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Technisches Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft das Warmumformen von Magnesiumlegierungsblechen
und anderen Metalllegierungsblechmaterialien unter Verwendung einer
vorbestimmten Warmumformtemperatur. Im Spezielleren betrifft diese
Erfindung Methoden zum Einleiten einer Verformung eines erwärmten
Blechwerkstückes bei einer gewählten niedrigeren
Temperatur in Bezug auf seine Rekristallisationstemperatur und das
Beenden des Verformungsschrittes bei der vorbestimmten Warmumformtemperatur.
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Hintergrund der Erfindung
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Es
besteht Interesse, relativ leichtgewichtige Aluminiumlegierungs-
und Magnesiumlegierungsblechmaterialien in z. B. Kraftfahrzeugkarosseriebleche
umzuformen. Solche Bleche können aus anfänglich
flachen Blechrohlingen mit nominalen Abmessungen von z. B. etwa
1000 mm × 1500 mm × 1–3 mm gebildet werden.
Bislang verfügten Kraftfahrzeugfertigungsingenieure über
mehr Erfahrung im Umformen von Karosserieblechen aus Aluminiumblechlegierungen,
wenngleich Magnesiumlegierungen in etwa denselben Temperaturbereichen
wie Aluminiumlegierungen warmumformbar sind und weitere Gewichtsreduktionen
bieten.
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Die
Schwierigkeit beim Umformen von großen dünnen
Blechen hängt großteils von der Komplexität
der Form des Blechs und dem Ausmaß der Verformung ab, die
notwendigerweise in einen Blechrohling eingebracht werden soll.
Einige Blechformen wie z. B. Motorraumhauben können oft umgeformt
werden, indem Aluminiumlegierungsblechrohlinge zwischen komplementären,
einander zugewandten Formwerkzeugen gepresst werden, ohne die Werkstücke
vorzuwärmen. Eine oder beide der Werkzeugformen weist/en
konvexe (Druckstempel)-Flächen auf, die das Blech in eine
konkave Fläche auf dem zugewandten Werkzeug hinein- und
dagegen strecken. Das Pressen wird bei der Umgebungstemperatur des
Fertigungsstandortes durchgeführt. Andere, komplexere Blechformen
erforderten es, dass die Werkstücke für das Warmpressen
oder Warmblasumformen vorgewärmt wurden. Aluminium-Fahrzeugheckklappen-
und -türbleche erfordern oft hohe Umformtemperaturen, um
das Blechmaterial in eine dekorative und funktionelle Blechform
zu verformen.
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Das
Warmblasumformen eines Magnesium- oder Aluminiumblechs beinhaltet
typischerweise, dass das Blech auf ungefähr 500°C
in einem Vorwärmofen erwärmt wird, dieses Blech
robotertechnisch in eine Position zwischen einander zugewandten
Werkzeugformen umgesetzt wird, die ebenfalls auf ungefähr
die gleiche Temperatur erwärmt sind, das Blech zwischen
die Werkzeugformhälften eingeklemmt wird, um eine gasdichte
Abdichtung herzustellen, und dann ein Gasdruck auf eine Seite des Blechs
angewendet wird, um es in einen zugewandten Werkzeugformhohlraum
zu blasen, um die erwünschte Form zu bilden. Später
wird der Gasdruck abgelassen, die Werkzeugform wird geöffnet
und das gebildete Blech wird entfernt und abkühlen gelassen. Alternativ
kann in einigen Fällen, anstatt einen Vorwärmofen
zu verwenden, das Blech durch die heiße Werkzeugform erwärmt
werden. In jedem Fall wird das Blech typischerweise auf ungefähr
500°C erwärmt und dann für eine kurze
Zeit bei dieser Temperatur gehalten, um eine gleichmäßige
Temperatur vor der Anwendung des Umformdrucks sicherzustellen. Das
Werkstück wird vor der Umformung typischerweise einer statischen
Rekristallisation unterzogen (falls nicht bereits vollständig
geglüht), und es ist die rekristallisierte Kornstruktur,
welche die Umformung erfährt. Diese Methode wird erfolgreich
bei Aluminiumlegierungen mit einer geeigneten Zusammensetzung und
thermomechanischen Vorgeschichte verwendet.
