl werden in verschiedenen Branchen und Anwendungen immer häufiger eingesetzt, z.B. in der allgemeinen verarbeitenden Industrie, im Baugewerbe, in der Automobilindustrie oder in anderen Transportbranchen, im Wohnungsbau oder in der Industrie und in ähnlichen Bereichen. So sind z.B. bei der Herstellung von Fahrzeugen, insbesondere von Automobilen, ständige Verbesserungen der Kraftstoffeffizienz und der Leistung wünschenswert. So werden Teile aus Presshärtestahl zunehmend in der Automobilindustrie oder anderen Transportbranchen eingesetzt. Beispielsweise werden Teile aus Presshärtestahl häufig zur Herstellung von tragenden Bauteilen wie Türträgern verwendet, die in der Regel hochfeste Werkstoffe erfordern. Diese Teile aus Presshärtestahl weisen eine hohe Festigkeit und eine ausreichende Dehnbarkeit auf, um äußeren Kräften zu widerstehen, z.B. dem Eindringen in den Fahrgastraum.
Viele Verfahren zur Formung von Teilen aus Presshärtestahl beinhalten die Austenitisierung eines Stahlblechrohlings in einem Ofen. Die Austenitisierung kann zum Beispiel bei Temperaturen von größer als oder gleich etwa 880 °C bis kleiner als oder gleich etwa 950 °C erfolgen. Nach der Austenitisierung wird das Stahlblech häufig in Werkzeugen gepresst und abgeschreckt. Bei direkten Verfahren können die Teile aus Presshärtestahl beispielsweise gleichzeitig zwischen Werkzeugen geformt und gepresst werden, die auch zum Abschrecken des Stahlblechs ausgelegt sind. Bei indirekten Verfahren können die Teile aus Presshärtestahl kalt verformt werden, um eine Zwischenform zu bilden, die dann austenitisiert und anschließend gepresst und abgeschreckt wird. In jedem Fall führt das Abschrecken der Teile aus Presshärtestahl häufig zu einer Umwandlung des Gefüges bzw. von Mikrostrukturen von Austenit in Martensit, und das Abschrecken beinhaltet eine Differenzkühlung, um die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften der Teile aus Presshärtestahl einzustellen. Beispielsweise führen Abkühlungsraten über 27 K/s bei einem Bor-Mangan-Stahl (z.B. 22MnB5) häufig zur Bildung einer martensitischen Struktur, während niedrigere Abkühlungsraten die Bildung einer duktileren Mikrostruktur mit geringerer Festigkeit, wie Bainit und Ferrit-Perlit, erzwingen. Dementsprechend wäre es wünschenswert, Stahlzusammensetzungen und auch Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Presshärtestahl zu entwickeln, die die Festigkeit, Duktilität, und Bruchfestigkeit (d.h. Zähigkeit) verbessern können.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Abschnitt enthält eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Umfangs oder aller ihrer Merkmale.
Die vorliegende Technologie bezieht sich auf Presshärtestähle und auch auf Verfahren zur Bildung von Teilen aus Presshärte- oder hochfestem Stahl aus den Presshärtestählen, ohne die Verwendung von vorher aufgebrachten Beschichtungen zur Vermeidung von Oxidation während der Warmprägung, wobei auch Entzunderungsvorgänge nach der Umformung nicht erforderlich sind.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus pressgehärtetem Stahl bereit. Das Verfahren kann das Austenitisieren eines Rohlings aus einer Stahllegierung zur Bildung eines erhitzten Rohlings unter Verwendung eines Ofens mit zwei oder mehr Zonen umfassen. Eine erste Zone der zwei oder mehr Zonen kann eine erste Temperatur und eine erste Durchflussrate für ein Schutzgas aufweisen. Eine zweite Zone der zwei oder mehr Zonen kann eine zweite Temperatur aufweisen, die höher ist als die erste Temperatur, und eine zweite Durchflussrate für das Schutzgas, die größer ist als die erste Durchflussrate. Das Verfahren kann ferner das Stanzen des erhitzten Rohlings umfassen, um eine vorbestimmte Form zu bilden, die das pressgehärtete Stahlteil bildet.
In einem Aspekt kann die erste Temperatur größer oder gleich etwa 700 °C bis kleiner oder gleich etwa 910 °C sein, und die zweite Temperatur kann größer oder gleich etwa 760 °C bis kleiner oder gleich etwa 950 °C sein.
In einem Aspekt kann die erste Durchflussrate größer als oder gleich etwa 30 m³/h bis kleiner als oder gleich etwa 50 m³/h sein, und die zweite Durchflussrate kann größer als oder gleich etwa 50 m³/h bis kleiner als oder gleich etwa 160 m³/h sein.
In einem Aspekt kann eine erste Aufheizrate in der ersten Zone größer oder gleich etwa 10 °C/Sekunde bis kleiner oder gleich etwa 30 °C/Sekunde sein, und eine zweite Aufheizrate in der zweiten Zone kann größer oder gleich etwa 0 °C/Sekunde bis kleiner oder gleich etwa 10 °C/Sekunde sein.
In einem Aspekt kann der Stahllegierungsrohling in der ersten Zone für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 39 Sekunden bis weniger als oder gleich etwa 164 Sekunden gehalten werden.
In einem Aspekt kann das Schutzgas ein stickstoffhaltiges Gas sein.
In einem Aspekt kann der Stahllegierungsrohling mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,45 Gew.-% Kohlenstoff (C), mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 6 Gew.-% Chrom (Cr), mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,5 Gew.-% Silicium (Si) und als Rest Eisen enthalten.
In einem Aspekt kann der Stahllegierungsrohling außerdem mehr als 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 4,5 Gew.-% Mangan (Mn) enthalten.
In einem Aspekt kann der Stahllegierungsrohling außerdem mindestens eines der folgenden aufweisen: mehr als 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 5 Gew.-% Nickel (Ni), mehr als 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 3 Gew.-% Kupfer (Cu), mehr als 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-% Molybdän (Mo), mehr als 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-% Vanadium (V) und mehr als 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% Niob (Nb).
