EP2756104A1 - Verfahren zur herstellung von struktur- und chassisbauteilen durch warmformen und erwärmungsstation - Google Patents

Verfahren zur herstellung von struktur- und chassisbauteilen durch warmformen und erwärmungsstation

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EP2756104A1
EP2756104A1 EP12772205.6A EP12772205A EP2756104A1 EP 2756104 A1 EP2756104 A1 EP 2756104A1 EP 12772205 A EP12772205 A EP 12772205A EP 2756104 A1 EP2756104 A1 EP 2756104A1
Authority
EP
European Patent Office
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sheet metal
heating station
burner
metal blank
heating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12772205.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Pellmann
Frank Stelzer
Franz Josef LENZE
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
Benteler Automobiltechnik GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Benteler Automobiltechnik GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F27B9/30—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
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    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/04—Door pillars ; windshield pillars

Definitions

  • the invention relates to a method for producing in particular structural or chassis components for a motor vehicle by hot or warm forging, wherein a sheet metal blank is heated in a heating station at least in a first range from an initial temperature to a target temperature, and then transferred to the hot board in a cooled pressing tool and in it is formed and press hardened. Furthermore, the invention relates to a heating station in the use or the use of the method.
  • sheet metal blanks are often provided by a strip material by trimming, heated in a continuous furnace and then thermoformed in a cooled pressing tool to form a molded component and press-hardened.
  • This process is also known as direct thermoforming.
  • the indirect thermoforming is common, where a sheet metal blank initially cold formed and then heated and then subsequently formed in a cooled press tool or configured and press-hardened.
  • the heating of the metal blanks is typically carried out in continuous furnaces, whereby an indirect heating via the heated air takes place by thermal radiation and correction.
  • the sheet metal blanket is to be heated under defined conditions. Depending on whether uncoated or coated starting materials are used, the heating parameters must be adjusted.
  • DE 102010 004081 B3 discloses a direct and indirect thermoforming process of steel for the production of components of different ductility, wherein in a continuous furnace, the board or the preformed component to a temperature less than or equal to type and only certain areas locally by oil or gas burner on larger or immediately heated Ac3 and then the board or the preformed component is press hardened.
  • WO 93/20248 A1 discloses a multi-stage heating of thin metal parts in the continuous zone furnace; heated to a preheat temperature under atmosphere to 850 ° C and then heated in the reduced (O 2 -free) atmosphere to final temperature with upper and lower burners to final temperature.
  • the disadvantage here is the high time required for the heating and possibly for the alloy of the pre-coating and the resulting high space requirement of the furnaces to be able to comply with a predetermined cycle time. Due to the long heating time, the recrystallization or austenitization of the starting material takes place in such a way that a relatively coarse-grained microstructure sets in which is frozen in martensite during the subsequent press-hardening. This microstructure is disadvantageous with respect to Ductility of the finished component, which may be particularly important for Crashrelevante components.
  • DE 102006005063 A1 discloses a method for the heat treatment of uncoated steel products, in which a continuous furnace is equipped with burners whose flames are brought into direct contact with the steel products in order to allow a rapid heating on the one hand and a preoxidation of the surface on the other hand which are required for subsequent coating steps.
  • Different temperature zones and the oxygen content in the area of the strip surface are set via the air ratio lambda (amount of oxygen supplied to the amount of oxygen converted during combustion) as the burner parameter.
  • the object of the invention starting from the described prior art, the heating process of a metal sheet in the production of structural and chassis components of vehicles faster, with little space and thus to make more economical.
  • the invention is intended to provide a structural or chassis component for a vehicle which has improved mechanical properties over conventionally heat treated sheet metal blanks and is less expensive to manufacture.
  • the heating takes place from a starting temperature, preferably room temperature, to a target temperature.
  • the target temperature is substantially the Austenltmaschinestemperatur of the base material of the Sheet metal plate corresponds, so this is heated to greater Ac3.
  • the base material of the sheet metal plate results in a target temperature of about 930 ° C.
  • the heating takes place at least in a first region of the board, wherein this area preferably corresponds to the total area of the board.
  • the heating station has at least one burner zone of at least one, in particular a plurality of spaced-apart burners, which are operated with a fuel gas and an oxygen-containing gas.
  • the sheet metal blank preferably already has a contour that approximately corresponds to the unwinding of the finished molded component.
  • Characteristic of the invention is that the sheet metal blank is heated by the burner at high speed and extremely high efficiency, characterized in that the board is in direct contact with the burner flames turbulent flowing on the sheet metal blank and in particular is completely enveloped by the flames. This makes it possible to set a very uniform temperature profile in the sheet metal blank and thus to achieve a uniform surface finish in the case of pre-coated material and a uniform structural transformation. This is particularly an advantage over the rapid inductive heating by means located near the component or located on the metal sheet heating coil windings.
  • the heating takes place from the starting temperature to the target temperature at a speed of at least 20K / s, more preferably greater than 50K / s, most preferably greater than 90K / s.
  • the invention proposes to heat the board with maximum heating rate, since this temperature range for hydrogen entry into the base material most vulnerable and this period is to be kept as short as possible.
  • the heating rate is preferably greater than 50 K / s, preferably greater than 100 K / s, with board thicknesses of between 0.7 and 15 mm, depending on the board thickness. one Water embrittlement in the finished component can thus be effectively prevented.
  • the core temperature that is to say the temperature which occurs at least in the first region of the sheet-metal blanket essentially over the entire material thickness
  • the heating rate preferably between 20 and 50K / s, while with a material thickness of less than 1mm, a heating rate of greater than 100K / S can be achieved.
  • Essential for the invention is also the use of a special gas mixture of a fuel gas, for example natural gas, and an oxygen-containing gas.
