DE69933751T2 - Herstellungsverfahren für Formteile aus warmgewalztem Stahlblech - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstücks ausgehend von einem warmgewalzten Stahlblechband.
- Stahlbleche, die einem Formen bei hoher Temperatur und/oder einer Wärmebehandlung unterzogen werden müssen, werden aus Gründen des Haltens der Beschichtung bei der Wärmebehandlung unbeschichtet geliefert. Die Beschichtung erfolgt daher auf dem Fertigteil, was ein sorgfältiges Reinigen der Oberflächen und hohlen Teile erfordert. Das Reinigen erfordert den Einsatz von Säuren oder Basen, deren Recycling und Lagerung eine hohe finanzielle Belastung sind und Gefahren für die Bediener und für die Umwelt aufweisen. Ferner muss die Wärmebehandlung unter kontrollierter Atmosphäre erfolgen, um jedes Entkohlen und Oxidieren des Stahls zu vermeiden. Beim Warmformen beschädigt dann der Zunder aufgrund seines Scheuervermögens die Formwerkzeuge, was die Qualität der erzielten Werkstücke hinsichtlich der Maße und Ästhetik verringert oder zu häufigen und kostspieligen Werkzeugreparaturen zwingt. Um schließlich ihre Korrosionsbeständigkeit zu steigern, müssen die so erzielten Werkstücke eine kostspielige Nachbehandlung erhalten, deren Anwendung schwierig, ja sogar unmöglich ist, und dies insbesondere im Fall von Werkstücken, die Vertiefungen aufweisen.
- Das Ziel der Erfindung besteht darin, gewalzte Stahlbleche zu 0,2 mm bis etwa 20 mm Stärke vorzuschlagen, die nach dem Warmwalzen beschichtet werden, und die entweder warm oder kalt, gefolgt von einer Wärmebehandlung geformt werden müssen, wobei die Temperaturerhöhung ohne Entkohlen des Stahls des Blechs, ohne Oxidieren der Oberfläche des Blechs vor, während und nach dem Warmformen und/oder der Wärmebehandlung sichergestellt werden muss.
- Die Erfindung hat ein Herstellungsverfahren eines Werkstücks ausgehend von einem warmgewalzten Stahlband, das wie folgt gekennzeichnet ist, zur Aufgabe:
- – man beschichtet das gewalzte Blech mit einem Metall oder mit einer Metalllegierung, die einen Schutz der Oberfläche und des Stahls sicherstellt,
- – man unterzieht das beschichtete Blech einer Temperaturerhöhung für sein Formen,
- – man stellt daher eine intermetallische legierte Verbindung auf der Oberfläche her, die einen Schutz vor Korrosion, Entkohlen des Stahls sicherstellt, wobei die intermetallische Verbindung eine Schmierfunktion erfüllen kann,
- – man führt das Formen durch Stanzen aus,
- – man kühlt das geformte Werkstück ab, um hohe mechanische Härteeigenschaften des Stahls und eine hohe oberflächliche Härte der Beschichtung zu verleihen.
- Die anderen Merkmale der Erfindung sind die folgenden:
- – man beschichtet das warmgewalzte Blech nach dem Warmwalzen und Beizen,
- – das Metall oder die Metalllegierung zum Beschichten ist Aluminium oder eine Aluminiumlegierung,
- – die intermetallische Legierung ist eine Verbindung in der Hauptsache auf Aluminium-, Eisen- und Siliziumbasis,
- – die Metallbeschichtung oder Metalllegierungsbeschichtung erfolgt durch Warmhärten,
- – das beschichtete Blech wird einer Temperaturerhöhung über 700°C vor dem Formen unterworfen,
- – das beschichtete Blech wird warmgestanzt,
- – das durch Stanzen erzielte Werkstück wird abgekühlt, um einem Härten unterzogen zu werden, und zwar mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtgeschwindigkeit.
- Die Erfindung betrifft auch ein warmgewalztes Blech, das eine Metall- oder Metalllegierungsbeschichtung aufweist, die auf der Oberfläche abgelagert ist, um warm eine intermetallische Verbindung herzustellen, wobei die intermetallische Verbindung einen Schutz vor Korrosion, eine Barriere gegen Entkohlen des Stahls des Blechs, eine Schmierung beim Warmformen des Blechs, und auf dem Fertigwerkstück nach dem Formen und Abkühlen hohe mechanische Härtemerkmale des Stahls sowie eine hohe Oberflächenhärte der Oberfläche des Fertigteils sicherstellt.
- Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist:
- – das Blech enthält auf der Oberfläche eine Ablagerung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
- Die Erfindung betrifft auch den Einsatz des Blechs beim Warmformen durch Stanzen von Werkstücken mit hohen mechanischen Härtemerkmalen und hohen Oberflächenhärtemerkmalen, die eine sehr gute Scheuerfestigkeit sicherstellen.
- Die folgende Beschreibung dient zum besseren Verstehen der Erfindung.
- Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, einen warmgewalzten Stahl zur Wärmebehandlung oder zum Warmformen mit einem Metall oder einer Metalllegierung zu beschichten, wie zum Beispiel Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, die zum Beispiel aus Aluminium und Silizium besteht. Die Metallbeschichtung oder Metalllegierungsbeschichtung wird so ausgewählt, dass man einen Schutz vor Korrosion, und Beständigkeit bei einer hohen Temperatur erzielt. Bei einer Wärmebehandlung oder einer Erhöhung der Temperatur zum Formen bildet die Beschichtung eine legierte Schicht, die eine große Korrosions-, Scheuer-, Abnutzungs- und Dauerfestigkeit aufweist. Die Beschichtung verändert die Formbarkeitseigenschaften des Stahls nicht und gestattet daher eine große Kalt- und Warmformvielfalt.
- Nach dem Warmwalzen kann das Band gebeizt und vor dem Beschichten kalt gewalzt werden.
- Man kann das gewalzte Blech zum Beispiel mit den zwei folgenden Metalllegierungstypen beschichten:
Beschichtung Nr. 1: Si: 9 % bis 10 %; Fe: 2 % bis 3,5 %; Rest: Al und Verunreinigungen.
Legierung Nr. 2: Fe: 2 % bis 4 %; Rest: Al und Verunreinigungen. - Für die Legierung Nr. 1 liegt die Stärke der Beschichtung zwischen 5 μm und 100 μm und vorzugsweise zwischen 10 μm und 25 μm. Für die Legierung Nr. 2 liegt die Stärke der Beschichtung zwischen 15 μm und 100 μm und vorzugsweise zwischen 30 μm und 50 μm.
- Zum Formen oder zur Wärmebehandlung wird das Blech einer Temperaturerhöhung, die vorzugsweise zwischen 750°C und 1200°C liegt, in einem Ofen unterzogen, der eine Atmosphäre enthält, die aufgrund der durch die Beschichtung gebildeten Oxydationsbarriere keine Kontrolle mehr erfordert. Beim Erhöhen der Temperatur verwandelt sich die Beschichtung auf Aluminiumbasis in eine legierte Schicht auf der Oberfläche, die verschiedene Phasen enthält, die von der Wärmebehandlung abhän gen und eine große Härte, die 600 HV 100 g überschreiten kann, aufweisen.
- Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man Bleche herstellen, deren Stärke zwischen 0,2 mm und 20 mm liegt, die gute Formungseigenschaften sowie gute Korrosionsbeständigkeit haben.
- Die beschichtet gelieferten Bleche weisen eine große Korrosionsfestigkeit während den Temperaturerhöhungen, dem Formen, den Wärmebehandlungen und beim Gebrauch der geformten Fertigteile auf.
- Die Gegenwart der Beschichtung bei Wärmebehandlungen oder Warmformen erlaubt es, neben der Korrosion auch das Entkohlen des Basisstahls zu vermeiden. Das hat beim Warmformen in dem Fall eines Warmformens in einer Stanzpresse einen unleugbaren Vorteil. Die gebildete intermetallische Legierung vermeidet nämlich das Bilden von Zunder, das Abnutzen der Werkzeuge durch den Zunder und erlaubt daher eine Verlängerung der mittleren Lebensdauer der Werkzeuge. Es wurde festgestellt, dass die warm gebildete intermetallische Legierung bei hoher Temperatur eine Schmierfunktion hat. Ferner erlaubt es die Schutzwirkung vor dem Entkohlen der intermetallischen Legierung, einen Hochtemperaturofen zu verwenden, der 900°C überschreitet, der eine nicht kontrollierte Atmosphäre hat, und dies sogar bei Erhitzungszeiten von mehreren Stunden.
- Am Ofenausgang ist es nicht mehr erforderlich, das erzielte Werkstück zu beizen, woraus sich aufgrund des Wegfallens des Beizbades der Fertigteile eine Einsparung ergibt.
- Aufgrund der Kenndaten der Beschichtung nach der Temperaturerhöhung haben die erzielten Werkstücke eine gesteigerte Dauerfestigkeit, gesteigerte Abnutzungs-, Scheuer- und Korrosionsfestigkeit. Ferner kann die Beschichtung vor und nach dem Erhöhen der Temperatur geschweißt werden.