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Beim
Umformen durch Warmpressen wird das Aluminium- oder Magnesiumlegierungsblechmaterial üblicherweise
auf eine Temperatur unterhalb von etwa 350°C vorgewärmt
und zwischen erwärmten komplementären Formwerkzeugen,
welche auf gegenüberliegenden Presstischen getragen sind
und bei einer speziellen Umformtemperatur gehalten werden, gepresst.
Wiederum wird, wenn das Werkstück nicht bereits vollständig
geglüht wurde und die Vorwärmtemperatur über
der statischen Rekristallisationstemperatur liegt, das Werkstück
vor jeder Verformung einer statischen Rekristallisation unerzogen werden.
Beim Schließen der Presse wird das erwärmte Blech
von zumindest einer Werkzeugformfläche kontaktiert, welche
das Blech gegen eine gegenüberstehende Fläche
treibt und streckt. Wie beim Warmblasumformen liegen das Blechwerkstück
und die Warmpresswerkzeuge bei einer festgelegten Warmpresstemperatur,
bevor das Verformen des Werkstückes beginnt.
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Diese
Warmumformmethoden sind für Aluminiumblechlegierungen gut
entwickelt, und die vollständig vorgewärmten Werkstücke
werden einfach zu Karosserieblechen mit komplexer Form umgeformt.
Allerdings wurde dieses Warmumformen von Magnesiumblechlegierungen
allgemein langsamer und einfacher auf das Umformen von Blechen mit
einer geringeren Formkomplexität angewendet.
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Zusammenfassen der Erfindung
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Diese
Erfindung wurde für das Hochtemperaturumformen von Magnesiumblechlegierungen
erdacht, allerdings können die Blechumformverfahren auch
auf Aluminiumlegierungen anwendbar sein. Die Blechlegierungen weisen
typischerweise eine Dicke von etwa ein bis drei Millimeter auf.
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Eine
Magnesiumlegierung, die beim Blechumformen weitgehend zur Verfügung
steht, ist die Legierung mit der Bezeichnung AZ31B. Die nominale
Zusammensetzung bezogen auf das Gewicht dieser Legierung beträgt
etwa drei Prozent Aluminium, ein Prozent Zink, begrenzte Mengen
von Verunreinigungen und der Rest ist Magnesium. Sie ist im Handel
in der relativ weichen, vollständig geglühten O-Güte
und in der relativ harten, teilweise geglühten H24-Güte
erhältlich. Es werden Methoden der Warmumformverfahren
dieser Erfindung veranschaulicht, die z. B. auf AZ31B-Legierungen
mit einer O-Güte und einer H24-Güte angewendet
werden, wobei der Nutzen der Erfindung nicht auf AZ31B-Materialien
oder selbst auf Magnesiumlegierungen beschränkt ist.
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In
einem Warmumformwerk für ein Magnesiumlegierungsblechmaterial
(oder einem anderen Blechmaterial) werden Blechrohlinge bei Umgebungstemperaturen
(je nach geographischem Standort und Jahreszeit z. B. etwa 18°C
bis etwa 30°C) aus dem Lager geholt und für einen
vorgesehenen Warmumformschritt vorbereitet. Solch eine Vorbereitung kann
das Reinigen und Schmiermittelbeschichten der Rohlinge umfassen.
Eine erwünschte Umformtemperatur ist für die Zusammensetzung
und den Gütezustand der Metalllegierung vorspezifiziert
oder vorbestimmt. Die Umformtemperatur kann z. B. etwa 500°C
für das Warmblasumformen oder etwa 350°C für
das Warmpressen betragen. Ein oder mehrere vorbereitete/r Blechrohlinge
wird/werden dann in Vorbereitung zum Warmumformen erwärmt.
In einer Ausführungsform kann dieses Erwärmen
in einem Vorwärmofen bewerkstelligt werden, bevor der Rohling
robotertechnisch auf erwärmten Umformwerkzeugen angeordnet
wird. In einer weiteren Ausführungsform kann der Rohling
durch das/die Warmumformwerkzeug/e erwärmt werden. Allerdings
wird gemäß dieser Erfindung nicht zugelassen,
dass der Magnesiumlegierungsrohling seine spezifizierte Warmumformtemperatur
erreicht, bevor die Verformung des Rohlings begonnen wird. Die Verformung
des Rohlings wird begonnen, bevor das Werkstück seine statische
Rekristallisationstemperatur erreicht. Solch eine anfängliche
Verformung wird verwendet, um das Einsetzen der dynamischen Rekristallisation
des Werkstückes zu unterstützen. Das Erwärmen
und die progressive Verformung werden gemeinsam (parallel) fortgesetzt
und das Warmumformen wird bei der spezifizierten Warmverformungstemperatur
beendet.