In einem Aspekt kann das Stanzen das Abschrecken des erhitzten Rohlings mit einer konstanten Rate auf eine Temperatur umfassen, die kleiner oder gleich der Martensit-Fertigstellungstemperatur (Mf) der den Stahllegierungsrohling bildenden Stahllegierung ist und größer oder gleich etwa 20 °C ist.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus pressgehärtetem Stahl bereit. Das Verfahren kann die Herstellung eines erhitzten Rohlings umfassen. Der erhitzte Rohling kann durch Erhitzen eines Rohlings aus einer Stahllegierung auf eine erste Temperatur in einer ersten Zone eines Ofens mit zwei oder mehr Zonen und nach dem Erhitzen des Rohlings aus einer Stahllegierung auf die erste Temperatur durch Erhitzen des Rohlings aus einer Stahllegierung auf eine zweite Temperatur in einer zweiten Zone des Ofens gebildet werden. Die erste Zone kann eine erste Durchflussrate für ein Schutzgas aufweisen. Die zweite Temperatur kann höher sein als die erste Temperatur. Die zweite Zone kann eine zweite Durchflussrate für das Schutzgas aufweisen, die größer ist als die erste Durchflussrate. Das Verfahren kann ferner das Stanzen und Abschrecken des erhitzten Rohlings mit einer konstanten Rate auf eine Temperatur umfassen, die kleiner oder gleich einer Martensit-Fertigstellungstemperatur (Mf) der den Stahllegierungsrohling bildenden Stahllegierung ist und größer oder gleich etwa 20 °C ist, um das pressgehärtete Stahlbauteil zu bilden.
In einem Aspekt kann die erste Temperatur größer oder gleich etwa 700 °C bis kleiner oder gleich etwa 910 °C sein, die zweite Temperatur kann größer oder gleich etwa 760 °C bis kleiner oder gleich etwa 950 °C sein, die erste Durchflussrate kann größer oder gleich etwa 30 m³/Stunde bis kleiner oder gleich etwa 50 m³/Stunde sein, und die zweite Durchflussrate kann größer oder gleich etwa 50 m³/Stunde bis kleiner oder gleich etwa 160 m³/Stunde sein.
In einem Aspekt kann das Verfahren ferner beinhalten, dass nach dem Erhitzen des Stahllegierungsrohlings auf die erste Temperatur und vor dem Erhitzen des Stahllegierungsrohlings auf die zweite Temperatur der Stahllegierungsrohling in einer dritten Zone des Ofens auf eine dritte Temperatur erhitzt wird. Die dritte Zone kann zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone angeordnet sein. Die dritte Temperatur kann höher als die erste Temperatur und niedriger als die zweite Temperatur sein. Die dritte Zone kann eine dritte Durchflussrate für das Schutzgas aufweisen, die gleich der ersten Durchflussrate ist.
In einem Aspekt kann die erste Temperatur größer als oder gleich etwa 700 °C bis kleiner als etwa 800 °C sein, die dritte Temperatur kann größer als etwa 800 °C bis kleiner als oder gleich etwa 850 °C sein, und die zweite Temperatur kann größer als oder gleich etwa 850 °C bis kleiner als oder gleich etwa 910 °C sein.
In einem Aspekt kann eine erste Aufheizrate in der ersten Zone größer oder gleich etwa 10 °C/Sekunde bis kleiner oder gleich etwa 30 °C/Sekunde sein, eine dritte Aufheizrate in der dritten Zone kann größer oder gleich etwa 10 °C/Sekunde bis kleiner oder gleich etwa 30 °C/Sekunde sein, und eine zweite Aufheizrate in der zweiten Zone kann größer oder gleich etwa 3 °C/Sekunde bis kleiner oder gleich etwa 20 °C/Sekunde sein.
In einem Aspekt kann das Verfahren ferner beinhalten, dass nach dem Erhitzen des Stahllegierungsrohlings auf die dritte Temperatur und vor dem Erhitzen des Stahllegierungsrohlings auf die zweite Temperatur der Stahllegierungsrohling in einer vierten Zone des Ofens auf eine vierte Temperatur erhitzt wird. Die vierte Zone kann zwischen der dritten und der zweiten Zone angeordnet sein. Die vierte Temperatur kann höher als die dritte Temperatur und niedriger als die zweite Temperatur sein. Die vierte Zone kann eine vierte Durchflussrate für das Schutzgas aufweisen, die der ersten Durchflussrate entspricht.
In einem Fall kann die vierte Temperatur mehr als etwa 910 °C und weniger als oder gleich etwa 930 °C betragen.
In einem Aspekt kann eine vierte Heizrate in der vierten Zone größer oder gleich etwa 1 °C/Sekunde bis kleiner oder gleich etwa 20 °C/Sekunde sein.
In einem Aspekt kann der Stahllegierungsrohling mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,45 Gew.-% Kohlenstoff (C), mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 6 Gew.-% Chrom (Cr), mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,5 Gew.-% Silicium (Si), mehr als 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 4,5 Gew.-% Mangan (Mn) und als Rest Eisen enthalten.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus pressgehärtetem Stahl bereit. Das Verfahren kann das Erhitzen eines Stahllegierungsrohlings auf eine erste Temperatur von mehr als oder gleich etwa 700 °C bis weniger als etwa 800 °C in einer ersten Zone eines Ofens, das Erhitzen des Stahllegierungsrohlings auf eine zweite Temperatur von mehr als etwa 800 °C bis weniger als oder gleich etwa 850 °C in einer zweiten Zone des Ofens, das Erhitzen des Stahllegierungsrohlings auf eine dritte Temperatur von mehr als oder gleich etwa 850 °C bis weniger als oder gleich etwa 880 °C und das Erhitzen des Stahllegierungsrohlings auf eine vierte Temperatur von mehr als oder gleich etwa 910 °C bis weniger als oder gleich etwa 930 °C umfassen. Die erste Zone kann eine erste Durchflussrate für ein Schutzgas aufweisen. Die zweite Zone kann eine zweite Durchflussrate für das Schutzgas aufweisen. Die dritte Zone kann eine dritte Durchflussmenge für das Schutzgas aufweisen. Die vierte Zone kann eine vierte Durchflussrate für das Schutzgas aufweisen. Die vierte Durchflussrate kann größer sein als die erste, die zweite und die dritte Durchflussrate. Die erste Durchflussrate, die zweite Durchflussrate und die dritte Durchflussrate können gleich oder unterschiedlich sein. Das Verfahren kann ferner beinhalten, dass nach dem Erhitzen des Stahllegierungsrohlings auf die vierte Temperatur der erhitzte Rohling gestanzt wird, um eine vorbestimmte Form zu bilden, die das pressgehärtete Stahlteil bildet.
