EP2241641A2 - Verfahren zur Herstellung von pressgehärteten Bauteilen - Google Patents
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- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
Definitions
- the invention relates to a method for the production of press-hardened components, in particular body parts of motor vehicles, from a blank of uncured, heat-transformable steel sheet, in which the board is hot-formed and hardened in a press tool for sheet metal profile.
- DE 24 52 486 A1 includes a method for producing a hardened sheet metal profile from a board in a prior art press hardening process.
- a board made of a hardenable steel is heated to hardening temperature and then hot-formed in a press tool and then hardened while the sheet-metal profile remains in the press tool. Since the sheet metal profile is clamped in the press tool during cooling in the course of the curing process, a product with good dimensional stability is obtained.
- Hot forming and tempering in the press tool is a rational operation due to the combination of forming and tempering operation in a tool.
- WO 2005/018848 A1 Such methods in which either a first cold forming operation, in particular a drawing process, a component blank is formed, which is then marginally trimmed on a component to be produced approximately corresponding edge contour, or the press-hardened component blank is after the forming and curing process edge on a the to be produced component corresponding edge contour cropped. In a subsequent step, the press-hardened component blanks are coated with a corrosion protection layer.
- the profile components made of sheet steel, in particular motor vehicle component are provided with a surface coating for protection against corrosion. It is known to apply the surface coating to the component by means of a thermal diffusion method. This too is among others in the WO 2005/018848 A1 explained.
- a layer of zinc or a zinc alloy is applied as a surface coating.
- the invention is based on the object of the prior art to further streamline the approach in the production of press-hardened components.
- a printed circuit board is produced having a geometry which substantially corresponds to the unwinding of the finished component.
- the geometry The assembled board corresponds to the development of the finished component, taking into account geometric changes to the component by the forming process.
- this prefabricated board is formed in a hot forming tool to the component and press-hardened, after which the component is provided with a surface coating.
- the formed and press-hardened component has the final geometry after the forming process.
- the component is cooled down in the hot forming tool for the purpose of hardening.
- the temperature of the component is lowered, to a temperature less than or equal to 300 ° C, preferably to a temperature between 180 ° C and 300 ° C, in particular to about 200 ° C. At this temperature range, warping of the deformed and press-hardened component can be avoided.
- the surface coating of the press-hardened component is applied by a diffusion process with a heat treatment of the component, in which the component is brought into contact with a metal powder.
- the profile component is subjected to a heat treatment at a temperature between 350 ° C and 410 ° C over a period of 0.25 h to 3.0 h, wherein by a diffusion process between the steel sheet and the metal powder solid, cohesive iron-zinc alloy layers be formed with a layer thickness between 5 microns and 40 microns.
- the three-dimensionally shaped components in particular body components such as B-pillars, door impact beams or side skirts, can be provided with a high-quality, durable coating, which on the one hand ensures high corrosion protection and on the other hand is weldable.
- the profile components can be coated without incurring adverse strength losses due to the heat treatment.
- a metal powder with the main constituent zinc or zinc oxide is used, which optionally contains additives for improving the chemical and physical properties of the coating.
- the surface coating produced is uniform and relatively ductile.
- the press-hardened profile components are subjected to a surface treatment.
- a cleaning of the profile components takes place, so that the profile components are metallic blank. This can be done for example by a pickling. Preference is given to a dry cleaning, in particular sand blasting.
- the thickness of the coating depends largely on the temperature and the treatment time.
- the heat treatment takes place at a temperature between 350 ° C. and 410 ° C., in particular in a temperature range from 370 ° C. to 400 ° C., preferably at approximately 380 ° C.
- the coating process it is also planned in particular to utilize the residual heat of the component still present from the hot-forming process and to go into the coating process at this starting temperature or intermediate temperature.
- the formed and press-hardened component is then transferred into the coating process at the temperature which it has after leaving the hot-forming tool and which lies between 180 ° C. and 300 ° C., in particular at about 200 ° C., according to the invention. This leads to a further increase in the efficiency of the process and shortens the time for the heat treatment in the context of the surface coating process.
- the heat treatment is divided into a heating phase until reaching the treatment temperature and a holding phase in which the treatment temperature is maintained for a certain period of time.
- the heating phase extends over a period of time that is less than or equal to 0.25 hours.
