EP2366034A1 - Verfahren zur herstellung eines bauteils mit verbesserten bruchdehnungseigenschaften - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines bauteils mit verbesserten bruchdehnungseigenschaften

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EP2366034A1
EP2366034A1 EP09795964A EP09795964A EP2366034A1 EP 2366034 A1 EP2366034 A1 EP 2366034A1 EP 09795964 A EP09795964 A EP 09795964A EP 09795964 A EP09795964 A EP 09795964A EP 2366034 A1 EP2366034 A1 EP 2366034A1
Authority
EP
European Patent Office
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component
tempering
elongation
temperature
break
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09795964A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franz-Josef Lenze
Sascha Sikora
Janko Banik
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP2366034A1 publication Critical patent/EP2366034A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a component having improved elongation at break properties, in which first a component is produced, preferably in a hot forming and / or press-hardening method, and in which the component is tempered after hot working and / or press hardening.
  • the invention further relates to a component produced by this method, in particular a component of the body or the chassis of a motor vehicle.
  • the invention relates to the use of such a component as part of a body or a chassis of a motor vehicle.
  • strengths R m of 1200 1600 MPa, yield strengths R p o, 2 of more than 900 MPa and elongation at break values A 8 o of up to 6% can be achieved.
  • Such components are highly dimensionally stable and have a high resistance to deformation in a crash. However, such components are missing
  • Residual deformation capacity In order to avoid tearing due to the application of force due to the high hardness of the components, it is necessary that the components also have a certain ductility. To achieve this, such components are tempered after a press-hardening or hot-forming process. So far, the components for such a tempering process for a holding period of, for example, about 10 min. tempered at a temperature of on average 400 0 C. The annealed components show a significant increase in their ductility and their folding behavior. In order to reduce the risk of material failure in an axial crash load, ie in particular in a front or rear crash, but it is also necessary to increase the elongation at break value of the components.
  • the elongation at break is understood to mean the permanent relative change in length with regard to the initial length after the breakage of the sample in a tensile test.
  • the elongation at break value A 5 is based on a round sample whose initial length corresponds to five times its diameter.
  • the elongation at break value A 80 refers to a sample with an initial length of 80 mm.
  • the elongation at break value A 5 for the same material assumes values greater than the elongation at break value Aso. Unless stated otherwise, the elongation at break value in this application means the elongation at break value Aso.
  • the object underlying the invention is therefore to provide a component and a method for its production, in which the
  • the tempering temperature T is less than the ACi temperature, in particular less than 700 0 C. It has been found that in this way the structure of the martensite changes, but a conversion of the martensite into other structural constituents and thereby an excessive reduction in the strength or yield strength below the level immediately after press hardening but can be prevented.
  • the tempering time at an annealing temperature of about 500 0 C is at least 20 min., At a tempering temperature of about 550 0 C for at least 5 min. or at a tempering temperature of about 600 0 C for at least 3 min. It has been shown that these parameters for the performance of the tempering process guarantee a sufficient increase in the elongation at break value Aso and at the same time prevent excessive loss of hardness.
  • the production of a component with particularly good crash properties under an axial load is achieved in a further embodiment of the method in that the tempering temperature is at least 500 0 C, preferably 550 0 C, in particular 600 0 C and the tempering time is chosen so large that the Breaking strain value A 80 of the component by about 15%, in particular by about 20%, preferably increased by about 25%.
  • the component essentially consists of a manganese-boron steel, in particular of a manganese-boron tempering steel, preferably of a 22MnB5 tempering steel.
  • a manganese-boron tempering steel preferably of a 22MnB5 tempering steel.
  • coated components Component coated or uncoated.
  • the advantage of using coated components is that the Material properties of the component through which layers can be adapted to specific requirements. For example, a scaling-free hot forming can be guaranteed.
  • uncoated components however, is less expensive than the use of coated components.
  • the component is coated before starting with an inorganic, an organic and / or an inorganic-organic layer.
  • Such layers can serve as corrosion protection, have an improvement in paint adhesion to uncoated components, such as in epoxy resin systems or fulfill other functions.
  • the production of a component which ensures a particularly long-term crash safety is achieved in a further embodiment in that the component is coated with a corrosion protection layer.
  • the corrosion protection layer prevents the component from being attacked by corrosion and thus deteriorating in terms of its crash safety properties in the long term.