In einem Aspekt kann das Stanzen das Abschrecken des erhitzten Stahllegierungsrohlings mit einer konstanten Rate auf eine Temperatur umfassen, die kleiner oder gleich einer Martensit-Fertigstellungstemperatur (Mf) der Stahllegierung ist, die den Stahllegierungsrohling bildet, und größer oder gleich etwa 20 °C ist.
Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der hier gegebenen Beschreibung ergeben. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung von pressgehärteten Stahlbauteilen gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ist eine schematische Darstellung der Beispiele für Austenitisierungszonen, die bei der Herstellung von Teilen aus Presshärtestahl gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung verwendet werden; und
3 ist eine graphische Darstellung, die ein beispielhaftes Temperaturprofil während der Herstellung von pressgehärteten Stahlbauteilen gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt.

Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden beispielhafte Ausführungsformen angegeben, so dass diese Offenbarung gründlich ist und Fachleuten der volle Umfang vermittelt wird. Es werden zahlreiche spezifische Details aufgeführt, wie z.B. Beispiele spezifischer Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleuten ist klar, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen realisiert sein können und dass keine davon so ausgelegt werden sollte, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden bekannte Prozesse, bekannte Vorrichtungsstrukturen und bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und soll nicht einschränkend wirken. Wie hier verwendet, können die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen einschließen, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „enthaltend“ und „aufweisend“ sind inklusiv und spezifizieren daher das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Elementen, Zusammensetzungen, Schritten, ganzen Zahlen, Vorgängen und/oder Komponenten, schließen aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus. Obwohl der offene Begriff „umfassend“ als ein nicht einschränkender Begriff zu verstehen ist, der verwendet wird, um die verschiedenen hier dargelegten Ausführungsformen zu beschreiben und zu beanspruchen, kann der Begriff unter bestimmten Aspekten alternativ auch als ein einschränkenderer und restriktiverer Begriff verstanden werden, wie z.B. „bestehend aus“ oder „bestehend im Wesentlichen aus“. Daher umfasst die vorliegende Offenbarung für jede gegebene Ausführungsform, die Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Vorgänge und/oder Verfahrensschritte nennt, ausdrücklich auch Ausführungsformen, die aus solchen genannten Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elementen, Merkmalen, ganzen Zahlen, Vorgängen und/oder Verfahrensschritten bestehen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Im Falle von „bestehend aus“ schließt die alternative Ausführungsform alle zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Vorgänge und/oder Verfahrensschritte aus, während im Falle von „bestehend im Wesentlichen aus“ alle zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Vorgänge und/oder Verfahrensschritte, die die grundlegenden und neuartigen Merkmale wesentlich beeinflussen, von einer solchen Ausführungsform ausgeschlossen sind, aber alle Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganzen Zahlen, Vorgänge und/oder Verfahrensschritte, die die grundlegenden und neuartigen Merkmale nicht wesentlich beeinflussen, können in die Ausführungsform einbezogen werden.
Alle hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass sie notwendigerweise in der besprochenen oder dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden müssen, es sei denn, sie sind ausdrücklich als Reihenfolge der Durchführung gekennzeichnet. Es versteht sich außerdem, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewandt werden können, sofern nicht anders angegeben.
Wenn eine Komponente, ein Element oder eine Schicht als „auf‟, „in Eingriff“, „verbunden“ oder „gekoppelt“ mit einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann sie bzw. es direkt auf, in Eingriff, verbunden oder gekoppelt mit der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht sein, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn dagegen ein Element als „direkt auf“, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, dürfen keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten in ähnlicher Weise interpretiert werden (z.B. „zwischen“ versus „direkt zwischen“, „neben“ versus „direkt neben“ usw.). Wie hier verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden, sofern nicht anders angegeben. Diese Begriffe dürfen nur verwendet werden, um einen Schritt, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Schritt, Element, Komponente, Bereich, Schicht bzw. Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erste“, „zweite“ und andere numerische Begriffe implizieren, wenn sie hier verwendet werden, keine Abfolge oder Reihenfolge, es sei denn, dies ist durch den Kontext klar angegeben. So könnte ein erster Schritt, Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt, der/die/das im Folgenden erörtert wird, als zweiter Schritt, Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
Räumlich oder zeitlich relative Begriffe wie „vorher“, „nachher“, „innen“, „außen“, „unter“, „unterhalb“, „unten“, „oben“, „oberhalb“ und dergleichen können hier der Einfachheit halber verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie in den Figuren dargestellt. Räumlich oder zeitlich relative Begriffe können dazu gedacht sein, zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung unterschiedliche Ausrichtungen der in Gebrauch oder Betrieb befindlichen Vorrichtung oder des Systems zu umfassen.
