EP2478121B1 - Verfahren zum vorbehandeln und bereitstellen eines blechteils - Google Patents

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EP2478121B1
EP2478121B1 EP10757037.6A EP10757037A EP2478121B1 EP 2478121 B1 EP2478121 B1 EP 2478121B1 EP 10757037 A EP10757037 A EP 10757037A EP 2478121 B1 EP2478121 B1 EP 2478121B1
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EP
European Patent Office
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sheet metal
metal part
temperature range
metallic layer
stack
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP10757037.6A
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English (en)
French (fr)
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EP2478121A1 (de
Inventor
Mathias Kotzian
Roland Malek
Mohamed Mekkaoui Alaoui
Dieter Niehues
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.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
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Not-in-force legal-status Critical Current
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/78—Combined heat-treatments not provided for above
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/005—Furnaces in which the charge is moving up or down
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching

Definitions

  • the invention relates to a method for pretreating and providing a sheet-metal part provided with a metallic layer for a subsequent processing step.
  • the DE 201 22 563 U1 relates to a workpiece with very high-quality mechanical properties, consisting of a deep-drawn sheet metal blank coated with an intermetallic alloy compound, which has been produced by cutting a rolled, in particular hot-rolled band steel sheet, wherein the band steel sheet is coated with a metal or a metallic alloy, which provides protection of the Surface and of the steel, the intermetallic alloy compound resulting from transformation of the coating of the metal or metal alloy before or after deep drawing, the surface intermetallic alloy compound is formed by the transformation realized by a temperature elevation above 700 ° C, and protection ensures corrosion and against the decarburization of the steel and causes a lubricating function, wherein the metal or the metallic alloy in the coating zinc or an alloy on the base is of zinc.
  • a method and apparatus for maintaining the temperature of metal plates during transport and treatment pauses is known.
  • the temperature of stacked, continuously cast metal plates is thereby maintained at a desired temperature level of greater than 1000 ° C, that the stack is surrounded by a thermally insulating housing surrounded by an induction heating coil.
  • a coated hot-rolled and cold-rolled steel sheet having very high strength after thermal treatment is known.
  • the coating is based on aluminum or on an aluminum alloy.
  • the object of the invention is to enable an improved pretreatment and provision of a provided with a metallic layer sheet metal part for subsequent processing, in particular to allow a more flexible and / or shorter cycle times having production of the sheet metal part.
  • the object is in a method for pretreating and providing a metal layer provided with a sheet metal part for a subsequent processing step with annealing of the sheet metal part for a first period of time in a first temperature range and thereby transforming the metallic layer by means of annealing, waiting for a second period of time and holding the first temperature range and / or cooling the sheet metal part and / or cooling the sheet metal part to an ambient temperature and / or storage of the sheet metal part, and heating the sheet metal part to a time required for the subsequent processing step second temperature range.
  • the subsequent processing step may be, for example, a forming step and / or curing step. It is advantageously possible to carry out the pretreatment or the preparation and the subsequent processing step separately from one another, for example by means of two different devices.
  • the temporal decoupling can advantageously take place during the waiting of the second period of time. This makes it advantageously possible to make the production of the sheet metal part more flexible.
  • the first time period ends when at least 60% of the mass of the metallic layer has been transformed.
  • the first time period ends when at least 80%, 90% or 95% of the mass of the metallic layer has been transformed.
  • the second period lasts at least 1 minute, but may take days or months.
  • the transformation of the metallic layer by means of the first device and temporally decoupled from the heating of the sheet metal part to the second temperature range for example, austenitization of the sheet metal part can take place, and immediately thereafter the further processing step, such as a forming and / or curing, which can be done by means of the second device.
  • the further processing step such as a forming and / or curing, which can be done by means of the second device.
  • shorter cycle times can be realized.
  • a logistic buffering of the sheet metal parts can take place while waiting for the second period of time, for example by storing the same at the ambient temperature.
  • the sheet metal parts can be logistically buffer the sheet metal parts at an arbitrary temperature level, for example in the preheated state in the first temperature range.
  • there is no further transformation or implementation of the metallic layer but it can be advantageous to dispense with a completely new heating of the sheet metal parts, which can be advantageously saved energy at a comparatively good thermal insulation and comparatively short buffer time.
  • the subsequent processing step can be carried out in the manner of a hardening and / or forming step in any manner, in particular as in the DE 201 22 563 U1 disclosed.
  • Transforming the metallic ones Layer and / or their chemical composition can be done in any manner, in particular as in the DE 699 07 816 T2 disclosed.
  • the annealing and / or heating and / or keeping warm of the sheet metal part, in particular in the first and / or second temperature range, can be carried out in any manner, for example by means of a furnace, a hot air blower, by means of inductive heating and / or by means of radiation and / or similar. In particular, this may be as in the DE 31 02 638 A1 respectively.
  • the first temperature range is below a transformation point for austenitizing the sheet metal part.
  • the transformation of the metallic layer can first take place in a comparatively small temperature range.