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Gemäß dieser
Erfindung wurde festgestellt, dass dadurch, dass die Verformung
an einem Magnesiumlegierungsblechmaterial eingeleitet wird, bevor
die statische Rekristallisation einsetzt, der Umformprozess schneller
ausgeführt werden kann und eine größere
Verformung und Produktformgebung in dem Werkstück erzielt
werden können. Dadurch, dass die Verformung in einem vorbestimmten
Temperaturbereich in dem Werkstück eingeleitet wird, wird
eine dynamische Rekristallisation anstelle einer statischen Rekristallisation
bei einer niedrigeren Temperatur initiiert. Die dynamisch induzierte
Rekristallisation setzt sich fort, wenn das Erwärmen und
die Verformung während des Warmumformens des Blechs oder
anderer Fertigungsartikel fortgesetzt werden. Der Vorteil besteht
darin, dass in dem Werkstück eine komplexere Form während
einer kürzeren Verformungsdauer gebildet werden kann.
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In
einer Methode der Erfindung werden eine Magnesiumlegierungsblechzusammensetzung
und ein Gütezustand zum Warmumformen eines Karosserieblechs
oder eines anderen Blechartikels gewählt. Falls ein Benutzer
mit der Warmformbarkeit des Materials noch nicht vertraut ist, können
Blechproben geeigneten Erwärmungs- und Umformtests unterzogen werden,
um einen Erwärmungs- und Warmverformungsplan für
das Material zu ermitteln. Im Fall des Warmblasumformens eines AZ31B-Blechmaterials
kann es erwünscht sein, einen Blechrohling progressiv auf
etwa 500°C zu erwärmen, während die Verformung
z. B. bei etwa 250°C bis etwa 350°C eingeleitet
wird. Beispielsweise kann die gesamte Erwärmungsdauer etwa
vier Minuten betragen, wobei das Umformen während der letzten
zwei Minuten stattfindet. Die Umformraten beim Warmblasumformen
können durch Steuerung der Rate der Anwendung des Luftdruckes
(oder eines anderen Fluiddrucks) und Steuerung des Gesamtdrucks
während des Erwärmens des Werkstückes beeinflusst
werden. Die Umformraten beim Warmpressen können durch die
Druckstempelbewegung bei ausgewählten Temperaturen während
des Erwärmens des Werkstückes beeinflusst werden.
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Weitere
Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung werden aus
einer detaillierten Beschreibung von bestimmten illustrativen Ausführungsformen
offensichtlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Graph, der die zeitliche Steuerung des Erwärmens und
Verformens von Blechwerkstücken gemäß dieser
Erfindung veranschaulicht. Die y-Achse stellt die Temperatur oder
Verformung des Blechs in beliebigen Einheiten dar und die x-Achse
stellt die Zeit in beliebigen Einheiten dar. Das Werkstück
wird auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt (Volllinie)
und dann bei etwa dieser Temperatur gehalten. Gemäß der
Erfindung (Langstrich-Kurzstrichlinie) wird die Verformung begonnen, bevor
das Werkstück auf seine vorbestimmte Temperatur erwärmt
ist. In Methoden nach dem Stand der Technik (Strichlinie) wird das
Werkstück auf seine vorbestimmte Temperatur erwärmt,
bevor die Verformung beginnt.
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2A ist
eine Fotografie einer halbkugelförmigen Aufwölbung,
die mithilfe einer Methode nach dem Stand der Technik zum Erwärmen
des Blechs in einer Werkzeugform auf 450°C in ein AZ31B-Blechmaterial
geblasen wurde, bevor Luftdruck auf eine Seite des erwärmten
Rohlings angewendet wird, um die Aufwölbungsform durch
Warmblasumformen zu bilden.
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2B ist
eine Fotografie einer halbkugelförmigen Aufwölbung,
die mithilfe einer Methode gemäß dieser Erfindung
zum Erwärmen des Blechs in einer Werkzeugform auf 450°C
in ein AZ31B-Blechmaterial geblasen wurde, wobei jedoch Luftdruck
auf eine Seite des erwärmten Rohlings angewendet wird, wenn
seine Temperatur 250–300°C erreicht. Das Erwärmen
und Verformen des Rohlings werden fortgesetzt, um die Aufwölbungsform
durch Warmblasumformen zu bilden.