- the Heat treatment is completed after the heating phase. Basically, therefore, it can be assumed that a holding phase, which extends over a period of 0 h to 2 h.
- the holding temperature is in the specified temperature range above 350 ° C.
- the coated profile components are cooled uniformly.
- the cooling should be less than 1 h.
- the cooling can basically be done in air.
- a cooling takes place actively by applying the coated profile components with a cooling medium.
- active cooling by applying the coated profile components to a cooling medium is considered particularly expedient, in which the coated components after the heat treatment up to a temperature ⁇ 300 ° C, preferably to a temperature between 180 ° C and 300 ° C. , in particular about 200 ° C are cooled.
- the aim of this active cooling measure is to avoid oxide layer formation on the surface of the coated components.
- Protective or inert gas is preferably used as the cooling medium.
- the cooling takes place under an inert gas atmosphere, ie in the treatment space in which the components are brought into contact with the metal powder and the surface coating is produced.
- the entire edge contour cutting on the output board before the press hardening After forming and / or press hardening, no edge-side contour cutting is carried out. It is possible, however, that the board is punched before forming or after forming.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von pressgehärteten Bauteilen, insbesondere Karosseriebauteilen von Kraftfahrzeugen, aus einer Platine aus ungehärtetem, warmumformbaren Stahlblech, bei dem die Platine in einem Pressenwerkzeug zum Blechprofil warm umgeformt und gehärtet wird.
- Durch die
DE 24 52 486 A1 zählt ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils aus einer Platine in einem Presshärtverfahren zum Stand der Technik. Hierbei wird eine aus einem härtbarem Stahl bestehende Platine auf Härtetemperatur erhitzt und dann in einem Pressenwerkzeug warm umgeformt und anschließend gehärtet, während das Blechprofil im Pressenwerkzeug verbleibt. Da das Blechprofil bei der im Zuge des Härtungsvorgangs vorgenommenen Kühlung im Pressenwerkzeug eingespannt ist, erhält man ein Produkt mit guter Maßhaltigkeit. - Das Warmumformen und Härten im Pressenwerkzeug ist aufgrund der Kombination von Umform- und Vergütungsvorgang in einem Werkzeug eine rationelle Arbeitsweise.
- Vor diesem Hintergrund beschreibt auch die
WO 2005/018848 A1 solche Verfahren, bei denen entweder zunächst durch einen Kaltumformvorgang, insbesondere einem Ziehvorgang, ein Bauteilrohling geformt wird, der anschließend randseitig auf eine dem herzustellenden Bauteil näherungsweise entsprechende Randkontur beschnitten wird, oder aber der pressgehärtete Bauteilrohling wird nach dem Umform- und Härtungsvorgang randseitig auf eine dem herzustellenden Bauteil entsprechende Randkontur beschnitten. In einem nachfolgenden Schritt werden die pressgehärteten Bauteilrohlinge mit einer Korrosionsschutzschicht überzogen. - Generell werden die Profilbauteile aus Stahlblech, insbesondere Kraftfahrzeugbauteil, mit einer Oberflächenbeschichtung zum Schutz gegen Korrosion versehen. Hierbei ist es bekannt, die Oberflächenbeschichtung mit einem thermischen Diffusionsverfahren auf das Bauteil aufzubringen. Auch dies ist unter anderem in der
WO 2005/018848 A1 erläutert. Vorzugsweise wird als Oberflächenbeschichtung eine Schicht aus Zink oder einer Zinklegierung aufgebracht. - Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, die Vorgehensweise bei der Herstellung von pressgehärteten Bauteilen weiter zu rationalisieren.
- Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 1.
- Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 11.
- Erfindungsgemäß wird als Ausgangsprodukt des herzustellenden Kraftfahrzeugbauteils eine Platine gefertigt mit einer Geometrie, die im Wesentlichen der Abwicklung des fertigen Bauteils entspricht. Die Geometrie der konfektionierten Platine entspricht der Abwicklung des fertigen Bauteils unter Berücksichtigung von geometrischen Veränderungen am Bauteil durch den Umformvorgang. Anschließend wird diese konfektionierte Platine in einem Warmumform-Werkzeug zum Bauteil umgeformt und pressgehärtet, wonach das Bauteil mit einer Oberflächenbeschichtung versehen wird. Das umgeformte und pressgehärtete Bauteil hat nach dem Umformvorgang die Endgeometrie. Auf diese Weise können in rationeller Weise Kraftfahrzeug-Bauteile hergestellt werden, ohne dass an dem hergestellten Bauteil oder auch Bauteil-Rohlingen randseitige Beschnittoperationen vorgenommen werden müssen.