  • the transformation point of the sheet metal part is dependent on its composition, in particular of a carbon content.
  • the first temperature range is below a melting temperature of the metallic layer.
  • the metallic layer changes adversely, for example drips off, whereby nevertheless the transformation of the metallic layer into an alloy-like layer can advantageously take place by means of diffusion.
  • the first temperature range is slightly above a melting temperature of the metallic layer, without the metallic layer being adversely affected, for example dripping off, whereby the transformation of the metallic layer into an alloy-like layer nevertheless takes place advantageously by means of diffusion can. It is understood that the first temperature range can vary depending on the chemical composition of the metallic layer.
  • the second temperature range is above the transformation point.
  • the austenitization of the sheet metal part can take place above the forming temperature. Subsequently, advantageously, a hot forming process and a curing process by rapid cooling, such as quenching and / or a tool cooling done.
  • the first temperature range comprises a temperature value of 873 K to 1,003 K.
  • a particularly good transformation of the metallic layer can be achieved with this value.
  • the second temperature range comprises a temperature value of 1.223 K.
  • a particularly good austenitization and / or hot forming of the sheet metal part can take place in this area.
  • a tempering of the sheet metal part in the second temperature range is provided for a third period of time.
  • the austenitization can take place during the third period of time, which can be selected such that it can take place to a sufficient extent.
  • the metallic layer has a mixture with an aluminum weight fraction of at least 90% and also portions of silicon and iron.
  • a particularly high surface quality, good corrosion protection, a sliding action for the subsequent treatment step and / or a particularly good transformation can be achieved.
  • the first temperature range comprises a temperature value of 1,003 K, since at this value, a particularly good transformation of the metallic layer can be achieved.
  • the object is also achieved in a device for pretreating and providing a metal layer provided with a sheet metal part for a subsequent processing step, which is designed, set up and / or constructed in particular for performing a method described above.
  • the device has an insulation housing for enclosing and keeping warm a plurality of the sheet metal parts, a heat source for tempering the sheet metal parts in the first and / or second temperature range and a separating device for separating and providing the sheet metal parts for the subsequent processing step.
  • the separating device has a lifting table and a pawl feed.
  • the lifting table By means of the lifting table, the sheet metal parts, in particular in stacked form, the latch feed can be supplied.
  • the pawl feed By means of the pawl feed the separated sheet metal parts can be supplied to the subsequent processing step.
  • the heat source has a field inductor, for example a transverse or longitudinal field inductor for heating the sheet metal part to the first temperature range.
  • a field inductor for example a transverse or longitudinal field inductor for heating the sheet metal part to the first temperature range.
  • the longitudinal field inductor by means of the longitudinal field inductor, a field directed in the longitudinal direction of the sheet-metal part for introducing heat-convertible energy into the sheet-metal part can be induced.
  • the transverse field inductor a field running in a transverse direction of the sheet metal part can be built up, by means of which energy convertible into heat energy can be introduced into the sheet metal part.
  • the heat source has a field inductor, for example a transverse or longitudinal field inductor for heating the sheet metal part to the second temperature range.
  • a field inductor for example a transverse or longitudinal field inductor for heating the sheet metal part to the second temperature range.
  • Fig. 1 shows a device 1 for pretreating and providing a provided with a metallic layer 3 sheet metal part 5 for subsequent processing.
  • the subsequent processing can be carried out by means of a further device, not shown, for example by means of a forming device and / or a device for hardening the sheet metal part. 5
  • a plurality of sheet metal parts 5 is shown, which are in the form of a stack 7 in an interior of an insulating housing 9.
  • the stack 7 can be moved by means of a lifting table 11 in the direction of a double arrow 13 up and down.
  • the device 1 has a separating device 15, by means of which the sheet-metal parts 5 can be singulated.
  • each of the sheet metal parts 5 can be lifted from the remaining stack 7 so that it can be brought into engagement with a pawl 17 of a pawl feed device 19.
  • the individual sheet metal part 5 can be pushed out in the direction of an arrow 21 through an opening of the insulating housing 9.
  • the insulating housing 9 For heating the stack 7 or at least the respectively separated sheet metal part 5 in a first temperature range, the insulating housing 9 has a Lssensfeldinduktor 23.
  • a field can be generated by the sheet metal part 5 in a longitudinal direction, by means of which the necessary energy for heating in the first temperature range in the sheet metal part 5 can be introduced.
  • the longitudinal field inductor 23 can for this purpose have a coil through which a current flows which extends in a circumferential direction around the sheet metal part 5 and / or the stack 7.
  • the sheet metal parts 5 have a metallic layer 3, which preferably has a 90% proportion of aluminum and iron and silicon.
  • the first temperature range is advantageously chosen so that the metallic layer 3 is not melted. In this case, it is advantageous to a transformation of the layer 3, in particular by means of diffusion, wherein an alloy-like outer skin of the sheet metal part 5 is formed.
  • the sheet-metal part 5 tempered by means of the longitudinal field inductor 23 in the first temperature range can be pushed through the opening in the insulating housing 9 after a first period of time has passed by means of the pawl feed device 19.