  • a fuel gas for example natural gas
  • an oxygen-containing gas The higher the oxygen content in the gas mixture, the hotter the heat flux or the higher the heat flux density. Therefore, in particular technical oxygen with greater than 75%, in particular greater than 90% oxygen content is provided.
  • the other oxygen atoms can be advantageously used to at least partially bind the hydrogen introduced into the board via the fuel gas. This further contributes to the prevention of hydrogen embrittlement in the finished component.
  • At least one second area exists on the board, which is not or less heated, for example, an edge region which is less strongly fired by burner flames.
  • the second area it is also possible for the second area to be deliberately heated to a temperature below Ac3 in order to avoid complete Austenitisiemng the material, but still to allow sufficient thermoforming in a compression mold.
  • a greater ductility or a bainitic or ferritic microstructure or a mixed structure can be set.
  • the method according to the invention is particularly advantageously used when coated sheet steel blanks, in particular aluminum-silicon precoated (Al-Si) steel sheets, are used.
  • Al-Si aluminum-silicon precoated
  • a synergistic effect occurs in that at the same time during heating in the heating station at least a partial alloy layer formation takes place on the surface of the sheet metal blank.
  • the Al-Si layer transforms from the inside to the outside into an intermetallic iron-aluminum-silicon alloy layer, which is the faster the higher the temperature at the sheet metal blank.
  • a further aspect of the invention envisages intermediate heating between the heating station and the press mold, in particular in the continuous furnace, in order to completely pass through the pre-coated sheet metal blank. Any remaining aluminum-silicon phases will completely change from the inside to the outside into the intermetallic iron-aluminum-silicon alloy layer.
  • this intermediate step in the oven is of short duration, since the temperature does not have to be substantially increased, but only a holding at the target temperature takes place in order to homogenize the already pre-alloyed sheet metal with regard to its surface coating.
  • the length of the furnaces can be massively reduced, which also reduces the energy consumption and the heat load in the production hall can be.
  • the sheet metal blanket is preferably heated from the initial temperature to the target temperature before being transferred to a press mold or in the oven downstream of the heating station.
  • the burner field is seconded movable and, for example, performs an oscillating movement parallel to the plane of the sheet metal blank.
  • individual burners of the heating station can be adjusted in height or away from the sheet metal blank, so that the burner field itself is formed only by the active, not recessed from the board burner.
  • Another important aspect of the invention relates to a heating station for carrying out the method described above.
  • the heating station such that a plurality of burners are arranged spaced apart from each other within at least one burner field, wherein the distance between the burners is greater (>) 30mm, preferably> 50mm, more preferably> 70mm.
  • This allows one hand a sufficient safety distance to protect against mutual flame, in particular due to flashback on the sheet metal plate, on the other hand, but also a sufficiently high heat flux density of 250 to 2000 KW / m2. However, a maximum distance of 150mm should not be exceeded.
  • the nozzles of the burner of the at least one burner field with a distance to the sheet metal plate of> 75mm, preferably> 100mm, more preferably> 170mm are arranged. This distance ensures, in particular, a highly turbulent gas flow on the surface of the sheet metal blank, and continues to serve for self-protection. However, a maximum distance between the sheet metal blank and the burner of 250 mm should not be exceeded, otherwise an excessively high gas pressure must be built up or a wider nozzle must be used to produce a sufficiently wide flame.
  • distance indications between the burners with each other and with the sheet metal blanket relate in particular to the burner nozzles.
  • thicker sheet metal blanks in particular armored blanks, to arrange at least one burner field above and one burner field below the sheet metal blank to ensure a maximum of heat flow input and thus heating speed. It can be provided due to the different heat flow, that the distance between the burner nozzles of an upper burner field is smaller than the distance of the nozzle of a lower burner field.
  • burner arrays to the right and left of the board, in which case an individual alignment of the burner nozzles adapted to the form of the board makes sense at least at the edge. This can be a changed one Distance between these burner nozzles in comparison to the entire burner field result, or relative to the sheet metal plate different angles of attack.
  • the heating station is made so compact that the at least one sheet metal blank is heated relative to the heating station without movement within the heating station to a target temperature, wherein the sheet metal blank is positioned linearly or selectively, in particular on a nail pad or wire in the heating station. It is advantageous if the handling time for supporting and removing the sheet metal blank is as short as possible, and the heating station is not occupied for an excessively long time. This can be achieved that the sheet metal plate is not spent directly in a support within the furnace, but a transport module, for example, in the manner of a drawer is used, which is velvet resting on sheet metal plate particularly quickly in the heating station or retractable.
  • the sheet metal plate comes to lie directly on the transport module and is transported through this in the heating station, heated therein and brought out again.
  • the accessibility for a handling device is improved and thus the handling time itself can be reduced.
  • the capacity of the heating station with respect to the occupancy time is further optimized.
  • the second transport module can be arranged on or retractable from the opposite side, so that there is a change cycle between the two transport modules.
  • the exhaust gas produced in the heating station dissipate, this preferably takes place by a suction or discharge to the outside.
  • the exhaust gas or the excess heat in the heating station for preheating a downstream furnace, in particular continuous furnace serve.
  • the exhaust gas can either be passed through a heat exchanger and transferred to another medium or introduced directly into the downstream furnace.
  • the subject part of the invention according to claim 13 relates to a structural or chassis component for a motor vehicle, which is produced by the method described above, and thereby receives a number of advantageous properties over conventionally produced similar components.
  • a higher ductility is achieved with a substantially unchanged strength of the finished component.
  • a heating rate of on average> 20 K / s and a heating rate within the temperature range of 600 to 800 ° C of> 50 K / s results over a conventional - for example, over a period of 4 minutes - heated in a continuous furnace sheet metal plate on the finished component an increase ductility of more than 5% to 10%.
  • the increase in ductility is greater, the shorter the heating time or the higher the heating rate.
  • the ductility can be determined via the bending angle during a bending test of a sample of a component produced by the method according to the invention.