- Beim Presshärten wird das Bauteil zum Zwecke des Härtens im Warmumform-Werkzeug eingespannt abgekühlt. Durch diese aktive Kühlmaßnahme wird die Temperatur des Bauteils abgesenkt, und zwar auf einen Temperatur kleiner oder gleich von 300 °C, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 180 °C und 300 °C, insbesondere auf ca. 200 °C. Bei diesem Temperaturbereich kann ein Verziehen des umgeformten und pressgehärteten Bauteils vermieden werden.
- Vorzugsweise wird die Oberflächenbeschichtung des pressgehärteten Bauteils durch einen Diffusionsprozess mit einer Wärmebehandlung des Bauteils aufgebracht, bei dem das Bauteil mit einem Metallpulver in Kontakt gebracht wird. Das Profilbauteil wird hierbei über einen Zeitraum von 0,25 h bis 3,0 h einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 350 °C und 410 °C unterzogen, wobei durch einen Diffusionsprozess zwischen dem Stahlblech und dem Metallpulver feste, stoffschlüssige Eisen-Zink-Legierungsschichten ausgebildet werden mit einer Schichtdicke zwischen 5 µm und 40 µm.
- Auf diese Weise können die dreidimensional geformten Bauteile, insbesondere Karosseriebauteile wie B-Säulen, Türaufprallträger oder Seitenschweller, mit einer qualitativ hochwerten, langlebigen Beschichtung versehen werden, die einerseits einen hohen Korrosionsschutz gewährleistet und andererseits auch schweißbar ist. Die Profilbauteile können beschichtet werden, ohne nachteilige Festigkeitsverluste durch die Wärmebehandlung zu erleiden.
- Vorliegend kommt in erster Linie ein Metallpulver mit dem Hauptbestandteil Zink bzw. Zinkoxid zur Anwendung, welches gegebenenfalls Additive zur Verbesserung der chemischen und physikalischen Eigenschaften der Beschichtung enthält. Die erzeugte Oberflächenbeschichtung ist gleichmäßig und relativ duktil.
- Vor dem Beschichten werden die pressgehärteten Profilbauteile einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Hierbei findet eine Reinigung der Profilbauteile statt, so dass die Profilbauteile metallisch blank sind. Dies kann beispielsweise durch einen Beizvorgang erfolgen. Bevorzugt ist eine Trockenreinigung, insbesondere ein Sandstrahlen.
- Die Dicke der Beschichtung hängt maßgeblich von der Temperatur und der Behandlungszeit ab. Im Rahmen der Erfindung erfolgt die Wärmebehandlung -wie erwähnt- bei einer Temperatur zwischen 350 °C und 410 °C, insbesondere in einem Temperaturbereich von 370 °C bis 400 °C, vorzugsweise bei circa 380 °C.
- Im Rahmen der Erfindung ist insbesondere auch geplant, die aus dem Warmumformvorgang noch vorhandene Restwärme des Bauteils zu nutzen und mit dieser Starttemperatur bzw. Zwischentemperatur in den Beschichtungsvorgang zu gehen. Das umgeformte und pressgehärtete Bauteil wird dann mit der Temperatur, die es nach dem Verlassen des Warmumform-Werkzeugs hat und die erfindungsgemäß zwischen 180 °C und 300 °C, insbesondere bei ca. 200 °C liegt, in den Beschichtungsprozess überführt. Dies führt zu einer weiteren Steigerung der Effizienz des Verfahrens und verkürzt die Zeit für die Wärmebehandlung im Rahmen des Vorgangs der Oberflächenbeschichtung.
- Die Wärmebehandlung teilt sich auf in eine Aufheizphase bis zum Erreichen der Behandlungstemperatur und in eine Haltephase, in der die Behandlungstemperatur über einen bestimmten Zeitraum gehalten wird. Vorzugsweise erstreckt sich die Aufheizphase über einen Zeitraum, der kürzer oder gleich 0,25 h ist. In bestimmten Fällen ist es denkbar, dass die Wärmebehandlung nach der Aufheizphase beendet ist. Grundsätzlich kann daher von einer Haltephase ausgegangen werden, die sich über einen Zeitraum von 0 h bis 2 h erstreckt. Die Haltetemperatur liegt in dem angegebenen Temperaturbereich oberhalb von 350 °C.