- Das Stahlblech gewährleistet durch Kalthärteffekt hohe mechanische Kenndaten des erzielten Werkstücks nach dem Formen, wobei die warm in eine intermetallische Legierung verwandelte Beschichtung ihrerseits aufgrund ihrer Schmiervorzüge und der Reibungsfestigkeit eine Verbesserung des Formens im Bereich des Warmstanzens sicherstellt.
- Bei einer Ausführungsform verwendet man ein warmgewalztes Stahlblech aus Stahl mit der folgenden Gewichtszusammensetzung:
Kohlenstoff: 0,15 % bis 0,25 %,
Mangan: 0,8 % bis 1,5 %,
Silizium: 0,1 % bis 0,35 %,
Chrom: 0,01 % bis 0,2 %,
Titan: weniger als 0,1 %,
Aluminium: weniger als 0,1 %,
Phosphor: weniger als 0,05 %,
Schwefel: weniger als 0,03 %,
Bor: 0,0005 % bis 0,01 %,
man beschichtet das Blechband mit einer Beschichtung des Typs Legierung Nr. 1 oder Nr. 2,
man austenisiert das Blech bei 950°C vor dem Formen und Härten im Werkzeug, wobei die Beschichtung beim Formen eine Schmieraufgabe zusätzlich zu ihren Schutzfunktionen vor Korrosion, im kalten, warmen Zustand und vor Entkohlen gewährleistet. Beim Härten behindert die legierte Beschichtung das Extrahieren der Hitze durch das Werkzeug nicht und kann es begünstigen. Nach dem Formen und Härten ist es nicht mehr nötig, das Werkstück zu beizen oder zu schützen, denn die Basisbeschichtung gewährleistet den Schutz während des gesamten Verfahrens.
Claims (3)
- Verfahren zum Herstellen eines Formteils ausgehend von einem warmgewalzten Stahlblechband, dadurch gekennzeichnet, dass: – man das gewalzte Blech mit einer Aluminiumlegierung, die 9 bis 10 % Silicium und 2 bis 3,5 % Eisen enthält, wobei der Rest aus Aluminium und Verunreinigungen besteht, in einer Schicht mit einer Stärke zwischen 5 und 100 μm beschichtet oder mit einer Aluminiumlegierung, die 2 bis 4 % Eisen enthält, wobei der Rest aus Aluminium und Verunreinigungen besteht, in einer Schicht mit einer Stärke zwischen 15 und 100 μm, wobei die Beschichtung mit einer Aluminiumlegierung durch Warmhärten unmittelbar nach dem Warmwalzen und Beizen erfolgt, – man das beschichtete Blech einer Temperaturerhöhung über 700°C vor dem Formen unterwirft, bis man dadurch eine intermetallische legierte Verbindung auf der Basis von Aluminium, Eisen und Silicium auf der Oberfläche herstellt, die einen Schutz vor Korrosion, Entkohlen des Stahls sicherstellt, wobei die intermetallische Verbindung eine Schmierfunktion sicherstellen kann, – man das Formteil warm stanzt, – man das durch Härten gebildete Formteil mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtgeschwindigkeit abkühlt.
- Warmgewalztes Stahlblech, das eine Beschichtung aufweist, die aus einer legierten intermetallischen Verbindung auf der Basis von Aluminium, Eisen und Silicium auf der Oberfläche besteht, wobei die Beschichtung durch eine Wärmebehandlung des Blechs erzielt wird, das zuvor mit einer Aluminiumlegierung beschichtet wurde, die 9 bis 10 % Silicium und 2 bis 3,5 % Eisen enthält, wobei der Rest aus Aluminium und Verunreinigungen besteht, in einer Schicht mit einer Stärke zwischen 5 und 100 μm, oder mit einer Aluminiumlegierung, die 2 bis 4 % Eisen enthält, wobei der Rest aus Aluminium und Verunreinigungen besteht, in einer Schicht mit einer Stärke zwischen 15 und 100 μm, wobei die Beschichtung durch Warmhärten unmittelbar nach dem Warmwalzen und Beizen erfolgt, und die Wärmebehandlung bei einer Temperatur über 700°C erfolgt.
- Formteil, das durch Warmstanzen des Blechs nach Anspruch 2 erzielt wird, gefolgt von einem Härten bei einer Geschwindigkeit, die größer ist als die kritische Härtgeschwindigkeit.
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