  • a Querfeldinduktor 25 Adjacent to the opening of the insulating housing 9, a Querfeldinduktor 25 is arranged, which may also have an electrical current-carrying winding for generating a transverse to the sheet metal part 5 extending field.
  • the corresponding sheet metal part 5 can be pushed in a simple manner by means of the pawl feed device 19 under the Querfeldinduktor 25. Exemplary is on one, in alignment of Fig. 1 seen on the right side of Querfeldinduktors 25 a heated to the second temperature range sheet metal part 5 located.
  • the sheet metal part 5, which has been heated to the second temperature range by means of the transverse field inductor 25, can be austenitized by means of an allotropic transformation and is thus prepared for further processing, in particular hardening by means of quenching and / or hot working.
  • the first temperature range can have a value between 873 K and 1,003 K.
  • the second temperature range may have a value of 1.223 K.
  • Fig. 2 shows a schematic plan view in a half-sided view of the in Fig. 1
  • a lid of the insulating housing 9 is shown transparent for simplicity, so that the running around the respective sheet metal part 5 around L Lucassfeldinduktor 23 is visible.
  • the longitudinal field inductor 23 extends within the insulating housing 3.
  • the longitudinal field inductor 23 is arranged outside of the insulating housing 9.
  • the further device may be, for example, a press for a forming process, for example by deep drawing.
  • the further device may for example have a stroke rate of 8 of the sheet metal parts 5 per minute.
  • the stack 7 passes through the longitudinal field inductor 23 and is preferably heated to the value between 873 K and 1,003 K.
  • the diffusion layer is advantageously formed from the metallic layer 3.
  • the separating device 15 or a platinum spreader of the separating device 15 separates the sheet metal part 5 or the boards stacked on the stack 7.
  • the pawl feed device 19 pushes the sheet metal parts 5 out of the insulating housing 9 in the direction of the arrow 21 under the transverse field inductor 25.
  • the Querfeldinduktor 25 heats the corresponding sheet metal part 5 to the value of about 1.223 K.
  • the sheet metal part 5 and the board is inserted into the further device, not shown, which may be, for example, a hot forming tool.
  • the further device which may be, for example, a hot forming tool.
  • the entire stack 7 can be heated, wherein the stack 7 can be dimensioned so large that due to the cycle times of the downstream device for further processing, the first period of time for transforming the metallic layer elapses and then can be waited during the second period until the corresponding sheet metal part 5 on the stack 7 has reached an uppermost position and separated by means of the separating device 15 and can be pushed out by means of the pawl feed device 19.
  • the diffusion time that is, the first period, may be, for example, about 10 minutes.
  • the stack 7 can be slowly heated by means of the Lssensfeldinduktors 23 until it has reached the first temperature range.
  • the longitudinal field inductor 23 can advantageously be designed as a low-frequency inductor.
  • the heating of the sheet metal part to the second temperature range can be carried out in a short time, advantageously in a short time the corresponding individual sheet metal part 5 reaches and / or exceeds an austenitizing temperature.
  • the Querfeldinduktor 25 may be designed as a high-frequency inductor.
  • any heat source for heating and / or tempering the sheet metal parts 5 or the separated sheet metal part 5, for example a hot air blower, an oven, heat radiation and / or the like.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbehandeln und Bereitstellen eines mit einer metallischen Schicht versehenen Blechteils für einen nachfolgenden Bearbeitungsschritt.
  • Verfahren zum Behandeln von Blechteilen sind bekannt. Dabei kann es sich beispielsweise um Verfahren zum Erwärmen der Blechteile für einen nachfolgenden Umformungs- und/oder Härtungsschritt handeln. Die DE 201 22 563 U1 betrifft ein Werkstück mit sehr hochwertigen mechanischen Eigenschaften, bestehend aus einem mit einer intermetallischen Legierungsverbindung beschichteten, tiefgezogenen Blechzuschnitt, der durch Zuschneiden eines gewalzten, insbesondere warmgewalzten Bandstahlblechs entstanden ist, wobei das Bandstahlblech mit einem Metall oder einer metallischen Legierung beschichtet ist, welche einen Schutz der Oberfläche und des Stahls sicherstellen, die intermetallische Legierungsverbindung aus einer Transformation der Beschichtung aus dem Metall oder der Metalllegierung vor oder nach dem Tiefziehen hervorgegangen ist, die intermetallische Legierungsverbindung an der Oberfläche durch die durch eine Temperaturerhöhung über 700° C realisierte Transformation gebildet ist und einen Schutz gegen die Korrosion und gegen die Entkohlung des Stahls sicherstellt sowie eine Schmierfunktion bewirkt, wobei das Metall oder die metallische Legierung in der Beschichtung Zink oder eine Legierung auf der Basis von Zink ist. Aus der DE 31 02 638 A1 ist ein Verfahren und Vorrichtung zum Aufrechterhalten der Temperatur von Metallplatten während des Transports und Behandlungspausen bekannt. Die Temperatur von gestapelten stranggegossenen Metallplatten wird dadurch auf einem gewünschten Temperaturniveau von mehr als 1.000° C gehalten, dass der Stapel von einem thermisch isolierenden Gehäuse umgeben wird, welches von einer Induktionsheizspule umgeben ist. Aus der DE 699 07 816 T2 ist ein beschichtetes warmgewalztes und kaltgewalztes Stahlblech mit sehr hoher Festigkeit nach einer thermischen Behandlung bekannt. Die Beschichtung basiert auf Aluminium oder auf einer Aluminiumlegierung.