  • a preferably flat sample is placed on two rollers linearly floating and stored, then brought a bending punch with rounded impact area centrally and vertically from above to the sample. Then, the bending of the sample is linearly between the rollers, up to a pre-defined force drop limit, wherein both the punch travel and the punch force are detected continuously.
  • a bending angle can be measured directly or calculated using a formula of the bending angle taking into account the elastic springback, the sheet thickness, the roller radius and other parameters.
  • the increase in ductility according to the invention is directly proportional to the bending angle thus determined.
  • a sheet metal plate of boron-alloyed steel grade HC1000W with a sheet thickness of 2 mm is to be used here, which was heated conventionally for 4 minutes in a continuous furnace and completely austenitized and then thermoformed and press-hardened.
  • a tensile strength of 1320 MPa resulted at a calculated bending angle of 52 °.
  • an almost identical tensile strength of 1312 MPa was determined at an elevated bending angle of 59 ° in samples of identical geometry and the same material produced by the method according to the invention. This results in an increase in ductility and bending angle of about 13%.
  • structural or chassis components for motor vehicles also include armor parts which fulfill a defense function against ballistic projectiles or impacting, but at the same time or additionally also serve as structural components of the chassis component.
  • FIG. 2 Heating course according to the method according to the invention
  • FIG. 3a Heating course according to the method according to the invention
  • FIG. 6 Schematic representation of a sheet metal component produced by the method according to the invention
  • All temperatures of the description, in particular of Figures 1 and 2 each relate to the use of boron-manganese steels, in particular 22MnB5 as a base material of the sheet metal blanks.
  • the invention is not limited thereto.
  • armored steels as well as aluminum alloys, aluminum alloys, in particular copper-containing aluminum wrought alloys can be used, with different heating temperatures for hot or warm forging respectively being used.
  • Armored steel for example according to DE102008010168B4 has a heating temperature of about 900-930 ° C.
  • Al-Zn-Mg alloy has a heating temperature of about 250-350 ° C.
  • FIG. 1 shows heating curves with different target temperatures.
  • Curves 2 to 4 show two-stage heating courses, in which after a Rapid heating time TE of about 10 seconds to a target temperature is followed by a holding time TH, which is the longer, the lower the target temperature was set. At the end of the holding time TH there is in each case a completely austenitic structure. It can be seen in turn 1 that this is possible even with a slight overheating without any holding time and is the fastest way.
  • FIG. 2 shows the process sequence with reference to two time-temperature curves, wherein curve 1 differs from curve 1 from FIG. 1 only in that, in an intermediate step, homogenization is carried out in a short continuous furnace at> Ac3.
  • the sheet metal plate is asymmetrical to about 1000 ° C, ie about 70 ° C above the Ac3 point of the alloy of the base material of the sheet metal blank.
  • Curve 2 in Figure 2 also shows a slightly slower heating to a target temperature ⁇ Ac3 in the heating station and only in the intermediate step TZ heating to Ac3 in a continuous furnace.
  • This slower heating can come about due to a thicker sheet metal blank, or through a burner zone with a larger burner distance, less oxygen content or by flame exposure of only one side of the circuit board.
  • a short drop time TA of the temperature after about 10 seconds is indicated, which is intended to illustrate the heat loss during the transfer of heating station in the downstream furnace. This can be minimized through close links to the integration of the heat station and the furnace.
  • FIG. 3a and 3b schematically represent a sectional view of the heating station 1 according to the invention with an upper burner zone 2 and a lower burner zone 3.
  • the heating station consists essentially of an upper and a lower burner zone 2, between which the metal sheet 10 is arranged. Insulating 9 serve the thermal foreclosure to the environment.
  • FIG. 3 a differs only from FIG. 3 b in that the support of the sheet metal blank is not shown, but instead the supply system for the fuel gas and oxygen-containing gas and an exhaust gas line.
  • the support of the sheet metal blank is exemplified in Figure 3b as a pincushion 12, which can be moved in and out of the heating station 1 on a horizontally movable transport module 11.
  • the transport module itself can be guided over rollers or rails.
  • the insulating means is realized on a wall as a movable bulkhead 9 ', which is closed during heating and only has to be opened for supplying or discharging the sheet metal blank.
  • Another, in particular opposite bulkhead is to be provided when a second transport module is used in the same heating station in the change cycle.
  • FIG. 4 illustrates an advantageous embodiment of receiving a metal sheet 10 during heating.
  • a plurality of vertically projecting needles 12a can be seen on a flat base frame 13 which form the pin cushion 12 and have a narrow and identical spacing and an identical height thus essentially allow a uniform support of the sheet metal blank 10 without shading the burner flames 5 takes place on the bottom.
  • the distance between the needles 12a with each other is to select the smaller, the thinner and thus softer the sheet metal blank in the heated state.
  • FIG. 5 shows a variant of the method according to the invention as a flow chart.
  • Sheet metal blanks 10 are made from a sheet metal strip 15 cut and then heated in the heating station 1 to a target temperature. Subsequently, the heated board is spent in an intermediate step in a short continuous furnace 17 and homogenized. Thereafter, the warm forming takes place in a cooled press mold 18. This results in the finished structural or chassis component 14th
  • FIG. 6 illustrates a structural component according to an embodiment variant of the invention.
  • a B-pillar for a vehicle is shown which comprises a first region 19 and a second region 20.
  • the second region is softer than the first region upon completion of the process to permit sufficient deformation without cracking or fracturing of the component in a Serten impact crash.
  • the first region 19 of the sheet-metal blank largely corresponds to the first region 19 'of the finished component 14 shown here, but in addition to cut-away and / or converted edge regions and opening slugs.