In dieser gesamten Offenbarung stellen die Zahlenwerte ungefähre Maße oder Grenzen für Bereiche dar, die geringfügige Abweichungen von den angegebenen Werten und Ausführungsformen mit etwa dem genannten Wert sowie solche mit genau dem genannten Wert umfassen. Anders als in den Arbeitsbeispielen am Ende der ausführlichen Beschreibung sind alle Zahlenwerte von Parametern (z.B. von Größen oder Bedingungen) in dieser Spezifikation, einschließlich der beigefügten Ansprüche, so zu verstehen, dass sie in allen Fällen durch den Begriff „ungefähr“ bzw. „etwa“ modifiziert sind, unabhängig davon, ob „ungefähr“ bzw. „etwa“ tatsächlich vor dem Zahlenwert erscheint oder nicht. „Ungefähr“ bzw. „etwa“ bedeutet sowohl, dass der angegebene Zahlenwert exakt oder genau ist, als auch, dass der angegebene Zahlenwert eine leichte Ungenauigkeit zulässt (mit einer gewissen Annäherung an die Genauigkeit des Wertes; ungefähr oder ziemlich nahe am Wert; fast). Wenn die Ungenauigkeit, die durch „etwa“ gegeben ist, in der Technik mit dieser gewöhnlichen Bedeutung nicht anderweitig verstanden wird, dann bedeutet „etwa“, wie es hier verwendet wird, zumindest Abweichungen, die sich aus gewöhnlichen Verfahren zur Messung und Verwendung solcher Parameter ergeben können. Zum Beispiel kann „etwa“ eine Variation von weniger als oder gleich 5 %, optional weniger als oder gleich 4 %, optional weniger als oder gleich 3 %, optional weniger als oder gleich 2 %, optional weniger als oder gleich 1 %, optional weniger als oder gleich 0,5 % und in bestimmten Aspekten optional weniger als oder gleich 0,1 % umfassen.
Darüber hinaus umfasst die Offenbarung von Bereichen die Offenbarung aller Werte und weiter unterteilten Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs, einschließlich der Endpunkte und der für die Bereiche angegebenen Unterbereiche.
Beispielhafte Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ausführlicher beschrieben.
Die vorliegende Technologie bezieht sich auf Presshärtestähle und auch auf Verfahren zur Bildung von Teilen aus Presshärte- oder hochfestem Stahl aus den Presshärtestählen, ohne die Verwendung von vorher aufgebrachten Beschichtungen zur Vermeidung von Oxidation während der Warmprägung, wobei auch Entzunderungsvorgänge nach der Umformung nicht erforderlich sind. Presshärtestähle sind Stähle mit einer Bruchfestigkeit von mehr als oder gleich genau oder etwa 1.000 Megapascal (MPa). In bestimmten Variationen kann ein Presshärtestahl beispielsweise eine Bruchfestigkeit von mehr als oder gleich genau oder etwa 1.400 MPa bis zu weniger als oder gleich genau oder etwa 2.200 MPa aufweisen. Bauteile aus hochfestem Stahl können in verschiedene Vorrichtungen eingebaut werden. Hochfeste Stahlbauteile eignen sich beispielsweise besonders für die Verwendung in Bauteilen von Kraftfahrzeugen oder anderen Fahrzeugen (z.B. Motorräder, Boote, Traktoren, Busse, Motorräder, Wohnmobile, Wohnwagen und Panzer) sowie in Bauteilen für verschiedene andere Industriezweige und Anwendungen, wie z.B. Bauteile für die Luft- und Raumfahrt, Konsumgüter, Geräte, Gebäude (z.B. Häuser, Büros, Schuppen, Lagerhallen), Büroausstattungen und -möbel sowie Maschinen für die Industrie, landwirtschaftliche Geräte oder schwere Maschinen, um nur einige Beispiele zu nennen. In bestimmten Variationen können hochfeste Stahlbauteile zur Herstellung von Motorhauben, Säulen (z.B. A-Säulen, Scharniersäulen, B-Säulen, C-Säulen und dergleichen), Paneelen, wie Strukturpaneelen, Türpaneelen und Türbauteilen, Innenböden, Bodenwannen, Dächern, Außenflächen, Unterbodenschutz, Rädern, Querlenkern und anderen Aufhängungen, Quetschgehäusen, Stoßstangen, Strukturschienen und -rahmen, Querträgern, Fahrgestell- oder Antriebskomponenten und dergleichen verwendet werden.
In verschiedenen Aspekten werden die Presshärtestähle durch Stahllegierungen gebildet, die beispielsweise Kohlenstoff (C), Chrom (Cr), Silicium (Si) und Eisen (Fe) enthalten. In bestimmten Variationen können die Presshärtestahllegierungen auch Mangan (Mn) enthalten. In noch weiteren Variationen können die Presshärtestahllegierungen Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Vanadium (V) und/oder Niob (Nb) enthalten.
In bestimmten Variationen können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,45 Gew.-% Kohlenstoff enthalten. Zum Beispiel können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,1 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,2 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,25 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,35 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 0,4 Gew.-% Kohlenstoff enthalten. Die Presshärtestahllegierungen können weniger als oder gleich etwa 0,45 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,35 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,25 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,2 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional weniger als oder gleich etwa 0,1 Gew.-% Kohlenstoff enthalten.
In bestimmten Variationen können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 6 Gew.-% Chrom enthalten. Beispielsweise können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 2 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 2,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 3 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 3,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 4 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 4,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 5 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 5,5 Gew.-% Chrom enthalten. Die Presshärtestahllegierungen können weniger als oder gleich etwa 6 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 5,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 4,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 4 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 3,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 3 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 2,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 2 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1,5 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-% Chrom enthalten.
In bestimmten Variationen können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,5 Gew.-% Silicium enthalten. Beispielsweise können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,75 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1,25 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1,50 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1,75 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 2 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 2,25 Gew.-% Silicium enthalten. Die Presshärtestahllegierungen können weniger als oder gleich etwa 2,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 2,25 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 2 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1,75 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1,25 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional weniger als oder gleich etwa 0,75 Gew.-% Silicium enthalten.
In bestimmten Variationen können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 4,5 Gew.-% Mangan enthalten. Zum Beispiel können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 2 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 2,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 3 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 3,5 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 4 Gew.-% Mangan enthalten. Die Presshärtestahllegierungen können weniger als oder gleich etwa 4,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 4 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 3,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 3 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 2,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 2 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% Mangan enthalten.