  • Aus der WO 2005/078144 A1 ist bereits bekannt, ein mit einer metallischen Schicht versehenes Blechteil für die Dauer einer ersten Zeitspanne in einem ersten Temperaturbereich zu tempern und dabei durch relativ langsam vonstatten gehendes Aufheizen auf eine Soll-Temperatur sowie eine Verweildauer eine Austenitisierung und ein Verändern der Topographie des Blechteils herbeizuführen. Dabei wird ein Durchlaufofen mit Formnestern oder Platinenaufnahmen oder ein Rostdurchschubofen mit Rosten, welche die Platinen tragen, verwendet.
  • Aus der DE 10 2008 006 771 B3 ist ein Verfahren zum Vorbehandeln eines mit einer metallischen Schicht versehenen Blechteils bekannt, wobei das Blechteil auf zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus behandelt wird, mit einer Zwischenabkühlung auf Raumtemperatur.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Vorbehandeln und Bereitstellen eines mit einer metallischen Schicht versehenen Blechteils für eine nachfolgende Bearbeitung zu ermöglichen, insbesondere eine flexiblere und/oder kürzere Taktzeiten aufweisende Fertigung des Blechteils zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe ist mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Vorbehandeln und Bereitstellen eines mit einer metallischen Schicht versehenen Blechteils für einen nachfolgenden Bearbeitungsschritt mit Tempern des Blechteils für die Dauer einer ersten Zeitspanne in einem ersten Temperaturbereich und dabei Transformieren der metallischen Schicht mittels des Temperns, Abwarten einer zweiten Zeitspanne und dabei Halten des ersten Temperaturbereichs und/oder Abkühlen des Blechteils und/oder Abkühlen des Blechteils auf eine Umgebungstemperatur und/oder Lagern des Blechteils, und Erwärmen des Blechteils auf einen für den nachfolgenden Bearbeitungsschritt notwendigen zweiten Temperaturbereich gelöst. Bei dem nachfolgenden Bearbeitungsschritt kann es sich beispielsweise um einen Umformschritt und/oder Härtungsschritt handeln. Vorteilhaft ist es möglich, die Vorbehandlung beziehungsweise das Bereitstellen sowie den nachfolgenden Bearbeitungsschritt getrennt voneinander durchzuführen, beispielsweise mittels zwei unterschiedlichen Vorrichtungen. Die zeitliche Entkopplung kann vorteilhaft während des Abwartens der zweiten Zeitspanne erfolgen. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, die Herstellung des Blechteils flexibler zu gestalten. Die erste Zeitspanne endet, wenn mindestens 60 % der Masse der metallischen Schicht transformiert sind. Vorteilhaft endet die erste Zeitspanne, wenn mindestens 80 %, 90 % oder 95 % der Masse der metallischen Schicht transformiert sind. Vorteilhaft dauert die zweite Zeitspanne mindestens 1 min, kann aber auch Tage oder Monate dauern. Insbesondere ist es vorteilhaft möglich, zunächst die Transformation der metallischen Schicht mittels der ersten Vorrichtung durchzuführen und zeitlich davon abgekoppelt die Erwärmung des Blechteils auf den zweiten Temperaturbereich, wobei beispielsweise eine Austenitisierung des Blechteils erfolgen kann, und unmittelbar danach den weiteren Bearbeitungsschritt, beispielsweise eine Umformung und/oder Härtung, was mittels der zweiten Vorrichtung erfolgen kann. Vorteilhaft können kürzere Taktzeiten realisiert werden. Insbesondere ist es möglich, unterschiedliche Taktzeiten für die erste Vorrichtung und die zweite Vorrichtung vorzusehen, so dass auf ein Auslegen der Gesamtfertigung auf die längste Taktzeit verzichtet werden kann. Vorteilhaft kann während des Abwartens der zweiten Zeitspanne eine logistische Pufferung der Blechteile erfolgen, beispielsweise durch Einlagern derselben auf der Umgebungstemperatur. Alternativ und/oder zusätzlich ist es auch möglich, die Blechteile auf einem beliebigen Temperaturniveau, beispielsweise in vorgewärmtem Zustand in dem ersten Temperaturbereich logistisch zu puffern. Dabei erfolgt keine weitere Transformation beziehungsweise Umsetzung der metallischen Schicht, es kann jedoch vorteilhaft auf ein gänzlich neues Erwärmen der Blechteile verzichtet werden, wobei vorteilhaft bei einer vergleichsweise guten thermischen Isolierung und vergleichsweise kurzer Pufferzeit Energie eingespart werden kann. Der nachfolgende Bearbeitungsschritt kann im Sinne eines Härtungs- und/oder Umformschritts auf eine beliebige