  • A- fuel gas tank A- fuel gas tank

Abstract

Verfahren zur Herstellung von insbesondere Struktur- oder Chassisbauteilen (14) für ein Kraftfahrzeug durch Warm- oder Halbwarmumformen, wobei eine Blechplatine in einer Erwärmungsstation (1) wenigstens in einem ersten Bereich von einer Ausgangstemperatur auf eine Zieltemperatur erwärmt wird, und anschließend die warme Platine in ein gekühltes Presswerkzeug (18) überführt und darin umgeformt und pressgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungsstation wenigstens eine Brennerzone mit wenigstens einem Brenner umfasst, in welcher die Blechplatine von der Ausgangstemperatur auf die Zieltemperatur erwärmt wird, und wenigstens ein Brenner mit einem Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Gas betrieben werden und die Blechplatine in direktem Kontakt mit der Brennerflamme kommt.

Description

Verfahren zur Herstellung von Struktur- und Chassisbautellen durch Warmformen Erwärmungsstation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von insbesondere Strukturoder Chassisbauteilen für ein Kraftfahrzeug durch Warm- oder Halbwarmumformen, wobei eine Blechplatine in einer Erwärmungsstation wenigstens in einem ersten Bereich von einer Ausgangstemperatur auf eine Zieltemperatur erwärmt wird, und anschließend die warme Platine in ein gekühltes Presswerkzeug überführt und darin umgeformt und pressgehärtet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Erwärmungsstation bei der Verwendung bzw. dem Einsatz des Verfahrens.
Zur Herstellung von insbesondere Struktur- und Chassisbauteilen für Fahrzeuge werden häufig Blechplatinen von einem Bandmaterial ausgehend durch Beschnitt bereitgestellt, in einem Durchlaufofen erwärmt und anschließend in einem gekühlten Presswerkzeug warm zu einem Formbauteil umgeformt und pressgehärtet. Dieses Verfahren ist auch als direktes Warmformen bekannt. Daneben ist das indirekte Warmformen geläufig, wo eine Blechplatine zunächst kalt umgeformt und anschließend erst erwärmt und darauf folgend in einem gekühlten Presswerkzeug endgeformt bzw. konfiguriert sowie pressgehärtet wird. Die Erwärmung der Blechplatinen erfolgt typischerweise in Durchlauföfen, wobei durch Wärmestrahlung und Korrektion eine indirekte Erwärmung über die aufgeheizte Luft erfolgt. In einem Durchlaufofen soll die Blechplatine unter definierten Bedingungen erwärmt werden. Je nachdem, ob unbeschichtete oder beschichtete Ausgangsmaterialien zu Einsatz kommen, sind die Erwärmungsparameter anzupassen.
Die DE 102010 004081 B3 offenbart ein direktes und indirektes Warmformverfahren von Stahl zur Herstellung von Bauteilen unterschiedlicher Duktilltät, wobei in einem Durchlaufofen die Platine oder das vorgeformte Bauteil auf eine Temperatur kleiner oder gleich Art und nur bestimmte Bereiche lokal durch Öl- bzw. Gasbrenner auf größer oder gleich Ac3 erwärmt und anschließend die Platine bzw. das vorgeformte Bauteil pressgehärtet wird.
Die WO 93/20248 A1 offenbart ein mehrstufiges Erwärmen von dünnen Metallteilen im Durchlaufzonenofen; wobei auf eine Vorwärmtemperatur unter Atmosphäre bis 850°C erwärmt und dann in reduzierter (02-freier) Atmosphäre auf Endtemperatur mit oberen und unteren Brennern auf Endtemperatur erwärmt wird.
Nachteilig hierbei sind der hohe Zeitbedarf für die Erwärmung und ggf. für die Legierung der Vorbeschichtung sowie der daraus resultierende hohe Platzbedarf der Durchlauföfen, um eine vorbestimmte Taktzeit einhalten zu können. Durch die lange Erwärmungszeit erfolgt die Rekristallisation bzw. Austenitisierung des Ausgangsmaterials derart, dass sich ein relativ grobkörniges Gefüge einstellt, welches beim anschließenden Presshärten in Martensit eingefroren wird. Diese Gefügestruktur ist nachteilig bzgl. der Duktilität des fertigen Bauteils, welche für crashrelevante Bauteile besonders wichtig sein kann.
Durch die DE 102006005063 A1 ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung von unbeschichteten Stahlprodukten bekannt, bei welchem ein Durchlaufofen mit Brennern ausgestattet ist, deren Flammen in direktem Kontakt mit den Stahlprodukten gebracht werden, um zum einen eine rasche Erwärmung und zum anderen eine Voroxidation der Oberfläche zu ermöglichen, welche für anschließende Beschichtungsschritte erforderlich sind. Verschiedene Temperaturzonen und der Sauerstoffgehalt im Bereich der Bandoberfläche werden über die Luftzahl Lamda (zugeführter Sauerstoffmenge zu bei Verbrennung umgesetzter Sauerstoffmenge) als Brennerparameter eingestellt.
Aufgabe der Erfindung ist ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik, den Erwärmungsprozess einer Blechplatine bei der Herstellung von Struktur- und Chassisbauteilen von Fahrzeugen schneller, mit wenigem Platzbedarf und damit insgesamt wirtschaftlicher zu gestalten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch eine Erwärmungsstation zur Verwendung bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 14.