In bestimmten Variationen können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 5 Gew.-% Nickel enthalten. Zum Beispiel können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 2 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 2,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 3 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 3,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 4 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 4,5 Gew.-% Nickel enthalten. Die Presshärtestahllegierungen können weniger als oder gleich etwa 5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 4,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 4 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 3,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 3 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 2,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 2 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% Nickel enthalten.
In bestimmten Variationen können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 3 Gew.-% Kupfer enthalten. Zum Beispiel können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,2 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,6 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1,2 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1,4 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1,6 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 1,8 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 2 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 2,2 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 2,4 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 2,6 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 2,8 Gew.-% Kupfer enthalten. Die Presshärtestahllegierungen können weniger als oder gleich etwa 3 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 2,8 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 2,6 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 2,4 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 2,2 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 2 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1,8 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1,6 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1,4 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1,2 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,6 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,4 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional weniger als oder gleich etwa 0,2 Gew.-% Kupfer enthalten.
In bestimmten Variationen können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-% Molybdän enthalten. Zum Beispiel können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich 0 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,05 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,1 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,15 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,2 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,25 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,3 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,35 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,4 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,45 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,55 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,6 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,65 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,7 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,75 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,8 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,85 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,9 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich 0,95 Gew.-% Molybdän enthalten. Die Presshärtestahllegierung kann weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,95 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,9 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,85 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,75 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,7 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,65 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,6 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,55 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,45 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,35 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,25 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,2 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,1 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional weniger als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% Molybdän enthalten.
In bestimmten Variationen können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-% Vanadium enthalten. Zum Beispiel können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich 0 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,05 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,1 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,15 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,2 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,25 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,3 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,35 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,4 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,45 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,5 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,55 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,6 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,65 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,7 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,75 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,8 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,85 Gew.-%, optional mehr als oder gleich 0,9 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich 0,95 Gew.-% Vanadium enthalten. Die Presshärtestahllegierung kann weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,95 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,9 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,85 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,8 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,75 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,7 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,65 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,6 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,55 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,45 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,35 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,25 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,2 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,15 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,1 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional weniger als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% Vanadium enthalten.
In bestimmten Variationen können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% Niob enthalten. Zum Beispiel können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 0 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,02 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,04 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,06 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,08 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,1 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,12 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,14 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,16 Gew.-%, optional größer als oder gleich etwa 0,18 Gew.-%, optional größer als oder gleich etwa 0,2 Gew.-%, optional größer als oder gleich etwa 0,22 Gew.-%, optional größer als oder gleich etwa 0,24 Gew.-%, optional größer als oder gleich etwa 0,26 Gew.-%, optional größer als oder gleich etwa 0,28 Gew.-%, optional größer als oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, optional größer als oder gleich etwa 0,32 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,34 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,36 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,38 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,42 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,44 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 0,46 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 0,48 Gew.-% Niob enthalten. Die Presshärtestahllegierungen können weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,48 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,46 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,44 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,42 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,4 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,38 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,36 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,34 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,32 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,3 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,28 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,26 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,24 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,22 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,2 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,18 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,16 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,14 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,12 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,1 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,08 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,06 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,04 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional weniger als oder gleich etwa 0,02 Gew.-% Niob enthalten.