Art und Weise erfolgen, insbesondere wie in der DE 201 22 563 U1 offenbart. Das Transformieren der metallischen Schicht und/oder deren chemische Zusammensetzung können auf eine beliebige Art und Weise erfolgen, insbesondere wie in der DE 699 07 816 T2 offenbart. Das Tempern und/oder Erwärmen und/oder Warmhalten des Blechteils, insbesondere in dem ersten und/oder zweiten Temperaturbereich, kann auf eine beliebige Art und Weise erfolgen, beispielsweise mittels eines Ofens, eines Heißluftgebläses, mittels induktivem Erwärmen und/oder mittels Strahlung und/oder Ähnlichem. Insbesondere kann dies wie in der DE 31 02 638 A1 erfolgen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der erste Temperaturbereich unterhalb eines Umwandlungspunkts für eine Austenitisierung des Blechteils liegt. Vorteilhaft kann in einem vergleichsweise geringen Temperaturbereich zunächst die Transformation der metallischen Schicht erfolgen. Der Umwandlungspunkt des Blechteils ist abhängig von seiner Zusammensetzung, insbesondere von einem Kohlenstoffgehalt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der erste Temperaturbereich unterhalb einer Schmelztemperatur der metallischen Schicht liegt. Vorteilhaft kann dadurch verhindert werden, dass die metallische Schicht sich nachteilig verändert, beispielsweise abtropft, wobei dennoch mittels Diffusion vorteilhaft die Transformation der metallischen Schicht in eine legierungsartige Schicht erfolgen kann.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der erste Temperaturbereich geringfügig über einer Schmelztemperatur der metallischen Schicht liegt, ohne dass die metallische Schicht sich nachteilig verändert, beispielsweise abtropft, wobei dennoch mittels Diffusion vorteilhaft die Transformation der metallischen Schicht in eine legierungsartige Schicht erfolgen kann. Es versteht sich, dass der erste Temperaturbereich von der chemischen Zusammensetzung der metallischen Schicht abhängig variieren kann.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der zweite Temperaturbereich oberhalb des Umwandlungspunkts liegt. Vorteilhaft kann oberhalb der Umformtemperatur die Austenitisierung des Blechteils erfolgen. Anschließend kann vorteilhaft ein Warmumformvorgang sowie ein Härtungsvorgang durch rasches Abkühlen, beispielsweise Abschrecken und/oder eine Werkzeugkühlung, erfolgen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der erste Temperaturbereich einen Temperaturwert von 873 K bis 1.003 K umfasst. Vorteilhaft kann bei diesem Wert eine besonders gute Transformation der metallischen Schicht erzielt werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der zweite Temperaturbereich einen Temperaturwert von 1.223 K umfasst. Vorteilhaft kann in diesem Bereich eine besonders gute Austenitisierung und/oder Warmumformung des Blechteils erfolgen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Tempern des Blechteils in dem zweiten Temperaturbereich für eine dritte Zeitspanne vorgesehen. Vorteilhaft kann während der dritten Zeitspanne die Austenitisierung erfolgen, die so gewählt werden kann, dass diese zu einem ausreichenden Maß erfolgen kann.
  • Vorteilhafterweise sollte das Blechteil aus einer der Legierungen 22MnB5, 25CrMo4, 34CrMo4, 42CrMo4, 25CrMoS4, 34CrMoS4 oder 42CrMoS4 bestehen. Der Stahl 22MnB5 sollte vorteilhafterweise in der folgenden Zusammensetzung verwendet werden, wobei die angegebenen Werte die Mengenprozente in der Legierung darstellen:
    • C: 0,20 bis 0,25; Si: 0,15 bis 0,40; Mn: 1,10 bis 1,40; Cr: ≤0,35; Mo: ≤0,35; P: ≤0,025; S: ≤ 0,005; Ti: 0,020 bis 0,050; Al: 0,020 bis 0,060; B: 0,002 bis 0,005.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die metallische Schicht ein Gemenge mit einem Aluminium-Gewichtsanteil von mindestens 90 % sowie Anteile von Silizium und Eisen aufweist. Vorteilhaft kann mit dieser Zusammensetzung der metallischen Schicht eine besonders hohe Oberflächengüte, ein guter Korrosionsschutz, eine Gleitwirkung für den nachfolgenden Behandlungsschritt und/oder eine besonders gute Transformation erzielt werden. Insbesondere bei dieser Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der erste Temperaturbereich einen Temperaturwert von 1.003 K umfasst, da bei diesem Wert eine besonders gute Transformation der metallischen Schicht erzielt werden kann.
