DE10305055A1

DE10305055A1 - Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils

Info

Publication number: DE10305055A1
Application number: DE10305055A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. Brodt
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2004-08-26

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils, insbesondere für eine Fahrzeugkarosserie, wird das Stahlbauteil gehärtet und nach dem Härten in einer Zinkschmelze bzw. Zinklegierungsschmelze verzinkt und dabei angelassen. Bestimmte Bereiche des Stahlbauteils, die eine größere Duktilität erhalten sollen, werden für einen längeren Zeitraum in der Zinkschmelze gehalten als diejenigen Bereiche des Stahlbauteils, die eine geringere Duktilität erhalten sollen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils, insbesondere für eine Fahrzeugkarosserie, nach der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8 näher definierten Art.

Gattungsgemäße Verfahren sind aus der DE 40 32 996 A1 und der DE 40 36 827 A1 bekannt. Bei diesen bekannten Verfahren wird das zur Erlangung eines Korrosionsschutzes eingesetzte Verzinken gleichzeitig zum Anlassen des Stahlbauteils nach dessen Erwärmen und somit als Teil der Wärmebehandlung eingesetzt, wodurch ein Verfahrensschritt bei der Herstellung des Stahlbauteils eingespart werden kann.

Die bekannten Verfahren führen zu einem Stahlbauteil, dessen Härte und Duktilität sehr gleichmäßig ist. Für moderne Kfz-Karosserien sind solche Bauteile jedoch oftmals nicht geeignet.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils zu entwickeln, mit welchem ein insbesondere bei Fahrzeugkarosserien flexibel einsetzbares Bauteil geschaffen werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Innerhalb des Umfangs des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, verschiedene Bereiche des Stahlbauteils für einen unterschiedlich langen Zeitraum in der Zinkschmelze zu belassen, um auf diese Weise eine unterschiedliche Anlasswirkung des Stahlbauteils zu erhalten. Diese Zeitsteuerung beim Anlassen ermöglicht es, in ein und demselben Bauteil Bereiche mit verschiedener Duktilität zu erhalten, so dass das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Stahlbauteil unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden kann, und zwar dadurch, dass das Stahlbauteil entsprechend den lokalen Festigkeitsanforderungen in der Zinkschmelze gezielt angelassen wird.

Unter dem hierin verwendeten Begriff „Zinkschmelze" sind selbstverständlich auch Schmelzen aus Zinklegierungen, wie beispielsweise die Zinklegierungsschmelzen ZnAl 5 oder ZnAl 55, zu verstehen.

Die erfindungsgemäße Steuerung des Zeitraums, in dem die Bereiche des Stahlbauteils in der Zinkschmelze verbleiben, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mittels einer definierten Tauchbewegung durchgeführt werden.

Eine alternative Lösung der Aufgabe ergibt sich durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 8.

Auch dadurch, dass verschiedene Bereiche des Stahlbauteils in Zinkschmelzen mit unterschiedlichen Temperaturen verzinkt und dabei angelassen werden, kann eine unterschiedliche Anlasswirkung des Stahlbauteils erreicht werden. Hierbei ermöglicht es die Temperatursteuerung, in ein und demselben Bauteil Bereiche mit verschiedener Duktilität zu erhalten, so dass das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Stahlbauteil unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden kann, und zwar wiederum dadurch, dass das Stahlbauteil entsprechend den lokalen Festigkeitsanforderungen in der Zinkschmelze gezielt angelassen wird.