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3A ist
eine Mikrofotografie eines Querschnitts des AZ31B-Materials der
in 2A gezeigten Aufwölbung.
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3B ist
eine Mikrofotografie eines Querschnitts des AZ31B-Materials der
in 2B gezeigten Aufwölbung.
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4 ist
eine Schrägansicht eines Fahrzeugkofferraumdeckelinnenblechs,
das durch Warmblasumformen eines AZ31B-H24-Blechs hergestellt wurde.
Die Ansicht zeigt das umgeformte Kofferraumblech, nachdem es beschnitten
und durchlocht wurde.
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5 ist
ein Graph, der verschiedene Warmblasumformmethoden mit Unterschieden
in der Anwendung von Gasdruck mit der Zeit beim Herstellen eines
Kofferraumdeckels wie in 4 abgebildet zeigt. Der Graph
zeigt drei verschiedene Sequenzen von Gasdrücken (in psi)
gegen die Zeit (in Sekunden) bei der Bildung von drei verschiedenen
Kofferraumdeckelinnenblechen.
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Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen
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Warmumformprozesse
von Metallen haben traditionell beinhaltet, dass das Werkstück
auf eine etwas erhöhte Temperatur erwärmt wird,
es für kurze Zeit bei dieser Temperatur gehalten wird und
dann bei dieser Temperatur verformt wird, um eine brauchbare Form
zu bilden. Dieses Konzept ist schematisch in 1 gezeigt
(als Stand der Technik bezeichnet), wobei das Werkstück
keiner Verformung unterworfen wird, bevor es gleichmäßig
auf seine vorbestimmte Verformungstemperatur erwärmt wurde.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird die Verformung des Blechwerkstückes
begonnen, bevor die vorbestimmte Verformungstemperatur erreicht
ist. Die Verformung wird einige Zeit fortgesetzt, während das
Werkstück auf seine vorbestimmte Warmumformtemperatur erwärmt
wird. Und die endgültige Verformung des Werkstückes
kann sich für einige Zeit fortsetzen, nachdem die maximale
oder nominale Umformtemperatur erreicht ist, wie schematisch in 1 gezeigt.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird die
Verformung des Werkstückes bei einer vorbestimmten Temperatur
begonnen, bevor eine statische Rekristallisation der Werkstücklegierungsmikrostruktur
angefangen hat. Eine Strategie des Prozesses besteht darin, eine
anfängliche Verformung zu verwenden, um eine dynamische
Rekristallisation des Werkstückes zu induzieren, während
es erwärmt wird. Das Erwärmen und Verformen werden
derart beeinflusst, dass eine schnellere und stärker ausgeprägte
Formgebung in dem gebildeten Produkt erreicht wird.
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Diese
Erfindung hat sich als nützlich zum Warmblasumformen von
Blechen aus einer AZ31B-Magnesiumlegierung erwiesen, die ein handelsübliches
und häufig verwendetes Magnesiumlegierungsblech ist. AZ31B-Material
ist entweder in O-Güte oder H24-Güte erhältlich.
Das O-Güte-Blechmaterial weist eine vollständig
geglühte Mikrostruktur auf, die durch gleichachsige polygonale
Körner, die frei von Zwillingen sind, gekennzeichnet ist,
die eine typische Korngröße von 5–20
Mikrometer aufweisen. Das H24-Güte-Blech weist eine warm
umgeformte, teilweise geglühte Mikrostruktur auf, die durch
nicht gleichachsige Körner, viele Zwillinge und eine Korngröße
von weniger als 20 Mikrometer gekennzeichnet ist. Die Erfindung
wird auch für andere Warmumformprozesse, andere Ausgangsformen,
andere Legierungen und andere Güten geeignet sein.
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Ein
Beispiel der Verwendung und Vorteile dieser Erfindung ist durch
das (uneingeschränkte) Warmblasumformen eines AZ31B-O-Blechs
zu halbkugelförmigen Aufwölbungen veranschaulicht.
Bei diesem Vorgang wird ein Rohling bei Raumtemperatur in einer
Werkzeugform angeordnet, die bei einer Umformtemperatur wie z. B.
450°C gehalten wird. Eine Fläche des Blechs wird
derart angeordnet, dass sie über einer kreisförmigen Öffnung
mit einem Durchmesser von 100 mm in einem Werkzeugformpresstisch
liegt, und das Blech wird durch die warme Werkzeugform erwärmt.