In jeder Variation enthalten die Presshärtestahllegierungen als Rest Eisen. Zum Beispiel können die Presshärtestahllegierungen mehr als oder gleich etwa 80 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 81 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 82 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 83 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 84 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 85 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 86 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 87 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 88 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 89 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 90 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 91 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 92 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 93 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 94 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 95 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 96 Gew.-%, optional mehr als oder gleich etwa 97 Gew.-% und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 98 Gew.-% Eisen enthalten. Fachleuten ist klar, dass die Presshärtestahllegierungen eine kumulative Menge an Verunreinigungen und Verschmutzungen aufweisen können, die weniger als oder gleich etwa 0,1 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% und in bestimmten Variationen weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-% beträgt.
Die Presshärtestahllegierungen können bestimmte Kombinationen von Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Mangan, Nickel, Kupfer, Molybdän, Vanadium, Niob und/oder Eisen in den oben beschriebenen Mengen enthalten. In bestimmten Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus folgenden Bestandteilen bestehen: Kohlenstoff, Chrom, Silicium und Eisen. In anderen Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Mangan und Eisen bestehen. In noch anderen Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Nickel und Eisen bestehen. In noch anderen Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Mangan, Nickel und Eisen bestehen. In noch anderen Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Kupfer und Eisen bestehen. In noch anderen Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Mangan, Kupfer und Eisen bestehen. In noch anderen Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Molybdän und Eisen bestehen. In noch anderen Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Mangan, Molybdän und Eisen bestehen. In noch anderen Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Vanadium und Eisen bestehen. In noch anderen Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Mangan, Vanadium und Eisen bestehen. In noch anderen Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Niob und Eisen bestehen. In noch anderen Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Mangan, Niob und Eisen bestehen. In noch anderen Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Nickel, Kupfer, Molybdän, Vanadium, Niob und Eisen bestehen. In noch anderen Variationen können die Presshärtestahllegierungen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Chrom, Silicium, Mangan, Nickel, Kupfer, Molybdän, Vanadium, Niob und Eisen bestehen. In jedem Fall bedeutet der Begriff „besteht im Wesentlichen aus“, dass die angegebene Stahllegierung nur zusätzliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente und/oder Merkmale ausschließt, die die grundlegenden und neuartigen Eigenschaften der Stahllegierung wesentlich beeinflussen, wie z.B. dass die Stahllegierung keine Beschichtungen oder Entzunderung erfordert, wenn sie zu einem pressgehärteten Stahlbauteil geformt wird, aber alle Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente und/oder Merkmale, die die grundlegenden und neuartigen Eigenschaften der Stahllegierung nicht wesentlich beeinflussen, können in der beispielhaften Ausführungsform enthalten sein. In bestimmten Variationen können auch andere, hier nicht beschriebene Elemente in den Presshärtestahllegierungen in Spurenmengen enthalten sein (z.B. Mengen von weniger als oder gleich etwa 1,5 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-%, optional weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% oder in bestimmten Aspekten Mengen, die nicht nachweisbar sind), vorausgesetzt, dass diese Spurenmaterialien die grundlegenden und neuartigen Eigenschaften der Presshärtestahllegierungen nicht wesentlich beeinflussen.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung Verfahren zur Umformung von Presshärte- oder hochfesten Stahlkomponenten aus Presshärtestählen bereit. Die Presshärtestähle können in Form von Coils bzw. Spulen oder Blechen vorliegen und frei von jeglicher Beschichtung sein. Das heißt, dass der Presshärtestahl keine Schicht oder Beschichtung enthält, die nicht von den Stahllegierungen stammt, die den Presshärtestahl bilden, und dass der Presshärtestahl vor dem Verfahren zur Formung hochfester Stahlteile nicht voroxidiert werden muss. Bei Umformprozessen, wie sie weiter unten beschrieben werden, können jedoch eine oder mehrere Oberflächen des Presshärtestahls z.B. mit Luftsauerstoff reagieren und eine oder mehrere dichte Oxidschichten bilden. Beispielsweise können Chrom und/oder Silicium, die den Presshärtestahl bilden, mit Luftsauerstoff während einer ersten Erhitzungsphase (d.h. beim Erhitzen des Rohlings) reagieren und die eine oder mehreren dichten Oxidschichten bilden. Die eine oder mehreren dichten Oxidschicht(en) kann/können eine weitere Oxidation während nachfolgender Wärmebehandlungen, z.B. bei Temperaturen von mehr als 850 °C, verhindern, verringern oder verlangsamen. Die anfänglichen Erhitzungsbehandlungen umfassen beispielsweise Temperaturen von weniger als etwa 850 °C. Die Wärmebehandlungen können beispielsweise eine Temperatur von mehr als oder gleich etwa 200 °C bis weniger als etwa 850 °C umfassen.
In bestimmten Variationen kann die dichte Oxidschicht eine durchschnittliche Dicke von mehr als oder gleich etwa 0,1 µm bis weniger als oder gleich etwa 2 µm haben. Beispielsweise kann die dichte Oxidschicht eine durchschnittliche Dicke von mehr als oder gleich etwa 0,1 µm, optional mehr als oder gleich etwa 0,2 µm, optional mehr als oder gleich etwa 0,3 µm, optional mehr als oder gleich etwa 0,4 µm, optional mehr als oder gleich etwa 0,5 µm, optional mehr als oder gleich etwa 0,6 µm, optional mehr als oder gleich etwa 0,7 µm, optional mehr als oder gleich etwa 0,8 µm, optional mehr als oder gleich etwa 0,9 µm, optional mehr als oder gleich etwa 1 µm, optional mehr als oder gleich etwa 1,1 µm, optional mehr als oder gleich etwa 1,2 µm, optional mehr als oder gleich etwa 1,3 µm, optional mehr als oder gleich etwa 1,4 µm, optional mehr als oder gleich etwa 1,5 µm, optional mehr als oder gleich etwa 1,6 µm, optional mehr als oder gleich etwa 1,7 µm, optional mehr als oder gleich etwa 1,8 µm und in bestimmten Aspekten optional mehr als oder gleich etwa 1,9 µm aufweisen. Die dichte Oxidschicht kann eine durchschnittliche Dicke von weniger als oder gleich etwa 2 µm, optional weniger als oder gleich etwa 1,9 µm, optional weniger als oder gleich etwa 1,8 µm, optional weniger als oder gleich etwa 1,7 µm, optional weniger als oder gleich etwa 1,6 µm, optional weniger als oder gleich etwa 1,5 µm, optional weniger als oder gleich etwa 1,4 µm, optional weniger als oder gleich etwa 1,3 µm, optional weniger als oder gleich etwa 1,2 µm, optional weniger als oder gleich etwa 1,1 µm, optional weniger als oder gleich etwa 1 µm, optional weniger als oder gleich etwa 0,9 µm, optional weniger als oder gleich etwa 0,8 µm, optional weniger als oder gleich etwa 0,7 µm, optional weniger als oder gleich etwa 0,6 µm, optional weniger als oder gleich etwa 0,5 µm, optional weniger als oder gleich etwa 0,4 µm, optional weniger als oder gleich etwa 0,3 µm und in bestimmten Aspekten optional weniger als oder gleich etwa 0,2 µm aufweisen.
1 zeigt ein Beispiel für ein Verfahren 10 zur Umformung von Presshärtestahl-bauteilen. Das Verfahren 10 umfasst die Beschaffung eines Presshärtestahls 12, z.B. in Form einer Spule bzw. eines Coils oder Blechs, und das Abwickeln und/oder Schneiden des Presshärtestahls 12, um eine Vielzahl von Rohlingen 14 zu bilden. Das Verfahren 10 umfasst ferner das Heißpressen des Rohlings 14. In bestimmten Variationen beinhaltet das Heißpressen das Austenitisieren der Rohlinge, beispielsweise durch Erhitzen der Rohlinge 14 über eine obere kritische Temperatur (Ac3), die für die Stahllegierung, aus der die Rohlinge 14 bestehen, ermittelt wurde. Die Rohlinge 14 können in einem Rollenherdofen 16 erhitzt werden. In bestimmten Variationen umfasst, wie in 2 dargestellt, der Rollenherdofen 16 mehrere Zonen, wobei die stromabwärts gelegenen Zonen höhere Temperaturen aufweisen als die stromaufwärts gelegenen Zonen, so dass die Rohlinge 14 beim Durchlaufen der früheren Zonen geringere Aufheizraten aufweisen als in den späteren Zonen.