In jeweiligen vorteilhaften Weiterbildungen können die beiden alternativen Lösungen auch miteinander kombiniert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Dabei zeigen:
1 einen ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Stahlbauteils in einer ersten Ausführung;
2 einen zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens in der ersten Ausführung;
3 einen dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens in der ersten Ausführung;
4 einen vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens in der ersten Ausführung;
5 einen fünften Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens in der ersten Ausführung;
6 einen ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Stahlbauteils in einer zweiten Ausführung; und
7 einen zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens in der zweiten Ausführung;
In 1 ist ein Stahlbauteil 1 in sehr schematischer Weise dargestellt, welches von einer Greifeinrichtung 2 gehalten wird und mittels derselben bewegt werden kann. Bei dem Stahl bauteil 1 handelt es sich im vorliegenden Fall um ein Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs, genauer gesagt um eine B-Säule. Die zur Formgebung des Stahlbauteils 1 notwendigen Verfahrensschritte, wie Gießen, Walzen und dergleichen, sind hinlänglich bekannt und daher hier nicht dargestellt.
In dem Verfahrensschritt gemäß 1 wird das Stahlbauteil 1 mittels der Greifeinrichtung 2 aus einer Härteeinrichtung 3 entnommen und steht kurz vor dem Eintauchen in eine Zinkschmelze 4. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Schmelze aus einer der Zinklegierungen ZnAl 5 oder ZnAl 55 handeln. Nach dem Erwärmen des Stahlbauteils 1 in der Härteeinrichtung 3, was den ersten, an sich bekannten Schritt des Härtens des Stahlbauteils 1 darstellt, wird dasselbe nämlich in die Zinkschmelze 4 eingetaucht und auf diese Weise sowohl mit einer vor Korrosion schützenden Zinkschicht überzogen als auch, aufgrund der Temperatur der Zinkschmelze 4 von ca. 390 bis 615 °C, angelassen. Dieses Anlassen dient in an sich bekannter Weise dazu, die Härte des Stahlbauteils 1 zu verringern und zugleich dessen Duktilität zu erhöhen.
Das Stahlbauteil 1 weist mehrere Bereiche auf, wobei im vorliegenden Fall ein unterer Bereich 1a, der sich in der Nähe eines nicht dargestellten Rahmens des Kraftfahrzeugs befindet, und ein oberer Bereich 1b, der sich in der Nähe eines Daches des Kraftfahrzeugs befindet, von besonderem Interesse sind. Aus Gründen der Insassensicherheit und der Steifigkeit der gesamten Karosserie soll nämlich der obere Bereich 1b eine sehr hohe Festigkeit und Härte bei zugleich relativ niedriger Duktilität aufweisen. Demgegenüber soll der untere Bereich 1a eine höhere Duktilität aufweisen, die mit einer geringeren Härte und Festigkeit einhergeht. Hierzu verbleibt, wie nachfolgend beschrieben, der untere Bereich 1a des Stahlbauteils 1 für einen längeren Zeitraum in der Zinkschmelze 4 als der obere Bereich 1b.
In 2 ist dargestellt, wie der untere Bereich 1a des Stahlbauteils 1 in die Zinkschmelze 4 eintaucht, der obere Bereich 1b sich jedoch noch außerhalb derselben befindet.
3 zeigt das Stahlbauteil 1 in seinem vollständig in die Zinkschmelze 4 eingetauchten Zustand, d.h. hier befindet sich sowohl der untere Bereich 1a als auch der obere Bereich 1b innerhalb der Zinkschmelze 4.
In 4 ist dargestellt, wie das Stahlbauteil 1 mit Hilfe der Greifeinrichtung 2 wieder aus der Zinkschmelze 4 entfernt wird. Die Stellung gemäß 4 entspricht im wesentlichen derjenigen gemäß 2.
In der Stellung gemäß 5 ist das Stahlbauteil 1 wiederum vollständig aus der Zinkschmelze 4 entfernt und das Verzinken und Anlassen sind abgeschlossen.