Die Erfindung soll insbesondere ein Struktur- oder Chassisbauteil für ein Fahrzeug schaffen, welches gegenüber konventionell wärmebehandelten Blechplatinen verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist und günstiger herzustellen ist.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Erwärmung einer Blechplatine aus einer metallischen Legierung in einer dem Warmumformprozess vorgelagerten Erwärmungsstation durchzuführen, wobei die Erwärmung von einer Ausgangstemperatur, vorzugsweise Raumtemperatur, auf eine Zieltemperatur erfolgt. Ein erster Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Zieltemperatur dabei im Wesentlichen der Austenltisierungstemperatur des Grundwerkstoffs der Blechplatine entspricht, diese also auf größer Ac3 erwärmt wird. Für Stahl als Grundwerkstoff der Blechplatine ergibt sich dabei eine Zieltemperatur von ca. 930°C. Die Erwärmung findet dabei zumindest in einem ersten Bereich der Platine statt, wobei dieser Bereich vorzugsweise der Gesamtfläche der Platine entspricht. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Erwärmungsstation wenigstens eine Brennerzone aus wenigstens einem, insbesondere mehreren voneinander beabstandeten Brennern aufweist, die mit einem Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Gas betrieben werden. Die Blechplatine besitzt dabei vorzugsweise bereits eine Kontur, die der Abwicklung des fertig ausgeformten Bauteils näherungsweise entspricht.
Kennzeichnend für die Erfindung ist, dass die Blechplatine durch die Brenner mit hoher Geschwindigkeit und extrem hohem Wirkungsgrad erwärmt wird, dadurch dass die Platine in direktem Kontakt mit den turbulent auf die Blechplatine strömenden Brennerflammen steht und Insbesondere vollumfänglich von den Flammen umhüllt wird. Dadurch ist es möglich, einen sehr gleichmäßigen Temperaturverlauf in der Blechplatine einzustellen und somit auch eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit im Falle von vorbeschichteten Material sowie eine gleichmäßige Gefügeumwandlung zu erreichen. Dies ist besonders ein Vorteil gegenüber der schnellen induktiven Erwärmung mittels nahe am Bauteil bzw. an der Blechplatine befindlichen Heizspulenwicklungen.
Insbesondere erfolgt die Erwärmung von der Ausgangstemperatur auf die Zieltemperatur mit einer Geschwindigkeit von mindestens 20K/s, besonders bevorzugt größer 50K/s am bevorzugsten größer 90K/s. Zumindest im Temperaturbereich zwischen 600-800°C wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Platine mit maximaler Erwärmungsgeschwindigkeit zu erwärmen, da dieser Temperaturbereich für Wasserstoffeintrag in das Grundmaterial am anfälligsten und diese Zeitdauer möglichst kurz zu halten ist. Die Erwärmungsgeschwindigkeit liegt dabei abhängig von der Platinenstärke vorzugsweise bei größer 50K/s am bevorzugsten bei größer 100K/s, wobei Platinenstärken zwischen 0,7 und 15mm In Betracht kommen. Einer Wasseretoffversprödung im fertigen Bauteil kann damit wirksam vorgebeugt werden.
Auf das Bauteil bezogen gilt im Rahmen der Erfindung als Temperatur die Kerntemperatur, das heißt die Temperatur, die sich wenigstens im ersten Bereich der Blechplatine im Wesentlichen über die gesamte Materialstärke einstellt, wobei insbesondere für Panzerstahl mit eine Materialstärke deutlich über 5mm die Erwärmungsgeschwindigkeit eher zwischen 20 und 50K/s beträgt, während bei einer Materialstärke von weniger als 1mm eine Erwärmungsgeschwindigkeit von größer 100K/S erreichen lässt.
Wesentlich für die Erfindung ist auch die Verwendung eines speziellen Gasgemisches aus einem Brenngas, beispielsweise Erdgas, und einem sauerstoffhaltigen Gas. Dabei wird die Flamme umso heißer bzw. die Wärmestromdichte umso größer, je höher der Sauerstoffanteil im Gasgemisch ist. Daher ist insbesondere technischer Sauerstoff mit größer 75%, insbesondere größer 90% Sauerstoffgehalt vorgesehen.
Bei Einsatz von mehr Sauerstoff, als für den Verbrennungsprozess erforderlich, können die übrigen Sauerstoffatome vorteilhaft dazu genutzt werden, den über das Brenngas in die Platine eingebrachte Wasserstoff wenigstens teilweise zu binden. Dies trägt weiter zur Vermeidung von Wasserstoffversprödung im fertigen Bauteil bei.
Natürlich kann auch vorgesehen werden, dass wenigstens ein zweiter Bereich auf der Platine existiert, der nicht oder weniger stark erwärmt wird, beispielsweise ein Randbereich, welcher weniger stark von Brennerflammen befeuert ist. Ebenso ist es aber auch möglich, dass der zweite Bereich ganz gezielt auf eine Temperatur unterhalb Ac3 erwärmt wird, um eine vollständige Austenitisiemng des Materials zu vermeiden, aber dennoch eine ausreichende Warmformgebung in einem Pressformwerkzeug zu ermöglichen. So kann im zweiten Bereich eine größere Duktilität bzw. ein bainitisches bzw. ferritisches Gefüge oder ein Mischgefüge eingestellt werden. Im Anschluss an die Erwärmung in der Erwärmungsstation erfolgt der Transfer in ein gekühltes Pressformwerkzeug, wo die warme Platine umgeformt und pressgehärtet wird.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren dann anzuwenden, wenn beschichtete Stahlblechplatinen, insbesondere Aluminium-Silizium- vorbeschichtete (Al-Si-) Stahlbleche zum Einsatz gelangen. In diesem Fall tritt ein Synergieeffekt dahingehend ein, dass während der Erwärmung in der Erwärmungsstation gleichzeitig zumindest eine teilweise Legierungsschichtausbildung an der Oberfläche der Blechplatine stattfindet. Dabei wandelt sich von innen nach außen aufgrund von Diffusionsprozessen die Al-Si-Schicht in eine intermetallische Eisen-Aluminium-Silizium-Legierungsschicht um, was umso schneller vonstatten geht, je höher die Temperatur an der Blechplatine ist. Dies ist im Vergleich zum Stand der Technik besonders deshalb vorteilhaft, da einerseits vorlegierte Blechbänder und Platinen heute noch sehr teuer im Anschaffungspreis und weltweit noch kaum verfügbar sind, und andererseits Al- Si-vorbeschichtete aber nicht vorlegierte Blechplatinen beim direkten Warmformen in der Regel die Standzeit der Rollen im Durchlaufofen extrem herabsetzen. Dies verhindert erfindungsgemäße Vorlegierung bzw. Durchlegierung in der Erwärmungsstation.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, zwischen Erwärmungsstation und Pressformwerkzeug eine Ofenerwärmung, insbesondere im Durchlaufofen, zwischenzuschalten, um die vorbeschichtete Blechplatine vollständig durchzulegieren. Dabei wandeln sich eventuell noch vorhandene Aluminium- Silizium-Phasen vollständig von innen nach außen in die intermetallische Eisen-Aluminium-Silizium-Legierungsschicht um. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist dieser Zwischenschritt im Ofen von kurzer Dauer, da die Temperatur im Wesentlichen nicht erhöht werden muss, sondern nur ein Halten auf der Zieltemperatur stattfindet, um die bereits vorlegierte Blechplatine im Hinblick auf ihre Oberflächenbeschichtung zu Homogenisieren. Damit kann die Länge der Durchlauföfen massiv verringert werden, wodurch auch der Energieverbrauch und die Wärmebelastung In der Produktionshalle gesenkt werden kann. Zudem nimmt durch die in der Erwärmungsstation wenigstens erreichte Voriegierung bei vorbeschichteten Blechplatinen der Verschleiß an den Rollen erheblich ab.