  • a particularly uniform layer application and thus the production of components with homogeneous surface properties are achieved in a further embodiment of the method, characterized in that the component is coated before starting electrolytically and / or by hot dip finishing.
  • the component may be equipped with an aluminum-silicon (AS), a zinc (Z) and / or an electrolytically applied zinc (ZE) or aluminum layer.
  • AS aluminum-silicon
  • Z zinc
  • ZE electrolytically applied zinc
  • the component is a body or chassis part of a motor vehicle.
  • the method is particularly suitable for the production of such components, since a high elongation at break A 8 o is required for these components in order to achieve high crash safety.
  • the object underlying the invention is further achieved by a component, which was produced in particular by a method according to the invention, wherein the component has a tensile strength R m of 700 to 1100 MPa, a yield strength R P o, 2 from 750 to 1000 MPa and has a breaking elongation value A 8 o of more than 6%.
  • the component is exposed to a tensile load in the event of a crash. This is particularly advantageous since the good elongation at fracture properties of the component can withstand a high tensile load well, without material failure.
  • a particularly great stability of the body of a motor vehicle in the event of a crash is achieved in a further embodiment in that the component is a longitudinal member of a vehicle frame. Especially at Frontal or rear crashes occur in the longitudinal members of a vehicle frame high axial loads, so that the good elongation at break properties of the component come particularly good in such a place to bear.
  • an inventive component is used as part of a body or a chassis of a motor vehicle.
  • the component is particularly suitable for such use because it increases the safety of the occupants of the motor vehicle due to its high hardness and good elongation at break properties. Furthermore, the high hardness of the component makes it possible to use a low material thickness and thus to reduce the weight of the vehicle body. This can lead to lower material costs and lower vehicle consumption.
  • 3a is a diagram showing the influence of the tempering time on the material properties of a component at a tempering temperature of 450 0 C
  • 3b is a diagram analogous to FIG. 3a for a tempering temperature of 500 0 C
  • 3c is a diagram analogous to FIG. 3a for a tempering temperature of 550 0 C
  • Fig. 3d shows a diagram analogous to Fig. 3a for a
  • Fig. 5 shows a vehicle frame of a motor vehicle with embodiments of the invention
  • a component 6 is first produced in a Warraumform- and Presshärtvon 4.
  • the component 6 is, for example, a longitudinal member of a motor vehicle body.
  • the tempering can be done, for example, in a dedicated oven in which the component 6, for example, for 10 min. is kept at about 550 0 C.
  • the annealed component 10 has over the component 6 by about 60% increased elongation at break value A 8 o.
  • the Hardness of the annealed component 10 is not excessively reduced compared to the hardness of the component 6.
  • FIG. 2 shows a diagram with the parameters for the starting process.
  • the tempering time is t in seconds, plotted on the ordinate, the tempering temperature T in 0 C.
  • the illustrated, solid curve corresponds to the numerical value equation
  • T 900 -r 0 ' 087 , where the tempering temperature T is to be set in 0 C and the tempering time t in seconds.
  • the tempering temperature T and the tempering time t are all pairs of values that are in the graph above the plotted curve and below the ACi temperature, eg 700 0 C, are.
  • an annealing time t between 180 and 1200 s comes into consideration.
  • the necessary tempering temperatures are too high for shorter tempering times, but at longer tempering times the production time is prolonged too much.
  • FIGS. 3a to 3d show the influence of the tempering temperature and tempering time on the material properties of components.
  • the components are strips of 1.47 mm thick 22MnB5 steel and one
  • Tempering temperatures in the convection oven tempered at different tempering times Measurements of the yield strength Rpo, 2 12, the tensile strength R m 14 and measurements of the elongation at break A 80 16 for components V as well as components E produced by embodiments of the method according to the invention are shown in FIG. 3 a. All measurements were carried out according to DIN. On the ordinate on the left edge, the strength R m in MPa, on the ordinate on the right edge of the elongation at break A 8 o in percent applied. Comparative component V 0 was not tempered after complete austenitizing and press-hardening, Vn was after press-hardening for 5 min., V 12 for 10 min., V 13 for 20 min. and V i4 for 30 min.
  • the component Ei 5 was according to an embodiment of the method according to the invention for 60 min. tempered at 450 ° C.
  • the diagram clearly shows that the elongation at break value initially drops as a result of the tempering and then increases as the tempering time increases, even beyond the elongation at break value directly after press hardening.