Je nach Verfahrgeschwindigkeit der Greifeinrichtung 2 und somit der Eintauchgeschwindigkeit des Stahlbauteils 1 in die Zinkschmelze 4 verbleibt der untere Bereich 1a für einen längeren Zeitraum in der Zinkschmelze 4 als der obere Bereich 1b. Dies führt zu einer stärkeren Anlasswirkung für den unteren Bereich 1a und somit zu einer höheren Duktilität bei zugleich niedrigerer Härte und Festigkeit dieses Bereiches 1a. Mit anderen Worten, der Zeitraum, in dem die Bereiche 1a und 1b des Stahlbauteils 1 in der Zinkschmelze 4 verbleiben, wird durch die festgelegte bzw. definierte Tauchbewegung des Stahlbauteils 1 gesteuert, wobei es sich auch um eine andere als eine senkrechte Bewegung handeln kann. Hierbei kann eine kontinuierliche Bewegung vorliegen, das Stahlbauteil 1 kann jedoch auch in einer bestimmten Stellung, beispielsweise in der Stellung gemäß 2, gehalten werden, so dass eine diskontinuierliche Bewegung vorliegt. In diesem Zusammenhang sind auch unterschiedliche Verfahrgeschwindigkeiten der Greifeinrichtung 2 möglich, um unterschiedlich lange Ein tauchzeiten für die Bereiche 1a und 1b des Stahlbauteils 1 zu erreichen.
Das beschriebene Verfahren lässt sich nicht nur auf die angegebenen Bereiche 1a und 1b anwenden, sondern auf sämtliche Bereiche des Stahlbauteils 1, welche lokal unterschiedliche Festigkeitsanforderungen aufweisen. Selbstverständlich ist auch ein mehrmaliges Eintauchen des Stahlbauteils 1 möglich, beispielsweise wenn zwei äußere Bereiche des Stahlbauteils 1 länger in der Zinkschmelze 4 verbleiben sollen als ein mittlerer Bereich. Zu beachten ist, dass nach Ablauf einer bestimmten Zeit keine Verstärkung der Anlasswirkung erreicht werden kann.
6 und 7 zeigen ein alternatives Verfahren zur Herstellung des Stahlbauteils 1, das auch hier in der Härteeinrichtung 3 gehärtet und nach dem Härten in einer Zinkschmelze 4a bzw. 4b verzinkt und dabei angelassen wird. Hierbei werden diejenigen Bereiche 1a des Stahlbauteils 1, die eine größere Duktilität erhalten sollen, in der Zinkschmelze 4a mit einer höheren Temperatur verzinkt als diejenigen Bereiche 1b des Stahlbauteils 1, die eine geringere Duktilität erhalten sollen. Diese werden nämlich in der Zinkschmelze 4b, welche eine niedrigere Temperatur aufweist, verzinkt und dabei angelassen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Zinkschmelze 4a für die Bereiche 1a des Stahlbauteils 1, die eine größere Duktilität erhalten sollen, eine Temperatur von ca. 400 °C auf, was bei einem bestimmten Material des Stahlbauteils 1 zu einer Festigkeit von ca. 1100 MPa führt. Demgegenüber weist die Zinkschmelze 4b für die Bereiche 1b des Stahlbauteils 1, die eine geringere Duktilität erhalten sollen, eine Temperatur von ca. 600 °C auf. Dies führt bei demselben Material zu einer Festigkeit von ca. 800 MPa. Für andere Werkstoffe bzw. Festigkeitswerte können selbstverständlich Zinkschmelzen 4a und 4b mit anderen Temperaturen eingesetzt werden.
Bei dem dargestellten Verfahrensablauf wird zunächst das gesamte Stahlbauteil 1 in das Schmelzbad 4b mit der niedrigeren Temperatur eingetaucht, wodurch eine höhere Festigkeit und eine geringere Duktilität für die beiden Bereiche 1a und 1b verbleibt. Dieser Schritt ist in 6 dargestellt.
Anschließend wird lediglich der Bereich 1a in das Schmelzbad 4a mit der höheren Temperatur eingetaucht, was bei dem Bereich 1a zu der gewünschten geringeren Festigkeit und der größeren Duktilität führt.
Selbstverständlich könnten beide Bereiche 1a und 1b auch jeweils nur in die dafür vorgesehenen Schmelzbäder 4a bzw. 4b eingetaucht werden, so dass das Stahlbauteil 1 zu keinem Zeitpunkt vollständig in einem der beiden Schmelzbäder 4a bzw. 4b eingetaucht wäre. Hierfür könnte die Greifeinrichtung 2 das Stahlbauteil 1 beispielsweise mittig greifen.