Möglich ist auch, die vollständige Austenitisierung der Blechplatine erst während des Zwischenschrittes im Durchlaufofen durchzuführen, so dass die Zieltemperatur in der Erwärmungsstation kleiner Ac3 eingestellt wird und im Durchlaufofen größer oder gleich Ac3 eingestellt wird.
Die Blechplatine wird vor dem Transfer in ein Pressformwerkzeug bzw. in den der Erwärmungsstation nachgelagerten Ofen bevorzugt unbewegt von der Ausgangstemperatur auf die Zieltemperatur erwärmt. Dabei kann vorgesehen werden, dass das Brennerfeld beweglich abgeordnet ist und beispielsweise eine oszillierende Bewegung parallel der Ebene der Blechplatine vollzieht. Weiterhin ist es möglich, dass einzelne Brenner der Erwärmungsstation sich in der Höhe bzw. von der Blechplatine weg verstellen lassen, so dass das Brennerfeld selbst nur durch die aktiven, nicht von der Platine zurückversetzten Brenner gebildet wird.
Natürlich kann auch vorgesehen werden, die Platine selbst mit einem bestimmten Bewegungsmuster relativ zum Brennerfeld zu bewegen, wobei aber bei den meisten Blechplatinen für Struktur- und Chassisbauteile eine derartige Relativbewegung unerwünscht bzw. nicht erforderlich ist. Dies erspart auch eine komplizierte Ansteuerung einzelner Brenner zur Vermeidung von Leerlaufbetrieb und insbesondere zur Vermeidung von Schäden bei gegenüberliegenden Brennerzonen.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung befasst sich mit einer Erwärmungsstation zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens.
Dabei ist vorgesehen, die Erwärmungsstation derart zu gestalten, dass mehrere Brenner innerhalb wenigstens eines Brennerfeldes voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Brennern größer (>) 30mm, vorzugsweise >50mm, besonders bevorzugt >70mm ist. Dies erlaubt einerseits einen ausreichenden Sicherheitsabstand zum Schutz vor gegenseitiger Beflammung, insbesondere Aufgrund von Flammenrückschlag an der Blechplatine, andererseits aber auch eine ausreichend hohe Wärmestromdichte von 250 bis 2000 KW/m2. Ein maximaler Abstand von 150mm sollte jedoch nicht überschritten werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist weiter vorgesehen, das die Düsen der Brenner des wenigstens einen Brennerfeldes mit einem Abstand zur Blechplatine von >75mm, vorzugsweise >100mm, besonders bevorzugt >170mm angeordnet sind. Dieser Abstand stellt insbesondere eine hochturbulente Gasströmung an der Oberfläche der Blechplatine sicher, und dient weiterhin einem Selbstschutz. Ein maximaler Abstand zwischen Blechplatine und Brenner von 250mm sollte jedoch nicht überschritten werden, da ansonsten ein übermäßig hoher Gasdruck aufgebaut oder eine breitere Düse verwendet werden muss, um eine ausreichend weite Flamme zu erzeugen.
Im Rahmen der Erfindung beziehen sich Abstandsangaben zwischen den Brennern untereinander und zur Blechplatine insbesondere auf die Brennerdüsen.
Besonders bevorzugt für dickere Blechplatinen, insbesondere Panzerblechplatinen, ist es, wenigstens ein Brennerfeld oberhalb und ein Brennerfeld unterhalb der Blechplatine anzuordnen, um ein Maximum an Wärmestromeintrag und damit Erwärmungsgeschwindigkeit sicherzustellen. Dabei kann aufgrund der unterschiedlichen Wärmeströmung vorgesehen sein, dass der Abstand der Brennerdüsen eines oberen Brennerfeldes kleiner als der Abstand der Düsen eines unteren Brennerfeldes ist. Im Falle einer vertikalen Ausrichtung der Blechplatine in der Erwärmungsstation ist es natürlich auch vorstellbar, Brennerfelder rechts und links von der Platine anzuordnen, wobei dann zumindest randseitig eine individuelle an die Platinenform angepasste Ausrichtung der Brennerdüsen sinnvoll ist. Dies kann einen veränderten Abstand dieser Brennerdüsen im Vergleich zum gesamten Brennerfeld zur Folge haben, oder relativ zur Blechplatine unterschiedliche Anstellwinkel.