  • the elongation at break value of the component Ei 5 exceeds that of the non-tempered component Vo by approximately 13%.
  • the yield strength shows a slight increase with increasing tempering time and a greater decrease in tensile strength.
  • FIG. 3b shows an analogous to Fig. 3a diagram for a tempering temperature of 500 0 C.
  • the comparison component V 2 i was after the press-hardening for 5 min. and V 22 was for 10 min. tempered at 500 0 C.
  • the components E 23 , E 24 and E 25 produced according to embodiments of the method according to the invention were for 20, 30 or 60 min. tempered at 500 0 C. It can be seen from the diagram that the elongation at break value at this temperature is already for the component E 23 , that for the 20 Minutes has passed, the breaking elongation value of the component V 0 exceeds by almost 30%.
  • FIG. 3c shows a diagram analogous to FIG. 3a for a tempering temperature of 550 ° C.
  • the components E 32 , E 33 , E 34 and E 35 produced according to exemplary embodiments of the method according to the invention were for 10, 20, 30 or 60 min. at 550 0 C tempered.
  • FIG. 3d shows a diagram analogous to FIG. 3a for a
  • the components produced according to exemplary embodiments of the method according to the invention, E 4 i, E 42 / E 43 , E 44 and E 45 were heated for 5, 10, 20, 30 or 60 min. tempered at 600 0 C. At this tempering temperature, the elongation at break value of the component E41 already exceeds the elongation at break value of the component VO by approximately 66%.
  • Fig. 4 are sections of the above-described components Vi 2 , V22 ? E 3 2 and E42 shown.
  • the tempering time for all components is 5 min.
  • the core material 20 of the respective component as well as AS layers 21 applied thereto can be seen.
  • clear phase boundaries are evident within AS layer 21, which may be occupied by up to five alloy layers 22, 24, 26, 28, 30.
  • the core material 20 of the component V 12 shows the structure of annealed martensite.
  • the graininess of this structure has increased significantly.
  • a transformation of the martensite structure is achieved without the martensite transforming into other microstructures, thereby preventing an excessive decrease in the strength of the components.
  • a vehicle frame 30 is shown, which longitudinal member in the roof area 32 and longitudinal members in the floor area
  • 34 has.
  • 34 components produced by a method according to the invention are used.
  • Vehicle frame 30 ensures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit verbesserten Bruchdehnungseigenschaften, bei dem zunächst ein Bauteil (6) hergestellt wird, vorzugsweise in einem Warmumform- und/oder Presshärtverfahren (4), und bei dem das Bauteil (6) nach dem Warmumformen und/oder Presshärten (4) angelassen wird, wobei die Anlasstemperatur T und die Anlasszeit t im Wesentlichen die Zahlenwert-Relation T≥900⋅t-0,087 erfüllen, wobei die Anlasstemperatur T in °C und die Anlasszeit t in Sekunden einzusetzen ist. Die Erfindung betrifft auch ein Bauteil, insbesondere Bauteil der Karosserie oder des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, welches mit einem solchen Verfahren hergestellt wurde. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines solchen Bauteils als Teil einer Karosserie oder eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit verbesserten
Bruchdehnungseigenschaften
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit verbesserten Bruchdehnungseigenschaften, bei dem zunächst ein Bauteil hergestellt wird, vorzugsweise in einem Warmumform- und/oder Presshärtverfahren, und bei dem das Bauteil nach dem Warmumformen und/oder Presshärten angelassen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein nach diesem Verfahren hergestelltes Bauteil, insbesondere ein Bauteil der Karosserie oder des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Bauteils als Teil einer Karosserie oder eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs .
Bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen spielt sowohl die
Sicherheit des Kraftfahrzeugs als auch die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung und beim Betrieb eine große Rolle. Einerseits soll die Fahrzeugkarosserie bzw. das Fahrwerk bei einem Crash eine hohe Sicherheit garantieren, andererseits soll das Gewicht dieser Komponenten möglichst niedrig gehalten werden, um Materialkosten und Verbrauchskosten zu senken. Aus diesem Grund werden im Stand der Technik gehärtete Bauteile, insbesondere warmumgeformte bzw. pressgehärtete Bauteile eingesetzt. Dazu werden eine Stahlplatine oder ein vorgeformtes Bauteil auf eine Austenitisierungstemperatur größer AC3 erwärmt und anschließend in einem Werkzeug schnell abgekühlt, so dass sich im Bauteil ein martensitisches und/oder bainitisches Gefüge ausbildet. Dadurch können Festigkeiten Rm von 1200- 1600 MPa, Streckgrenzen Rpo,2 von mehr als 900 MPa und Bruchdehnungswerte A8o von bis zu 6% erreicht werden. Derartige Bauteile sind hoch maßhaltig und weisen bei einem Crash einen hohen Widerstand gegen Verformungen auf. Allerdings fehlt es solchen Bauteilen an
Restverformungsvermögen. Um bei der hohen Härte der Bauteile ein Reißen durch Kraftbeaufschlagung zu vermeiden, ist es erforderlich, dass die Bauteile auch eine gewisse Duktilität aufweisen. Um diese zu erreichen, werden solche Bauteile nach einem Presshärt- bzw. Warmumformverfahren angelassen. Bisher wurden bei derartigen Anlassverfahren die Bauteile für eine Haltedauer von beispielsweise etwa 10 min. bei einer Temperatur von durchschnittlich 400 0C angelassen. Die so angelassenen Bauteile zeigen eine deutliche Erhöhung ihrer Duktilität bzw. ihres Faltverhaltens. Um das Risiko des Materialversagens bei einer axialen Crashbelastung, d.h. insbesondere bei einem Front- bzw. Heckcrash, zu reduzieren, ist es allerdings auch erforderlich, den Bruchdehnungswert der Bauteile zu erhöhen.
Unter der Bruchdehnung wird die bleibende relative Längenänderung hinsichtlich der Anfangslänge nach dem Bruch der Probe bei einem Zugversuch verstanden. Der Bruchdehnungswert A5 ist dabei auf eine Rundprobe bezogen, deren Anfangslänge dem Fünffachen ihres Durchmessers entspricht. Der Bruchdehnungswert A80 ist hingegen auf eine Probe mit einer Anfangslänge von 80 mm bezogen. Der Bruchdehnungswert A5 nimmt bei demselben Material größere Werte an als der Bruchdehnungswert Aso- Soweit nicht anders angegeben ist mit dem Bruchdehnungswert in dieser Anmeldung der Bruchdehnungswert Aso gemeint. Aus der DE 10 2005 054 847 B3 ist ein hochfestes Stahlbauteil bekannt, bei dem der Bruchdehnungswert A5 durch einen Anlassvorgang im Temperaturbereich zwischen 320 und 400 0C auf 6 % bis 12 % erhöht wurde. Es hat sich aber gezeigt, dass das bekannte Verfahren nicht zuverlässig genug zu hohen Bruchdehnungswerten führt.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht somit darin, ein Bauteil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen, bei dem die
Bruchdehnungseigenschaften weiter verbessert sind und prozesssicherer erreicht werden. Unter einem Bauteil wird in dieser Patentanmeldung auch ein Halbzeug verstanden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Anlasstemperatur T und die Anlasszeit t im Wesentlichen die
Zahlenwert-Relation 7 > 900 •T0'087 erfüllen, wobei die Anlasstemperatur T in 0C und die Anlasszeit t in Sekunden einzusetzen ist. Es hat sich gezeigt, dass bei einem Anlassvorgang unter Einhaltung der oben genannten Zahlenwert- Relation der Bruchdehnungswert A8o ausreichend und prozesssicher erhöht wird.
Eine übermäßige Reduzierung der Härte des Bauteils kann in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch verhindert werden, dass die Anlasstemperatur T geringer als die ACi-Temperatur, insbesondere geringer als 700 0C ist. Es hat sich gezeigt, dass sich auf diese Weise die Struktur des Martensits verändert, eine Umwandlung des Martensits in andere Gefügebestandteile und dadurch eine übermäßige Verringerung der Festigkeit bzw. Streckgrenze unter das Niveau direkt nach dem Presshärten aber unterbunden werden kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Anlasszeit bei einer Anlasstemperatur von etwa 500 0C mindestens 20 min., bei einer Anlasstemperatur von etwa 550 0C mindestens 5 min. bzw. bei einer Anlasstemperatur von etwa 600 0C mindestens 3 min. Es hat sich gezeigt, dass diese Parameter für die Durchführung des Anlassvorgangs eine ausreichende Erhöhung des Bruchdehnungswertes Aso garantieren und gleichzeitig ein allzu großer Härteverlust verhindert wird.