Des weiteren ist auch eine Kombination der beiden unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 bzw. 6 und 7 beschriebenen Verfahren zum Verzinken und Anlassen des Stahlbauteils 1 möglich, also eine Überlagerung der Zeitsteuerung mit der Temperatursteuerung. Auf diese Weise wäre es möglich, sehr komplexen Anforderungen an unterschiedliche Festigkeiten bzw. Duktilitäten des Stahlbauteils 1 gerecht zu werden.
Da auch die Legierungsbestandteile des Stahlbauteils 1 das Anlassverhalten desselben beeinflussen, sollte die Temperatur der Zinkschmelze 4 bei beiden Verfahren auf die Zusammensetzung des Stahlbauteils 1 und auf die zu erzielende Duktilität abgestimmt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils, insbesondere für eine Fahrzeugkarosserie, wobei das Stahlbauteil gehärtet und nach dem Härten in einer Zinkschmelze bzw. Zinklegierungsschmelzen verzinkt und dabei angelassen wird, dadurch gekennzeichnet , dass bestimmte Bereiche (1a) des Stahlbauteils (1), die eine größere Duktilität erhalten sollen, für einen längeren Zeitraum in der Zinkschmelze (4) gehalten werden als diejenigen Bereiche (1b) des Stahlbauteils (1), die eine geringere Duktilität erhalten sollen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum, in dem die verschiedenen Bereiche (1a, 1b) des Stahlbauteils (1) in der Zinkschmelze (4) verbleiben, durch eine definierte Tauchbewegung des Stahlbauteils (1) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchbewegung kontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchbewegung diskontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , dass das Stahlbauteil (1) während der Tauchbewegung mehrmals in die Zinkschmelze (4) eingetaucht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkschmelze (4) eine Temperatur zwischen 390 – 615 °C aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 65, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte Bereiche (1a) des Stahlbauteils (1), die eine größere Duktilität erhalten sollen, in einer Zinkschmelze (4a) mit einer höheren Temperatur verzinkt und dabei angelassen werden als diejenigen Bereiche (1b) des Stahlbauteils (1), die eine geringere Duktilität erhalten sollen, welche in einer Zinkschmelze (4b) mit einer niedrigeren Temperatur verzinkt und dabei angelassen werden.
Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils, insbesondere für eine Fahrzeugkarosserie, wobei das Stahlbauteil gehärtet und nach dem Härten in einer Zinkschmelze bzw. Zinklegierungsschmelzen verzinkt und dabei angelassen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte Bereiche (1a) des Stahlbauteils (1), die eine größere Duktilität erhalten sollen, in einer Zinkschmelze (4a) mit einer höheren Temperatur verzinkt und dabei angelassen werden als diejenigen Bereiche (1b) des Stahlbauteils (1), die eine geringere Duktilität erhalten sollen, welche in einer Zinkschmelze (4b) mit einer niedrigeren Temperatur verzinkt und dabei angelassen werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkschmelze (4a) für die Bereiche (1a) des Stahlbauteils (1), die eine größere Duktilität erhalten sollen, eine Temperatur von ca. 400 °C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkschmelze (4b) für die Bereiche (1b) des Stahlbauteils (1), die eine geringere Duktilität erhalten sollen, eine Temperatur von ca. 600 °C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, bestimmte Bereiche (1a) des Stahlbauteils (1), die eine größere Duktilität erhalten sollen, für einen längeren Zeitraum in der Zinkschmelze (4) gehalten werden als diejenigen Bereiche (1b) des Stahlbauteils (1), die eine geringere Duktilität erhalten sollen.