Besonders bevorzugt ist die Erwärmungsstation derart kompakt gestaltet, dass die wenigstens eine Blechplatine relativ zur Erwärmungsstation unbewegt innerhalb der Erwärmungsstation auf eine Zieltemperatur erwärmt wird, wobei die Blechplatine linienförmig oder punktuell, insbesondere auf einem Nagelkissen oder Gitterrost, in der Erwärmungsstation positioniert ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Handhabungszeit zur Auflage und Abnahme der Blechplatine möglichst kurz ist, und die Erwärmungsstation dafür nicht übermäßig lange belegt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Blechplatine nicht direkt in eine Auflage innerhalb des Ofens verbracht wird, sondern ein Transportmodul zum Beispiel nach Art einer Einschublade genutzt wird, welches samt aufliegender Blechplatine besonders schnell in die Erwärmungsstation ein- bzw. ausfahrbar ist. Die Blechplatine kommt dabei direkt auf dem Transportmodul zum liegen und wird durch dieses in die Erwärmungsstation befördert, darin erwärmt und wieder rausgeführt. Dadurch wird die Zugänglichkeit für ein Handhabungsgerät verbessert und damit die Handhabungszeit selbst kann verringert werden. In Kombination mit einem zweiten Transportmodul, welches im Wechsel mit dem ersten Transportmodul betrieben wird, ist die Kapazität der Erwärmungsstation im Hinblick auf die Belegungszeit weiter optimierbar. Das zweite Transportmodul kann dabei von der Gegenseite ein- bzw. ausfahrbar angeordnet sein, so dass sich zwischen beiden Transportmodulen ein Wechselzyklus ergibt.
Wie bereits erwähnt ist es unter bestimmten Umständen auch möglich und sinnvoll, eine Relativbewegung zwischen Blechplatine und Brennerfeld zu realisieren, wobei diese Bewegung bevorzugt oszillierend erfolgt. Im Falle der Nutzung ein oder mehrerer Transportmodule können diese auch für die Bewegung während der Erwärmung sorgen.
Zur Sicherstellung der Einhaltung von Umwelt- und Arbeitschutzauflagen ist weiterhin vorgesehen, das im der Erwärmungsstation entstandene Abgas abzuführen, wobei dies vorzugsweise durch eine Absaugung bzw. Ableitung nach außen stattfindet. Durch eine Filterung können umweltschädliche Bestandteile zurückgehalten werden, auch eine Abfackelung in Abhängigkeit beispielsweise vom CO-Gehalt ist bei kontinuierlichem Betrieb möglich.
Besonders vorteilhaft kann das Abgas bzw. die in der Erwärmungsstation überschüssige Wärmemenge zur Vorheizung eines nachgeschalteten Ofens, insbesondere Durchlaufofens, dienen. Dazu kann das Abgas entweder durch einen Wärmetauscher geleitet und an ein anderes Medium übertragen oder direkt in den nachgeschalteten Ofen eingebracht werden.
Der gegenständliche Teil der Erfindung betrifft gemäß Anspruch 13 ein Struktur- oder Chassisbauteil für ein Kraftfahrzeug, welches nach oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird, und dabei gegenüber konventionell hergestellten gleichartigen Bauteilen eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften erhält.
Zum einen liegt durch die sehr hohe Erwärmungsgeschwindigkeit nach dem Erwärmen eine vergleichsweise feinkörnige Gefügestruktur vor. Dies Hegt darin begründet, dass sich bei konventioneller Erwärmung im Durchlaufofen über mehrere Minuten das an sich feinkörnig vorliegende Gefüge nach und nach In eine gröbere Struktur umwandelt, und zwar umso stärker, je länger die Blechplatine im Ofen unter erhöhter Temperatur verbleibt.
Erfindungsgemäß wird nach dem Warmformen und Presshärten insbesondere eine höhere Duktilität erzielt bei im Wesentlichen unveränderter Festigkeit des fertigen Bauteils. Bei einer bevorzugten Erwärmungsgeschwindigkeit von im Mittel >20K/s und einer Erwärmungsgeschwindigkeit innerhalb des Temperaturbereichs 600 bis 800°C von >50K/s ergibt sich gegenüber einer konventionell - beispielsweise über eine Zeitdauer von 4 Minuten - im Durchlaufofen erwärmten Blechplatine am fertigen Bauteil eine Steigerung der Duktilität von mehr als 5% bis 10%. Die Duktilitätssteigerung ist dabei umso größer, je kürzer die Erwärmungszeit bzw. je höher die Erwärmungsgeschwindigkeit ist. Somit sind am bevorzugsten Duktilitätssteigerungen von >10% bei einer Erwärmungsgeschwindigkeit von >90K/s möglich.
Die Duktilität ist ermittelbar über den Biegewinkel im Rahmen einer Biegeprüfung einer Probe eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteils. Dabei wird eine bevorzugt ebene Probe auf 2 Rollen linienförmig schwimmend aufgelegt und gelagert, dann ein Biegestempel mit abgerundetem Stoßbereich mittig und senkrecht von oben an die Probe herangeführt. Sodann erfolgt die Biegung der Probe linienförmig zwischen die Rollen, bis zu einer vorher definierten Kraftabfallgrenze, wobei sowohl der Stempelweg als auch die Stempelkraft kontinuierlich erfasst werden. Je nach Auswertemethode kann direkt ein Biegewinkel gemessen werden oder über eine die elastische Rückfederung, die Blechdicke, den Rollenradius und weitere Parameter berücksichtigende Formel der Biegewinkel errechnet werden. Die erfindungsgemäße Vergrößerung der Duktilität ist direkt proportional mit dem derart ermittelten Biegewinkel.