Die Herstellung eines Bauteils mit besonders guten Crasheigenschaften bei einer axialen Belastung wird in einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens dadurch erreicht, dass die Anlasstemperatur mindestens 500 0C, vorzugsweise 550 0C, insbesondere 600 0C beträgt und die Anlasszeit so groß gewählt wird, dass der Bruchdehnungswert A80 des Bauteils um etwa 15 %, insbesondere um etwa 20 %, vorzugsweise um etwa 25 % erhöht ist.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens besteht das Bauteil im Wesentlichen aus einem Mangan-Bor-Stahl, insbesondere aus einem Mangan-Bor-Vergütungsstahl, vorzugsweise aus einem 22MnB5-Vergütungsstahl . Der Vorteil bei der Verwendung dieser Stähle liegt darin, dass die mit dem Verfahren hergestellten Bauteile eine besonders große Härte aufweisen und dadurch eine Reduzierung der Materialdicke und somit ein geringeres Gewicht möglich ist.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist das
Bauteil beschichtet oder unbeschichtet. Der Vorteil bei der Verwendung beschichteter Bauteile liegt darin, dass die Materialeigenschaften des Bauteils durch die Schichten an spezifische Erfordernisse angepasst werden können. So kann zum Beispiel ein verzunderungsfreies Warmumformen gewährleistet werden. Die Verwendung unbeschichteter Bauteile ist hingegen kostengünstiger als die Verwendung beschichteter Bauteile .
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Bauteil vor dem Anlassen mit einer anorganischen, einer organischen und/oder einer anorganisch-organischen Schicht beschichtet. Derartige Schichten können als Korrosionsschutz dienen, eine Verbesserung der Lackhaftung gegenüber unbeschichteten Bauteilen, wie beispielsweise bei Epoxidharzsystemen aufweisen oder andere Funktionen erfüllen.
Die Herstellung eines Bauteils, das eine besonders langfristige Crashsicherheit gewährleistet, wird in einer weiteren Ausführungsform dadurch erreicht, dass das Bauteil mit einer Korrosionsschutzschicht beschichtet ist. Die Korrosionsschutzschicht verhindert, dass das Bauteil durch Korrosion angegriffen und so auf Dauer in seinen Eigenschaften bezüglich der Crashsicherheit verschlechtert wird.
Ein besonders gleichmäßiger Schichtauftrag und damit die Herstellung von Bauteilen mit homogenen Oberflächen- Eigenschaften werden in einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens dadurch erreicht, dass das Bauteil vor dem Anlassen elektrolytisch und/oder durch Schmelztauchveredelung beschichtet wird. So kann das Bauteil beispielsweise vor dem Anlassen mit einer Aluminium-Silizium- (AS-) , einer Zink- (Z-) und/oder einer elektrolytische aufgebrachten Zink- (ZE-) oder Aluminium-Schicht beschichtet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei dem Bauteil um ein Karosserie- oder Fahrwerksteil eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren ist zur Herstellung solcher Komponenten besonders geeignet, da für diese Komponenten zur Erzielung einer hohen Crashsicherheit ein hoher Bruchdehnungswert A8o erforderlich ist.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darüber hinaus gelöst durch ein Bauteil, welches insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, wobei das Bauteil eine Zugfestigkeit Rm von 700 bis 1100 MPa, eine Streckgrenze RPo,2 von 750 bis 1000 MPa und einen Bruchdehnungswert A8o von mehr als 6% aufweist.
Es hat sich herausgestellt, dass derartige Bauteile eine besonders günstige Kombination von guten Bruchdehnungseigenschaften bei hoher Festigkeit aufweisen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Bauteils ist das Bauteil im Crashfall einer Zugbelastung ausgesetzt. Dies ist besonders vorteilhaft, da die guten Bruchdehnungseigenschaften des Bauteils auch einer starken Zugbelastung gut standhalten können, ohne dass es zu einem Materialversagen kommt.