Wenn das Blech eine geeignete Temperatur erreicht, wird ein Gasdruck
auf die andere Seite des Blechs angewendet, um das Blech durch das
Loch in eine uneingeschränkte Aufwölbungsform
zu dehnen. Der Gasdruck kann stufenweise erhöht oder bei
einem vorbestimmten Druckniveau angewendet werden.
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In
einem ersten Beispiel mit einem AZ31B-O-Werkstück wurde
der Gasdruck angewendet und die Verformung erst eingeleitet, nachdem
das Blech 450°C erreicht hatte. Das Bilden der Aufwölbung
erfolgte langsam und dauerte 24 Minuten bei einem Luftdruck von
75 psi. Die Höhe der Aufwölbung war relativ klein
(49 mm), als eine Spaltung stattfand, und die Aufwölbungsoberfläche
war sehr rau. Diese erste Aufwölbung ist in der Fotografie
von 2A veranschaulicht. Wenn stattdessen der Gasdruck
angewendet und die Verformung eingeleitet wird, wenn die Rohlingstemperatur
ungefähr 300°C beträgt, bildet sich die
Aufwölbung schneller (19 Minuten), ist größer
(59 mm) und ist glatter. Diese höhere und glattere Aufwölbung
ist in der Fotografie von 2B gezeigt.
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Diese
Unterschiede bei der Aufwölbungsbildung sind auf die verschiedenen
Mikrostrukturen, insbesondere die Korngrößen zurückzuführen,
die sich während des Erwärmens und während
der Rohling umgeformt wird entwickeln. Im Fall der Aufwölbung
von 2A fand die statische Rekristallisation in der
Nähe der Blechoberflächen statt, bevor die Blechverformung
begann. Dies hatte sehr große Oberflächenkörner
zur Folge, was (a) die maximal erreichbare Aufwölbungshöhe
begrenzte (durch Spalten), (b) die Verformung verlangsamte und (c)
dazu führte, dass die Oberfläche rau wurde. Im
Fall der Aufwölbung von 2B fand
die Rekristallisation während der Verformung statt, was
feinere Körner zur Folge hatte. Die Mikrostrukturen der
Teilstücke der Aufwölbung von 2A und
der Aufwölbung von 2B sind
in den Mikrofotografien von 3A bzw. 3B gezeigt. 3A veranschaulicht
die rauere Oberfläche und größeren Körner
des Blechs, das auf 450°C erwärmt wurde, bevor
Gasdruck angewendet wurde, um die Aufwölbung von 2A zu
bilden. 2B veranschaulicht die Mikrostruktur
des AZ31B-O-Blechs, das eine dynamische Rekristallisation erfuhr,
wenn Gasdruck angewendet wurde, als die Rohlingstemperatur 250–300°C
betrug.
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Eine
Ausführungsform der Erfindung wurde dann in einer Produktionsanlage
unter Verwendung von Produktionswerkzeugen zum Warmblasumformen
von AA5083-Legierungsblechmaterialen praktisch umgesetzt, die eine
hohe Umformbarkeit bei Temperaturen von 970°F (etwa 500°C)
zeigen. Die Warmblasumformmethode ist in dem
US-Patent Nr. 6 253 588 mit dem Titel
Quick Plastic Forming of Aluminium Alloy Sheet Metal beschrieben,
das dem Anmelder dieser Erfindung erteilt wurde. Die Offenlegung
des
Nr. '588-Patents ist
hierin zur vollständigeren Offenbarung eines solchen mit
Aluminiumlegierungsblechware ausgeführten Warmblasumformens durch
Bezugnahme aufgenommen.
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Beim
Quick Plastic Forming (QPF) wird das Blech auf eine Warmumformtemperatur
erwärmt und unter dem Druck eines Arbeitsgases in Formgleichheit
mit der Fläche eines Umformwerkzeuges gestreckt. In den
folgenden Experimenten wurden AZ31B-H24-Blechrohlinge erwärmt
und ein Arbeitsgasdruck angewendet, wie in den nachfolgenden Absätzen
angegeben. Die AZ31B-H24-Blechrohlinge wurden zu Kofferraumdeckelinnenblechen
mit komplexer Form umgeformt, wie in 4 veranschaulicht.