  • Die Aufgabe ist außerdem bei einer Vorrichtung zum Vorbehandeln und Bereitstellen eines mit einer metallischen Schicht versehenen Blechteils für einen nachfolgenden Bearbeitungsschritt gelöst, die insbesondere zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens ausgelegt, eingerichtet und/oder konstruiert ist. Die Vorrichtung weist ein Isolationsgehäuse zum Umschließen und Warmhalten einer Vielzahl der Blechteile, eine Wärmequelle zum Temperieren der Blechteile in dem ersten und/oder zweiten Temperaturbereich und eine Vereinzelungsvorrichtung zum Vereinzeln und Bereitstellen der Blechteile für den nachfolgenden Bearbeitungsschritt auf. Es ergeben sich insbesondere die vorab beschriebenen Vorteile. Vorteilhaft kann mittels des Isolationsgehäuses ein unerwünschter Wärmeverlust der Blechteile während des Tempern und/oder Erwärmen vermieden werden. Mittels der Wärmequelle kann den Blechteilen die notwendige Energie zugeführt werden. Mittels der Vereinzelungsvorrichtung können die Blechteile vorteilhaft voneinander getrennt und entsprechend temperiert dem nachfolgenden Bearbeitungsschritt zugeführt werden.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vereinzelungsvorrichtung einen Hubtisch und einen Klinkenvorschub aufweist. Mittels des Hubtischs können die Blechteile, insbesondere in gestapelter Form, dem Klinkenvorschub zugeführt werden. Mittels des Klinkenvorschubs können die vereinzelten Blechteile dem nachfolgenden Bearbeitungsschritt zugeführt werden.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Wärmequelle einen Feldinduktor, beispielsweise einen Quer- oder Längsfeldinduktor zum Erwärmen des Blechteils auf den ersten Temperaturbereich aufweist. Vorteilhaft kann mittels des Längsfeldinduktors ein in Längsrichtung des Blechteils gerichtetes Feld zum Einbringen von in Wärme umsetzbare Energie in das Blechteil induziert werden. Mittels des Querfeldinduktors kann ein in einer Querrichtung des Blechteils verlaufendes Feld aufgebaut werden, mittels dem in Wärmeenergie umwandelbare Energie in das Blechteil einbringbar ist.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Wärmequelle einen Feldinduktor, beispielsweise einen Quer- oder Längsfeldinduktor zum Erwärmen des Blechteils auf den zweiten Temperaturbereich aufweist. Diese Feldinduktoren der Wärmequellen können jeweils eine oder auch mehrere Wirkungen aufweisen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separaten Erfindung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
    • Fig. 1
    Eine Vorrichtung zum Vorbehandeln und Bereitstellen eines mit einer metallischen Schicht versehenen Blechteils für einen nachfolgenden Bearbeitungsschritt; und
    Fig. 2
    eine halb dargestellte Draufsicht auf einen Längsfeldinduktor der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.
  • Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Vorbehandeln und Bereitstellen eines mit einer metallischen Schicht 3 versehenen Blechteils 5 für eine nachfolgende Bearbeitung. Die nachfolgende Bearbeitung kann mittels einer nicht näher dargestellten weiteren Vorrichtung erfolgen, beispielsweise mittels einer Umformvorrichtung und/oder einer Vorrichtung zum Härten des Blechteils 5.
  • In Fig. 1 ist eine Vielzahl von Blechteilen 5 dargestellt, die sich in Form eines Stapels 7 in einem Inneren eines Isoliergehäuses 9 befinden. Der Stapel 7 kann mittels eines Hubtisches 11 in Richtung eines Doppelpfeils 13 nach oben und unten bewegt werden. An einem oberen Ende des Stapels 7 weist die Vorrichtung 1 eine Vereinzelungsvorrichtung 15 auf, mittels der die Blechteile 5 vereinzelt werden können. Mittels der Vereinzelungsvorrichtung 15 kann jeweils eines der Blechteile 5 von dem übrigen Stapel 7 so abgehoben werden, dass dieses mit einer Klinke 17 einer Klinkenvorschubvorrichtung 19 in Eingriff bringbar ist. Mittels der Klinkenvorschubvorrichtung 19 kann das jeweils vereinzelte Blechteil 5 in Richtung eines Pfeils 21 durch eine Öffnung des Isoliergehäuses 9 ausgeschoben werden.
  • Zum Erwärmen des Stapels 7 beziehungsweise zumindest des jeweils vereinzelten Blechteils 5 in einen ersten Temperaturbereich weist das Isoliergehäuse 9 einen Längsfeldinduktor 23 auf. Mittels des Längsfeldinduktors 23 kann durch das Blechteil 5 in einer Längsrichtung ein Feld erzeugt werden, mittels dem zur Erwärmung in den ersten Temperaturbereich notwendige Energie in das Blechteil 5 einbringbar ist. Der Längsfeldinduktor 23 kann dazu eine mit einem Strom durchflossene Spule aufweisen, die in einer Umfangsrichtung um das Blechteil 5 und/oder den Stapel 7 verläuft. Vorteilhaft ist es möglich, nur den oberen Bereich des Stapels 7 entsprechend zu erwärmen.