Eine besonders große Stabilität der Karosserie eines Kraftfahrzeugs bei einem Crash wird in einer weiteren Ausführungsform dadurch erreicht, dass das Bauteil ein Längsträger eines Fahrzeugsrahmens ist. Insbesondere bei Frontal- oder Heckcrashs treten bei Längsträgern eines Fahrzeugsrahmens hohe axiale Belastungen auf, so dass die guten Bruchdehnungseigenschaften des Bauteils besonders an einer solchen Stelle gut zum Tragen kommen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird schließlich dadurch gelöst, dass ein erfindungsgemäßes Bauteil als Teil einer Karosserie oder eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs verwendet wird. Das Bauteil ist für eine solche Verwendung besonders geeignet, da es aufgrund seiner hohen Härte und seinen guten Bruchdehnungseigenschaften die Sicherheit für die Insassen des Kraftfahrzeuges erhöht. Weiterhin ermöglicht es die große Härte des Bauteils, eine geringe Materialstärke zu verwenden und so das Gewicht der Fahrzeugkarosserie zu senken. Dies kann zu geringeren Materialkosten und zu einem geringeren Verbrauch des Fahrzeugs führen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils mit verbesserten Bruchdehnungseigenschaften,
Fig. 2 ein Diagramm mit den Parametern für den Anlassvorgang,
Fig. 3a ein Diagramm mit der Darstellung des Einflusses der Anlasszeit auf die Materialeigenschaften eines Bauteils bei einer Anlasstemperatur von 450 0C, Fig. 3b ein Diagramm analog zu Fig. 3a für eine Anlasstemperatur von 500 0C,
Fig. 3c ein Diagramm analog zu Fig. 3a für eine Anlasstemperatur von 550 0C,
Fig. 3d ein Diagramm analog zu Fig. 3a für eine
Anlasstemperatur von 600 0C,
Fig. 4 vier Schnittdarstellungen von beschichteten
Bauteilen nach verschiedenen Anlassbehandlungen und
Fig. 5 einen Fahrzeugrahmen eines Kraftfahrzeugs mit Ausführungsbeispielen für erfindungsgemäße
Bauteile .
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils mit verbesserten Bruchdehnungseigenschaften dargestellt. Aus einer Platine 2, die beispielsweise aus einem Mangan-Bor-Stahl besteht, wird zunächst in einem Warraumform- und Presshärtverfahren 4 ein Bauteil 6 hergestellt. Bei dem Bauteil 6 handelt es sich z.B. um einen Längsträger einer Kraftfahrzeugkarosserie. In Folge des Warmumform- und Presshärtverfahrens weist das Material des Bauteils 6 im Wesentlichen eine Martensitstruktur und somit eine große Härte auf. Das Bauteil 6 wird dann in einem Anlassschritt 8 angelassen. Das Anlassen kann beispielsweise in einem dafür vorgesehenen Ofen erfolgen, in dem das Bauteil 6 beispielsweise für 10 min. bei etwa 550 0C gehalten wird. Das angelassene Bauteil 10 weist gegenüber dem Bauteil 6 einen um etwa 60 % erhöhten Bruchdehnungswert A8o auf. Die Härte des angelassenen Bauteils 10 ist gegenüber der Härte des Bauteils 6 nicht übermäßig reduziert.
In Fig. 2 ist ein Diagramm mit den Parametern für den Anlassvorgang dargestellt. Auf der Abszisse ist die Anlasszeit t in Sekunden, auf der Ordinate die Anlasstemperatur T in 0C aufgetragen. Die dargestellte, durchgezogene Kurve entspricht der Zahlenwert-Gleichung
T = 900 -r0'087 , wobei die Anlasstemperatur T in 0C und die Anlasszeit t in Sekunden einzusetzen ist.
Für die Wahl der Anlasstemperatur T und der Anlasszeit t eignen sich alle Wertepaare, die sich in dem Diagramm oberhalb der eingezeichneten Kurve und unterhalb der ACi- Temperatur, z.B. 700 0C, befinden. Aus praktischen Erwägungen kommt dabei insbesondere eine Anlasszeit t zwischen 180 und 1200 s in Betracht. So sind bei geringeren Anlasszeiten die notwendigen Anlasstemperaturen zu hoch, bei höheren Anlasszeiten verlängert sich hingegen die Herstellungsdauer zu sehr.