In bestimmten Variationen umfassen die Zonen beispielsweise eine erste Zone 100, die sich beispielsweise in der Nähe des Eingangs des Rollenherdofens 16 befindet. Die erste Zone 100 kann eine erste Temperatur haben. Die erste Temperatur kann größer als oder gleich etwa 700 °C bis kleiner als etwa 800 °C sein. Der Rohling 14 wird für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 39 Sekunden bis weniger als oder gleich etwa 59 Sekunden bei der ersten Temperatur gehalten. In weiteren Variationen umfassen die Zonen auch eine zweite Zone 110. Die zweite Zone 110 kann sich stromabwärts der ersten Zone 110 befinden. Die zweite Zone 110 kann eine zweite Temperatur aufweisen, die höher ist als die erste Temperatur. Die zweite Temperatur kann beispielsweise größer als etwa 800 °C und weniger als oder gleich etwa 850 °C sein. Der Rohling 14 wird für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 13 Sekunden bis weniger als oder gleich etwa 29 Sekunden bei der zweiten Temperatur gehalten. In weiteren Variationen umfassen die Zonen auch eine dritte Zone 120. Die dritte Zone 120 kann sich stromabwärts der zweiten Zone 110 befinden. Die dritte Zone kann eine dritte Temperatur aufweisen, die höher ist als die zweite Temperatur. Die dritte Temperatur kann zum Beispiel größer oder gleich etwa 850 °C bis kleiner oder gleich etwa 880 °C und in bestimmten Aspekten optional etwa 910 °C betragen. Der Rohling 14 wird für einen Zeitraum von etwa 29 Sekunden bis etwa 47 Sekunden auf der dritten Temperatur gehalten.
In weiteren Variationen umfassen die Zonen auch eine vierte Zone 130. Die vierte Zone 130 kann sich stromabwärts der dritten Zone 120 befinden. Die vierte Zone 130 kann eine vierte Temperatur aufweisen, die höher ist als die dritte Temperatur. Die vierte Temperatur kann beispielsweise größer oder gleich etwa 910 °C bis kleiner oder gleich etwa 930 °C und in bestimmten Fällen optional etwa 930 °C betragen. Der Rohling 14 wird für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 35 Sekunden bis weniger als oder gleich etwa 50 Sekunden bei der vierten Temperatur gehalten. In noch weiteren Variationen umfassen die Zonen ferner eine fünfte Zone 140. Die fünfte Zone 140 kann sich stromabwärts der vierten Zone 130 befinden. Die fünfte Zone 140 kann eine fünfte Temperatur aufweisen, die sich von der vierten Temperatur unterscheidet oder mit ihr identisch ist. Beispielsweise kann die fünfte Temperatur größer oder gleich etwa 930 °C bis kleiner oder gleich etwa 950 °C und in bestimmten Fällen optional etwa 930 °C betragen. Der Rohling 14 wird für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 20 Sekunden bis weniger als oder gleich etwa 50 Sekunden bei der fünften Temperatur gehalten. In anderen Variationen umfassen die Zonen außerdem eine sechste Zone 150. Die sechste Zone 150 kann sich stromabwärts der fünften Zone 140 befinden. Die sechste Zone 150 kann eine sechste Temperatur haben, die gleich oder verschieden von der fünften Temperatur ist. Beispielsweise kann die sechste Temperatur größer oder gleich etwa 930 °C bis kleiner oder gleich etwa 950 °C und in bestimmten Fällen optional etwa 930 °C betragen. Der Rohling 14 wird für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 30 Sekunden bis weniger als oder gleich etwa 50 Sekunden bei der sechsten Temperatur gehalten.
Während sich die Rohlinge 14 durch den Rollenherdofen 16 bewegen, werden Schutzgase, z.B. stickstoffhaltige Gase, umgewälzt. In bestimmten Variationen kann es sich bei den stickstoffhaltigen Gasen um ein Inertgas handeln, wie z.B. ein N₂-Gaspolster. In jeder Variation können die Zonen unterschiedliche Durchflussraten für die stickstoffhaltigen Gase aufweisen. Beispielsweise kann die erste Zone 100 und/oder die zweite Zone 110 eine erste Durchflussrate für die stickstoffhaltigen Gase aufweisen, während nachgeschaltete Zonen (wie die dritte Zone 120 und/oder die vierte Zone 130 und/oder die fünfte Zone 140 und/oder die sechste Zone 150) eine zweite Durchflussrate für die stickstoffhaltigen Gase aufweisen können, die größer ist als die erste Durchflussrate. In bestimmten Variationen kann die erste Durchflussrate größer oder gleich etwa 30 m³/Stunde (h) bis kleiner oder gleich etwa 50 m³/h sein. Die zweite Durchflussrate kann größer oder gleich etwa 160 m³/h sein. Die verringerte Durchflussrate in den früheren Zonen erhöht den verfügbaren Sauerstoff und fördert so die Bildung der einen oder mehreren dichten Oxidschichten.
Obwohl insgesamt sechs Zonen dargestellt sind, ist Fachleuten klar, dass die Vielzahl der Zonen auch weniger oder zusätzliche Zonen umfassen kann, wobei die stromabwärts gelegenen Zonen im Allgemeinen eine höhere Temperatur aufweisen als die stromaufwärts gelegenen Zonen und insbesondere die frühen stromaufwärts gelegenen Zonen. Obwohl nicht dargestellt, ist Fachleuten klar, dass der Rollenherdofen 16 eine Vielzahl von Rollen umfasst, die die Rohlinge 14 zwischen den verschiedenen Zonen bewegen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann das Verfahren 10 ferner das Stanzen des erhitzten Rohlings, z.B. mit einer Matrize oder Presse 18, umfassen, um eine Struktur mit einer vorbestimmten Form (d.h. das pressgehärtete Stahlbauteil) 20 zu bilden. In bestimmten Variationen umfasst das Stanzverfahren die Anwendung eines Drucks von mehr als oder gleich etwa 1 MPa bis weniger als oder gleich etwa 25 MPa unter Verwendung der Matrize oder Presse 18. Während der erhitzte Rohling in der Matrize oder Presse 18 angeordnet ist, kann das Stanzverfahren auch das Abschrecken des erhitzten Rohlings umfassen, z.B. mit einer konstanten Rate auf eine Temperatur, die kleiner oder gleich der Martensit-Fertigstellungstemperatur (Mf) der den Presshärtestahl 12 bildenden Stahllegierung ist und größer oder gleich der Raumtemperatur (d.h. größer oder gleich etwa 20 °C bis kleiner oder gleich etwa 22 °C) ist. Bei bestimmten Variationen kann die Abschreckung mit einer konstanten Rate von etwa 20 °C/s oder mehr erfolgen. Obwohl nicht dargestellt, kann der erhitzte Rohling auch mit Hilfe eines Roboterarms zur Matrize oder Presse 18 transportiert werden.