  • Die Blechteile 5 weisen eine metallische Schicht 3 auf, die vorzugsweise einen 90 %-igen Anteil von Aluminium sowie Eisen und Silizium aufweist. Der erste Temperaturbereich ist vorteilhaft so gewählt, dass die metallische Schicht 3 nicht aufgeschmolzen wird. Dabei kommt es vorteilhaft zu einer Transformation der Schicht 3, insbesondere mittels Diffusion, wobei eine legierungsähnliche Außenhaut des Blechteils 5 entsteht. Das mittels des Längsfeldinduktors 23 im ersten Temperaturbereich getemperte Blechteil 5 kann nach Ablauf einer ersten Zeitspanne mittels der Klinkenvorschubvorrichtung 19 durch die Öffnung in dem Isoliergehäuse 9 hindurchgeschoben werden. Vorteilhaft ist es auch möglich, nach Ablauf der ersten Zeitspanne eine beliebig lange zweite Zeitspanne verstreichen zu lassen, beispielsweise während einer Zeitspanne, in der das entsprechend getemperte Blechteil von der nachgeschalteten Vorrichtung zur Weiterbearbeitung noch nicht benötigt wird.
  • Benachbart zu der Öffnung des Isoliergehäuses 9 ist ein Querfeldinduktor 25 angeordnet, der ebenfalls eine elektrischen Strom führende Wicklung zum Erzeugen eines in Querrichtung zu dem Blechteil 5 verlaufenden Felds aufweisen kann. Zum Erwärmen des entsprechenden Blechteils 5 auf einen zweiten Temperaturbereich kann das entsprechende Blechteil 5 auf einfache Art und Weise mittels der Klinkenvorschubvorrichtung 19 unter dem Querfeldinduktor 25 durchgeschoben werden. Beispielhaft ist auf einer, in Ausrichtung der Fig. 1 gesehen, rechten Seite des Querfeldinduktors 25 ein auf den zweiten Temperaturbereich erwärmtes Blechteil 5 eingezeichnet.
  • Das mittels des Querfeldinduktors 25 auf den zweiten Temperaturbereich erwärmte Blechteil 5 kann mittels einer allotropen Transformation austenitisiert werden und ist damit vorbereitet für eine weitere Bearbeitung, insbesondere ein Härten mittels Abschrecken und/oder ein Warmumformen.
  • Der erste Temperaturbereich kann einen Wert zwischen 873 K und 1.003 K aufweisen. Der zweite Temperaturbereich kann einen Wert von 1.223 K aufweisen.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht in einer halbseitigen Darstellung auf die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1. Dabei ist zur Vereinfachung ein Deckel des Isoliergehäuses 9 transparent dargestellt, so dass der um das jeweilige Blechteil 5 herum verlaufende Längsfeldinduktor 23 sichtbar ist. Es ist zu erkennen, dass der Längsfeldinduktor 23 innerhalb des Isoliergehäuses 3 verläuft. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass der Längsfeldinduktor 23 außerhalb des Isoliergehäuses 9 angeordnet ist.
  • Mittels des Hubtisches 11 wird der Platinenstapel beziehungsweise Stapel 7 entsprechend einer Anforderung der weiteren Vorrichtung angehoben. Bei der weiteren Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Presse für einen Umformvorgang, beispielsweise mittels Tiefziehen, handeln. Die weitere Vorrichtung kann beispielsweise eine Hubzahl von 8 der Blechteile 5 pro Minute aufweisen.
  • Der Stapel 7 durchläuft den Längsfeldinduktor 23 und wird dabei vorzugsweise auf den Wert zwischen 873 K und 1.003 K erwärmt. Dabei bildet sich vorteilhaft aus der metallischen Schicht 3 die Diffusionsschicht aus.
  • Die Vereinzelungsvorrichtung 15 beziehungsweise ein Platinenspreizer der Vereinzelungsvorrichtung 15 vereinzelt die Blechteil 5 beziehungsweise die auf dem Stapel 7 gestapelten Platinen.
  • Die Klinkenvorschubvorrichtung 19 schiebt die Blechteile 5 in Richtung des Pfeils 21 unter dem Querfeldinduktor 25 aus dem Isoliergehäuse 9 hinaus.
  • Der Querfeldinduktor 25 erwärmt das entsprechende Blechteil 5 auf den Wert von ungefähr 1.223 K.
  • Danach wird das Blechteil 5 beziehungsweise die Platine in die weitere, nicht dargestellte Vorrichtung eingelegt, bei der es sich beispielsweise um ein Warmumformwerkzeug handeln kann. Vorteilhaft kann zwischen dem Tempern mittels des Längsfeldinduktors 23 und dem Ausschieben des entsprechenden Blechteils 5 die zweite Zeitspanne abgewartet werden.