Das gebildete und beschnittene Kofferraumdeckelinnenblech 10 ist
derart gebogen, dass es die oberen und hinteren Wände eines
Fahrzeugkofferraums abdeckt. Die Umfangskante eines Innenblechs 10 ist
derart geformt, dass sie an einer darüber liegenden, ähnlich
geformten Kante eines Außenblechs befestigt werden kann.
Das Innenblech 10 ist mit Vertiefungen und Öffnungen
geformt, um eine Verdrahtung und dergleichen aufzunehmen und einen
Zugang zwischen ihm und einem Außenblech, an dem es befestigt
ist, vorzusehen.
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Die
AZ31B-H24-Blechrohlinge wurden in einem separaten Vorwärmofen
erwärmt, bevor sie in der QPF-Produktionswerkzeugform angeordnet
wurden, die auf ungefähr 970°F erwärmt
wurde.
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Eine
erste Gruppe von AZ31B-H24-Blechrohlingen wurde in dem Vorheizgerät
einzeln auf 970°F erwärmt und einzeln in der QPF-Produktionswerkzeugbestückung
warmblasumgeformt. Mit jedem Rohling aus dieser Gruppe wurde der
Arbeitsgasdruck (Luftdruck) auf den vollständig erwärmten Rohling über
eine Zeitdauer von 450 Sekunden erhöht, wie in der linearen
Kurve aus gleich langen Strichen von 5 veranschaulicht.
Wie aus der Kurve mit gleich langen Strichen von 5 ersichtlich,
wurde der Luftdruck in jedem Fall linear über etwa 200 Sekunden
auf etwa 50 psi erhöht. Dann wurde der Luftdruck über
die nächsten 250 Sekunden linear auf etwa 450 psi erhöht.
Diese Warmumformmethode produzierte (nicht gespaltene) Bleche von
guter Qualität bei Verwendung des 450 Sekunden-Druckbeaufschlagungsschemas
an vollständig erwärmten Rohlingen.
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Eine
zweite Gruppe von AZ31B-H24-Blechrohlingen, die vollständig
auf 970°F vorgewärmt waren, wurde einem schnelleren
Druckbeaufschlagungszyklus mit einer Dauer von 250 Sekunden unterworfen.
Wiederum wurde der Luftdruck zuerst langsam über 200 Sekunden
auf etwa 50 psi erhöht. Dann wurde der Luftdruck über
die nächsten 50 Sekunden (Kurzstrich-Langstrich-Linie in 5)
auf 450 psi erhöht, um die Bildung der Magnesiumkofferraumdeckelbleche
zu beenden. Diese Methode ergab inakzeptable Bleche mit Spalten
in verformten Bereichen der Werkstücke.
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Eine
dritte Gruppe von AZ31B-H24-Blechtafeln wurde gemäß dieser
Erfindung gebildet. Diese Magnesiumlegierungsrohlinge wurden auf
nur 550°F vorgewärmt, bevor sie in den heißen
QPF-Werkzeugen angeordnet wurden. Während jeder Rohling durch
die Werkzeuge weiter auf 970°F erwärmt wurde,
wurde Luftdruck angewendet und über 150 Sekunden auf etwa
40 psi erhöht (Volllinie). Der Luftdruck wurde dann über
die nächsten 50 Sekunden schnell auf 450 psi erhöht.
In 200 Sekunden wurden gute Bleche gebildet. Daher reduzierte die
Verwendung dieser Erfindung die Umformzykluszeit um mindestens 50
Sekunden und vielleicht bis zu 250 Sekunden. Die niedrigere Vorheizgerättemperatur
hat auch direkten Energieeinsparungen, eine längere Elementlebensdauer
und weniger Abwärme in der Anlage zur Folge.
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Es
wird oft bevorzugt werden, eine Chargenart eines Blechmaterials
zu untersuchen, um eine Warmbearbeitungstemperatur und eine niedrigere Temperatur
abzuschätzen oder vorzubestimmen, bei der eine Verformung
gemäß dieser Erfindung eingeleitet werden soll,
um eine dynamische Rekristallisation zu induzieren. Diese Analyse
kann auf Magnesiumlegierungen wie z. B. AZ31B-Güte-O, AZ31B-Güte-H24,
andere Magnesiumlegierungen, Aluminiumlegierungen oder dergleichen
angewendet werden. Es kann üblicherweise erwünscht
sein, die statische Rekristallisationstemperatur des Materials zu
bestimmen. Diese Temperatur kann sich selbst in Materialien der/des
gleichen Zusammensetzung und Gütezustandes unterscheiden.