- Nach Abschluss des Beschichtungsvorgangs bzw. der Wärmebehandlung werden die beschichteten Profilbauteile gleichmäßig abgekühlt. Zur Rationalisierung sollte der Abkühlvorgang weniger als 1 h betragen.
- Die Abkühlung kann grundsätzlich an Luft erfolgen. Vorzugsweise erfolgt eine Abkühlung aktiv durch eine Beaufschlagung der beschichteten Profilbauteile mit einem Kühlmedium. Als besonders zweckmäßig wird im Rahmen der Erfindung eine aktive Kühlung durch Beaufschlagung der beschichteten Profilbauteile mit einem Kühlmedium angesehen, bei der die beschichteten Bauteile nach der Wärmebehandlung bis auf eine Temperatur ≤ 300 °C, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 180 °C und 300 °C, insbesondere ca. 200 °C abgekühlt werden. Ziel bei dieser aktiven Kühlmaßnahme ist es, eine Oxidschichtbildung an der Oberfläche der beschichteten Bauteile zu vermeiden. Als Kühlmedium kommt Schutz- bzw. Inertgas bevorzugt zur Anwendung. Insbesondere erfolgt die Abkühlung unter einer Inertgas-Atmosphäre, also in dem Behandlungsraum, in dem die Bauteile mit dem Metallpulver in Kontakt gebracht werden und die Oberflächenbeschichtung erzeugt wird.
- Erfindungsgemäß erfolgt der gesamte randseitige Konturbeschnitt an der Ausgangsplatine vor dem Presshärten. Nach dem Umformen und/oder Presshärten wird kein randseitiger Konturbeschnitt ausgeführt. Möglich ist es aber, dass die Platine vor dem Umformen oder auch nach dem Umformen gelocht wird.
- Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, dass Verfahren bzw. die Presshärtung so durchzuführen, dass am umgeformten und pressgehärteten Bauteil Bereiche mit unterschiedlichen Festigkeiten entstehen. Dies kann durch eine geeignete Temperatursteuerung der Presshärtung erfolgen, beispielsweise in einem Warmumform-Werkzeug, in dem Zonen mit unterschiedlichen Abkühlgradienten vorgesehen sind.
Claims (11)
- Verfahren zur Herstellung von pressgehärteten Bauteilen, insbesondere Karosseriebauteilen von Kraftfahrzeugen, aus einer Platine aus ungehärtetem, warm umformbaren Stahlblech, wobei die Platine in einem Pressenwerkzeug zum Blechprofil warm umgeformt und gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Platine gefertigt wird, deren Geometrie im Wesentlichen der Abwicklung des fertigen Bauteil entspricht und anschließend die Platine in einem Warmumform-Werkzeug zum Bauteil umgeformt und pressgehärtet wird, wonach das Bauteil mit einer Oberflächenbeschichtung versehen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil beim Presshärten auf eine Temperatur kleiner gleich (≤) 300 °C, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 180 °C und 300 °C, insbesondere ca. 200 °C abgekühlt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung durch einen Diffusionsprozess mit einer Wärmebehandlung des Bauteil aufgebracht wird, bei dem das Bauteil mit einem Metallpulver in Kontakt gebracht wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusionsprozess bei einer Temperatur zwischen 350 °C und 410 °C durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wärmebehandlung über einen Zeitraum von 0,25 h bis 3,0 h durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Bauteil nach der Wärmebehandlung abgekühlt wird.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung des Bauteils unter einer Inertgas-Atmosphäre erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Bauteil nach der Wärmebehandlung bis auf eine Temperatur kleiner gleich (≤) 300 °C, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 180 °C und 300 °C, insbesondere ca. 200 °C abgekühlt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine vor dem Umformen gelocht wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine nach dem Umformen gelocht wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Presshärtung so durchgeführt wird, dass am Bauteil Bereiche mit unterschiedlichen Festigkeiten entstehen.
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EP2241641B1 EP2241641B1 (de) | 2015-04-29 |
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