In den Fig. 3a bis 3d ist der Einfluss der Anlasstemperatur und der Anlasszeit auf die Materialeigenschaften von Bauteilen dargestellt. Bei den Bauteilen handelt es sich um Streifen aus einem 22MnB5-Stahl von 1,47 mm Dicke und einer
Aluminium-Silizium-Beschichtung (AS) . In einem ersten Schritt wurden die Muster für 6 Minuten bei 920 0C erwärmt und ausrenitisiert und dann für 15 s bei einem Druck von 6 bar in einem Abkühlwerkzeug pressgehärtet. In einem zweiten Schritt wurden die so erhaltenen Bauteile bei verschiedenen
Anlasstemperaturen im Umluftofen bei unterschiedlichen Anlasszeiten angelassen. In Fig. 3a sind dazu Messungen der Streckgrenze Rpo,2 12, der Zugfestigkeit Rm 14 sowie Messungen der Bruchdehnung A80 16 für Vergieichsbauteile V sowie für mit Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Bauteile E gezeigt. Alle Messungen wurden nach DIN durchgeführt. Auf der Ordinate am linken Rand ist die Festigkeit Rm in MPa, auf der Ordinate am rechten Rand die Bruchdehnung A8o in Prozent aufgetragen. Das Vergleichsbauteil V0 wurde nach der vollständigen Austenitisierung und dem Presshärten nicht angelassen, Vn wurde nach dem Presshärten für 5 min., V12 für 10 min., V13 für 20 min. und Vi4 für 30 min. bei 450 0C angelassen. Das Bauteil Ei5 wurde gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens für 60 min. bei 450 °C angelassen. Aus dem Diagramm wird deutlich, dass der Bruchdehnungswert durch das Anlassen zunächst absinkt und dann bei steigender Anlasszeit sogar über den Bruchdehnungswert direkt nach dem Presshärten ansteigt. So übertrifft der Bruchdehnungswert des Bauteils Ei5 den des nicht angelassenen Bauteils Vo um etwa 13%. Die Streckgrenze zeigt bei steigender Anlasszeit einen leichten, die Zugfestigkeit einen stärkeren Rückgang.
Fig. 3b zeigt ein zu Fig. 3a analoges Diagramm für eine Anlasstemperatur von 500 0C. Das Vergleichsbauteil V2i wurde nach dem Presshärten für 5 min. und V22 wurde für 10 min. bei 500 0C angelassen. Die nach Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bauteile E23, E24 und E25 wurden für 20, 30 bzw. 60 min. bei 500 0C angelassen. Aus dem Diagramm geht hervor, dass der Bruchdehnungswert bei dieser Temperatur bereits für das Bauteil E23, das für 20 Minuten angelassen wurde, den Bruchdehnungswert des Bauteils V0 um fast 30% übertrifft.
Fig. 3c zeigt ein zu Fig. 3a analoges Diagramm für eine Anlasstemperatur von 550 0C. Die nach Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bauteile E32, E33, E34 und E35 wurden für 10, 20, 30 bzw. 60 min. bei 550 0C angelassen.
Fig. 3d zeigt ein zu Fig. 3a analoges Diagramm für eine
Anlasstemperatur von 600 0C. Die nach Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bauteile, E4i, E42/ E43, E44 und E45 wurden für 5, 10, 20, 30 bzw. 60 min. bei 600 0C angelassen. Bei dieser Anlasstemperatur übertrifft der Bruchdehnungswert des Bauteils E41 den Bruchdehnungswert des Bauteils VO bereits um etwa 66%.
Aus den Diagrammen 3a bis 3d ist ersichtlich, dass der Bruchdehnungswert der Bauteile zu größeren Anlasszeiten stärker ansteigt bzw. dass die Zugfestigkeit und die
Streckgrenze der Bauteile zu größeren Anlasszeiten schneller absinken, je höher die Anlasstemperatur ist. Es ist somit vorteilhaft, die Anlasstemperatur so zu wählen, dass bei der für den Anlassvorgang zur Verfügung stehenden Zeit die notwendige Steigerung des Bruchdehnungswertes erreicht wird. Bei der Wahl der Parameter für den Anlassvorgang ist außerdem entscheidend, dass ein sinnvoller Kompromiss zwischen dem Anstieg der Bruchdehnung und der Reduktion der Härte des Materials gefunden wird. Es wurde unter anderem erkannt, dass die Bruchdehnung bei Erhöhung der Anlasszeit zunächst sehr schnell ansteigt und dann in einen langsamen Anstieg oder sogar in eine Sättigung übergeht. Durch die erfindungsgemäße Auswahl der Anlasszeit bei vorgegebener Anlasstemperatur kann der Bruchdehnungswert ausreichend erhöht und die Streckgrenzen- und Festigkeitswerte reduziert werden. Im Ergebnis können Bauteile mit optimierten mechanischen Kennwerten hinsichtlich der Streckgrenze, Festigkeit und Dehnungswerten bereit gestellt werden.