  • Vorteilhaft kann der gesamte Stapel 7 erwärmt werden, wobei der Stapel 7 so groß bemessen sein kann, dass aufgrund der Taktzeiten der nachgeschalteten Vorrichtung zur Weiterbearbeitung zunächst die erste Zeitspanne zum Transformieren der metallischen Schicht verstreicht und anschließend während der zweiten Zeitspanne abgewartet werden kann, bis das entsprechende Blechteil 5 auf dem Stapel 7 eine oberste Position erreicht hat und mittels der Vereinzelungsvorrichtung 15 vereinzelt und mittels der Klinkenvorschubvorrichtung 19 ausgeschoben werden kann. Die Diffusionszeit, also die erste Zeitspanne, kann beispielsweise ungefähr 10 Minuten betragen.
  • Vorteilhaft kann der Stapel 7 mittels des Längsfeldinduktors 23 langsam erwärmt werden, bis dieser den ersten Temperaturbereich erreicht hat. Dazu kann der Längsfeldinduktor 23 vorteilhaft als niederfrequenter Induktor ausgelegt sein.
  • Die Erwärmung des Blechteils auf den zweiten Temperaturbereich kann in kurzer Zeit erfolgen, wobei vorteilhaft in kurzer Zeit das entsprechende vereinzelte Blechteil 5 eine Austenitisierungstemperatur erreicht und/oder überschreitet. Dazu kann der Querfeldinduktor 25 als hochfrequenter Induktor ausgelegt sein.
  • Alternativ und/oder zusätzlich ist es möglich, zum Erwärmen und/oder Tempern der Blechteile 5 beziehungsweise des vereinzelten Blechteils 5 eine beliebige Wärmequelle zu verwenden, beispielsweise ein Heißluftgebläse, ein Ofen, Wärmestrahlung und/oder Ähnliches.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    3
    metallische Schicht
    5
    Blechteil
    7
    Stapel
    9
    Isoliergehäuse
    11
    Hubtisch
    13
    Doppelpfeil
    15
    Vereinzelungsvorrichtung
    17
    Klinke
    19
    Klinkenvorschubvorrichtung
    21
    Pfeil
    23
    Längsfeldinduktor
    25
    Querfeldinduktor

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Vorbehandeln und Bereitstellen eines mit einer metallischen Schicht (3) versehenen Blechteils (5) für eine nachfolgende Bearbeitung, mit Tempern des Blechteils (5) für die Dauer einer Zeitspanne in einem Temperaturbereich und dabei Transformieren der metallischen Schicht (3) mittels des Temperns, wobei die Vorrichtung umfasst:
    - ein Isolationsgehäuse (9) zum Umschließen und Warmhalten einer Vielzahl der Blechteile (5), die sich in Form eines Stapels (7) in einem Inneren des Isoliergehäuses (9) befinden,
    - eine Wärmequelle zum Temperieren von Blechteilen (5) des Stapels (7) in einem ersten Temperaturbereich zur Transformation der Schicht,
    - einer Vereinzelungsvorrichtung (15) zum Vereinzeln und Bereitstellen der Blechteile (5) für den nachfolgenden Bearbeitungsschritt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vereinzelungsvorrichtung (15) einen Hubtisch (11) und eine Klinkenvorschubvorrichtung (19) aufweist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden zwei Ansprüche, wobei die Wärmequelle einen Feldinduktor (23) zum Erwärmen des Blechteils (5) auf den ersten Temperaturbereich aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden drei Ansprüche, wobei die Wärmequelle einen Feldinduktor (25) zum Erwärmen des Blechteils (5) auf den zweiten Temperaturbereich aufweist.
  5. Verfahren zum Vorbehandeln und Bereitstellen eines mit einer metallischen Schicht (3) versehenen Blechteils (5) für eine nachfolgende Bearbeitung, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit:
    - Umschließen und Warmhalten einer Vielzahl der Blechteile (5), die sich in Form eines Stapels (7) in einem Inneren eines Isoliergehäuses (9) befinden,
    - Tempern von Blechteilen (5) des Stapels (7) für die Dauer einer ersten Zeitspanne in einem ersten Temperaturbereich, ,
    - und dabei Transformieren der metallischen Schicht (3) mittels des Temperns,
    - während einer zweiten Zeitspanne Ausführen zumindest eines Elements der folgenden Gruppe: Halten von zumindest einem Blechteil (5) im ersten Temperaturbereich, Abkühlen von zumindest einen Blechteil (5), Abkühlen von zumindest einem Blechteil (5) auf eine Umgebungstemperatur, Lagern von zumindest einem Blechteil (5), und nach der zweiten Zeitspanne Erwärmen von zumindest einem Blechteil (5) auf einen für die nachfolgende Bearbeitung notwendigen zweiten Temperaturbereich.
  6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Temperaturbereich unterhalb einer Schmelztemperatur der metallischen Schicht (3) liegt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der zweite Temperaturbereich oberhalb des Umwandlungspunkts liegt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der erste Temperaturbereich Werte von 873 K bis 1.003 K umfasst.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der zweite Temperaturbereich einen Wert von 1.223 K umfasst.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, mit:
    - Tempern des Blechteils (5) in dem zweiten Temperaturbereich für eine dritte Zeitspanne.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die metallische Schicht ein Gemenge mit einem Aluminium-Gewichtsanteil von mindestens 90 % sowie Silizium und Eisen aufweist.
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