Zum Beispiel können AZ31B-Güte-O-Blechma-terialien
wegen variierender Mengen von Kaltarbeitungsspannungsresten infolge
der Handhabung oder Verarbeitung des gewalzten Blechmaterials geringfügig
verschiedene statische Rekristallisationstemperaturen aufweisen.
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Mit
Bezug auf die vorliegende Erfindung kann die statische Rekristallisationstemperatur
des Metallblechs ermittelt werden, indem mehrere repräsentative
Proben wärmebehandelt und dann Querschnitte dieser behandelten
Proben metallographisch untersucht werden. Es wird üblicherweise bevorzugt,
dass die Wärmebehandlung bei mehreren gewählten
Temperaturen durchgeführt werden sollte, die alle unter
der nominellen Warmumformtemperatur liegen. Es wird bevorzugt, dass
die Erwärmungsrate beim Testen jener ähnlich sein
sollte, die in dem tatsächlichen Warmumformfertigungsprozess
verwendet wird. Typischerweise sollte jede Blechprobe für
ungefähr eine Minute bei ihrer gewählten Wärmebehandlungstemperatur
gehalten werden, dann aus dem Ofen genommen und abkühlen
gelassen werden. Es sollte von jeder eine metallographische Querschnittsprobe
hergestellt und in einem Mikroskop untersucht werden, um die Körner
zu betrachten. Proben, die bei Temperaturen unterhalb der statischen
Rekristallisationstemperatur wärmebehandelt wurden, werden
eine Kornstruktur zeigen, die im Wesentlichen mit unbehandelten
Proben identisch ist. Proben, die bei oder oberhalb der statischen
Rekristallisationstemperatur wärmebehandelt wurden, werden
Körner zeigen, die großteils gleichachsig, polygonal
und frei von Anzeichen einer „Kaltbearbeitung”, d.
h. Dislokationen und/oder Zwillingen, sind. In einigen Materialien
könnte eine statische Rekristallisation nicht gleichmäßig über
die gesamte Blechdicke stattfinden, d. h. sie kann in der Nähe
der Blechoberflächen, jedoch nicht in der Nähe
der Mittelebene der Blechprobe stattfinden. Anders ausgedrückt
kann solch eine statische Rekristallisation nicht in einem wesentlichen
Abschnitt des Blechmaterials stattfinden, um bei der Bestimmung
der statischen Rekristallisationstemperatur verwendet zu werden.
Es ist klug, wenn der Beobachter dies beachtet, da solch eine Rekristallisation
sowohl die Umformbarkeit als auch die Oberflächengüte
von warmumgeformten Artikeln stark beeinflusst.
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Zum
Zweck der Bestimmung von statischen Rekristallisationstemperaturen
von AZ31B-Mangesiumlegierungsblechen werden Wärmebehandlungstemperaturen
von 200, 225, 250, 275, 300, 325 und 350°C empfohlen.
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Solche
Tests werden beim Erwärmen von gleichen Werkstücken
typischerweise eine Temperatur ergeben, bei der eine Warmumformprozessverformung
eingeleitet werden soll. Selbstverständlich wird das Erwärmen
auf die spezifizierte Warmbearbeitungstemperatur für das
Blechmaterial fortgesetzt, während die Verformung in eine
erwünschte Form fortgesetzt wird.
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Die
Methoden der Erfindung wurden anhand von spezifischen Beispielen
veranschaulicht. Der Schutzumfang der Erfindung ist nicht durch
die spezifischen Beispiele begrenzt.
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Zusammenfassung
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Magnesium
und andere Metalllegierungsblechmaterialien werden bei Warmumformtemperaturen
in Fahrzeugkarosseriebleche und andere Artikel verformt. Viele solcher
Warmumformschritte werden hinsichtlich Geschwindigkeit und Produktqualität verbessert,
indem eine statische Rekristallisationstemperatur des Blechmaterials
vorbestimmt wird. Wenn das Blechmaterial auf seine Warmumformtemperatur
erwärmt wird, wird eine Verformung unterhalb der statischen
Rekristallisationstemperatur eingeleitet. Wenn das Erwärmen
und Verformen fortgesetzt werden, findet eine dynamische Rekristallisation
des Werkstückes statt, und die Verformung kann schneller
und in einem größeren Ausmaß fortschreiten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6253588 [0026, 0026]