In Fig. 4 sind Schnitte der oben beschriebenen Bauteile Vi2, V22? E32 und E42 gezeigt. Die Anlasszeit beträgt bei allen Bauteilen 5 min. In den Schnitten ist das Kernmaterial 20 des jeweiligen Bauteils sowie darauf aufgebrachte AS-Schichten 21 zu sehen. Bei allen AS-Überzügen zeigen sich deutliche Phasengrenzen innerhalb der AS-Schicht 21, die mit bis zu fünf Legierungsschichten 22, 24, 26, 28, 30 belegt sein können. In Schnitt a) zeigt das Kernmaterial 20 des Bauteils V12 die Struktur von angelassenem Martensit. Für die nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens angelassenen Bauteile E32 und E42 ist die Körnigkeit dieses Gefüges deutlich angestiegen. Es" wird also eine Umwandlung der Martensitstruktur erreicht, ohne dass sich das Martensit in andere Gefügearten umwandelt. Dadurch wird eine übermäßige Abnahme der Festigkeit der Bauteile verhindert.
In Fig. 5 ist ein Fahrzeugrahmen 30 gezeigt, welcher Längsträger im Dachbereich 32 und Längsträger im Bodenbereich
34 aufweist. Für diese Längsträger 32, 34 werden mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bauteile verwendet.
Da diese Bauteile einen hohen Bruchdehnungswert A80 und somit bei einem Crash, insbesondere einem Frontal- oder Heckcrash, und den dabei auftretenden Zugbelastungen eine große
Stabilität aufweisen, ist dadurch die Stabilität des
Fahrzeugsrahmens 30 gewährleitstet .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit verbesserten Bruchdehnungseigenschaften, bei dem zunächst ein Bauteil (6) hergestellt wird, vorzugsweise in einem Warmumform- und/oder Presshärtverfahren (4), und bei dem das Bauteil (6) nach dem Warmumformen und/oder Presshärten (4) angelassen wird d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Änlasstemperatur T und die Anlasszeit t im Wesentlichen die Zahlenwert-Relation T ≥ 900-T0'087 erfüllen, wobei die Anlasstemperatur T in 0C und die Anlasszeit t in Sekunden einzusetzen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Anlasstemperatur T geringer als die ACi-Temperatur, insbesondere geringer als 7000C ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Anlasszeit bei einer Anlasstemperatur von etwa 5000C mindestens 20 Minuten, bei einer Anlasstemperatur von etwa 55O0C mindestens 5 Minuten bzw. bei einer Anlasstemperatur von etwa 6000C mindestens 3 Minuten beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Anlasstemperatur mindestens 5000C, vorzugsweise 55O0C, insbesondere 6000C beträgt und die Anlasszeit so groß gewählt wird, dass der Bruchdehnungswert Aeo des Bauteils (10) um etwa 15%, insbesondere um etwa 20%, vorzugsweise um etwa 25% erhöht ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Bauteil (6, 10) im Wesentlichen aus einem Mangan-Bor- Stahl, insbesondere aus einem Mangan-Bor-Vergütungsstahl, vorzugsweise aus einem 22MnB5-Vergütungsstahl besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Bauteil (6, 10) beschichtet oder unbeschichtet ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Bauteil (6) vor dem Anlassen mit einer anorganischen, einer organischen und/oder einer anorganisch-organischen Schicht beschichtet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Bauteil (6, 10) mit einer Korrosionsschutzschicht beschichtet ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Bauteil (6) vor dem Anlassen elektrolytisch und/oder durch Schmelztauchveredlung beschichtet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s es sich bei dem Bauteil (6,10) um ein Karosserie- oder Fahrwerksteil eines Kraftfahrzeugs handelt.
11. Bauteil, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Bauteil eine Zugfestigkeit Rm von 700 bis 1100 MPa, eine Streckgrenze RPO,2 von 750 bis 1000 MPa und einen Bruchdehnungswert Aso von mehr als 6% aufweist
12. Bauteil nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Bauteil (10) im Crashfall einer Zugbelastung ausgesetzt ist.
13. Bauteil nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Bauteil (10) ein Längsträger (32, 34) eines
Fahrzeugsrahmens (30) ist.
14. Verwendung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 11 bis 13 als Teil einer Karosserie oder eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs.
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