3 ist eine graphische Darstellung, die das beispielhafte Verfahren 10 zur Formung von Presshärtestahl-Bauteilen weiter detailliert erläutert, wobei die x-Achse 200 die Zeit, die y-Achse 202 die Temperatur, die Linie 210 die Raumtemperatur und die Linie 220 die obere kritische Temperatur (Ac3) repräsentiert, die für die Stahllegierung ermittelt wurde, die die Rohlinge 14 bildet, und wobei die oben beschriebenen mehreren Zonen angegeben sind. In bestimmten Variationen können die Materialien in der ersten Zone 100 eine erste Aufheizrate von mehr als oder gleich etwa 10 °C/s bis weniger als oder gleich etwa 30 °C/s aufweisen; die Materialien in der zweiten Zone 110 können eine zweite Aufheizrate von mehr als oder gleich etwa 10 °C/s bis weniger als oder gleich etwa 30 °C/s aufweisen; die Materialien in der dritten Zone 120 können eine dritte Aufheizrate von mehr als oder gleich etwa 3 °C/s bis weniger als oder gleich etwa 20 °C/s aufweisen; die Materialien in der vierten Zone 130 können eine vierte Aufheizrate von mehr als oder gleich etwa 1 °C/s bis weniger als oder gleich etwa 10 °C/s aufweisen; die Materialien in der fünften Zone 150 können eine fünfte Aufheizrate von mehr als oder gleich etwa 0 °C/s bis weniger als oder gleich etwa 5 °C/s aufweisen; und die Materialien in der sechsten Zone 160 können eine sechste Aufheizrate von mehr als oder gleich etwa 0 °C/s bis weniger als oder gleich etwa 5 °C/s aufweisen.
Die so gefertigten Teile aus Presshärtestahl können ein Gefüge bzw. eine Mikrostruktur mit Martensit, dispergierten bzw. verteilten Karbiden und Restaustenit aufweisen. Das Gefüge bzw. die Mikrostruktur kann auch eine geringe Menge (z.B. weniger als 2 %, gemessen als Volumenanteil) Ferrit oder Bainit enthalten.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind optional austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn sie nicht speziell gezeigt oder beschrieben werden. Dieselbe kann auch in vielerlei Hinsicht variiert werden. Solche Variationen sind nicht als außerhalb der Offenbarung zu betrachten, und alle derartigen Änderungen sollen in den Schutzbereich der Offenbarung einbezogen werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines pressgehärteten Stahlteils, wobei das Verfahren umfasst: Austenitisieren eines Rohlings aus einer Stahllegierung zur Bildung eines erhitzten Rohlings unter Verwendung eines Ofens mit zwei oder mehr Zonen, wobei eine erste Zone der zwei oder mehr Zonen eine erste Temperatur und eine erste Durchflussrate für ein Schutzgas aufweist und eine zweite Zone der zwei oder mehr Zonen eine zweite Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, und eine zweite Durchflussrate für das Schutzgas, die größer als die erste Durchflussrate ist, aufweist; und Stanzen des erhitzten Rohlings, um eine vorbestimmte Form zu bilden, die das pressgehärtete Stahlteil bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Temperatur größer als oder gleich etwa 700 °C bis kleiner als oder gleich etwa 910 °C und die zweite Temperatur größer als oder gleich etwa 760 °C bis kleiner als oder gleich etwa 950 °C ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Durchflussrate größer als oder gleich etwa 30 m³/h bis kleiner als oder gleich etwa 50 m³/h ist und die zweite Durchflussrate größer als oder gleich etwa 50 m³/h bis kleiner als oder gleich etwa 160 m³/h ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine erste Heizrate in der ersten Zone größer als oder gleich etwa 10 °C/Sekunde bis kleiner als oder gleich etwa 30 °C/Sekunde ist und eine zweite Heizrate in der zweiten Zone größer als oder gleich etwa 0 °C/Sekunde bis kleiner als oder gleich etwa 10 °C/Sekunde ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Rohling aus einer Stahllegierung in der ersten Zone für einen Zeitraum von mehr als oder gleich etwa 39 Sekunden bis weniger als oder gleich etwa 164 Sekunden gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schutzgas ein stickstoffhaltiges Gas ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Rohling aus einer Stahllegierung umfasst: mehr als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,45 Gew.-% Kohlenstoff (C); mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 6 Gew.-% Chrom (Cr); mehr als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 2,5 Gew.-% Silicium (Si); und als Rest Eisen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Rohling aus einer Stahllegierung ferner umfasst: mehr als 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 4,5 Gew.-% Mangan (Mn).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Rohling aus einer Stahllegierung ferner mindestens einen der folgenden Bestandteile umfasst: mehr als 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 5 Gew.-% Nickel (Ni); mehr als 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 3 Gew.-% Kupfer (Cu); mehr als 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-% Molybdän (Mo); mehr als 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 1 Gew.-% Vanadium (V); und mehr als 0 Gew.-% bis weniger als oder gleich etwa 0,5 Gew.-% Niob (Nb).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Stanzen umfasst: Abschrecken des erhitzten Rohlings mit einer konstanten Rate auf eine Temperatur, die kleiner oder gleich einer Martensit-Fertigstellungstemperatur (Mf) der Stahllegierung ist, die den Rohling aus einer Stahllegierung bildet, und die größer oder gleich etwa 20 °C ist.