Beispielhaft soll hier von einer Blechplatine aus borlegiertem Stahl der Sorte HC1000W mit einer Blechstärke von 2 mm ausgegangen werden, der konventionell über 4 Minuten in einem Durchlaufofen erwärmt und vollständig austenitisiert und anschließend warm umgeformt und pressgehärtet wurde. Bei Versuchen ergab sich eine Zugfestigkeit von 1320 MPa bei einem errechneten Biegewinkel von 52°. Demgegenüber wurde bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Proben identischer Geometrie und gleichem Materials eine nahezu identische Zugfestigkeit von 1312 MPa bei einem erhöhten Biegewinkel von 59° ermittelt. Dies ergibt eine Steigerung der Duktilität und des Biegewinkels von ca. 13%.
Im Rahmen der Erfindung sind unter Struktur- oder Chassisbauteile für Kraftfahrzeuge auch Panzerungsteile zu verstehen, die eine Abwehrfunktion gegen ballistische Geschosse oder Ansprengung erfüllen, aber gleichzeitig oder ergänzend auch als Struktur- der Chassisbauteil dienen.
Die Erfindung wird anhand von folgenden Figuren näher erläutert: Figur 1 Erwärmungsverlauf in erfindungsgemäßer Erwärmungsstation
Figur 2 Erwärmungsverlauf nach erfindungsgemäßem Verfahren Figur 3a
und 3b Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen
Erwärmungsstation in einer Schnittansicht
Figur 4 Transportmodul für erfindungsgemäße Erwärmungsstation zur
Auflage einer Blechplatine
Figur 5 Schema zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen
Verfahrens
Figur 6 Schematische Darstellung eines Blechbauteils hergestellt nach erfindungsgemäßen Verfahren
Sämtliche Temperaturangaben der Beschreibung, insbesondere der Figuren 1 und 2 beziehen sich jeweils auf die Verwendung von Bor-Mangan-Stählen, insbesondere 22MnB5 als Grundwerkstoff der Blechplatinen. Die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. So können auch Panzerstähle sowie Aluminiumlegierungen, Aluminiumlegierungen, insbesondere kupferhaltige Aluminiumknetlegierungen zur Anwendung gelangen, wobei sich dafür jeweils abweichende Erwärmungstemperaturen für das Warm- bzw. Halbwarmumformen ergeben.
Als Richtwert können dabei folgende Werte für die Erwärmungstemperatur angenommen werden:
Panzerstahl beispielsweise nach DE102008010168B4 hat eine Erwärmungstemperatur von ca. 900-930°C.
Al-Zn-Mg Legierung besitzt eine Erwärmungstemperatur von ca. 250-350°C.
Figur 1 zeigt Erwärmungskurven mit unterschiedlichen Zieltemperaturen. Kurve 2 bis 4 zeigen zweistufige Erwärmungsverläufe, bei welchen nach einer raschen Erwärmungszeit TE von ca. 10 Sekunden auf eine Zieltemperatur sich eine Haltezeit TH anschließt, welche umso länger ist, je geringer die Zieltemperatur eingestellt wurde. Zum Ende der Haltezeit TH liegt jeweils ein vollständig austenitisches Gefüge vor. Ersichtlich ist in Kurve 1 , dass dies auch mit einer leichten Überhitzung ohne jede Haltezeit möglich ist und am schnellsten von Statten geht.
Figur 2 stellt den Verfahrensablauf anhand zweier Zeit-Temperatur-Kurven dar, wobei Kurve 1 sich zu der Kurve 1 aus Figur 1 nur dadurch unterschiedet, dass in einem Zwischenschritt eine Homogenisierung In einem kurzen Durchlaufofen bei >Ac3 durchgeführt wird. Zu erkennen ist eine Übemitzung der Blechplatine auf ca. 1000°C, also ca. 70°C über dem Ac3-Punkt der Legierung des Grundmaterials der Blechplatine.
Kurve 2 in Figur 2 zeigt darüber hinaus eine etwas langsamere Erwärmung auf eine Zieltemperatur <Ac3 in der Erwärmungsstation und erst im Zwischenschritt TZ eine Erwärmung auf über Ac3 im Durchlaufofen. Diese langsamere Erwärmung kann bedingt durch eine dickere Blechplatine zustande kommen, oder aber durch eine Brennerzone mit größerem Brennerabstand, weniger Sauerstoffgehalt oder aber durch Flammenbeaufschlagung von nur einer Platinenseite.
Bei beiden Kurven ist eine kurze Abfallzeit TA der Temperatur nach ca. 10 Sekunden angedeutet, der den Wärmeverlust beim Transfer von Erwärmungsstation in den nachgeschalteten Ofen veranschaulichen soll. Dieser kann durch enge Verknüpfung bis hin zur Integration von Wärmestation und Ofen minimiert werden.
Figur 3a und 3b stellen schematisch eine Schnittansicht auf die erfindungsgemäße Erwärmungsstation 1 mit einer oberen Brennerzone 2 und einer unteren Brennerzone 3 dar. Die Erwärmungsstation besteht im Wesentlichen aus einer oberen und einer unteren Brennerzone 2,3, zwischen welchen die Blechplatine 10 angeordnet ist. Isoliermittel 9 dienen der thermischen Abschottung zur Umgebung. Figur 3a unterscheidet sich nur dadurch von Figur 3b, dass die Auflage der Blechplatine nicht dargestellt wird, dafür aber das Zuleitungssystem für das Brenngas und sauerstoffhaltige Gas sowie eine Abgasleitung. In das Zuleitungssystem sind Sicherungsmechanismen zur Verhinderung eines Gasrückschlages sowie eines Überdrucks im System vorzusehen, hier angedeutet durch ein Sicherheitsventil.
Die Auflage der Blechplatine ist in Figur 3b beispielhaft als Nadelkissen 12 realisiert, welches auf einem horizontal verfahrbaren Transportmodul 11 in die Erwärmungsstation 1 hinein- und hinausbewegt werden kann. Das Transportmodul selbst kann über Rollen oder Schienen geführt werden. Das Isoliermittel ist an einer Wand als beweglicher Schott 9' realisiert, welche während der Erwärmung geschlossen ist und nur zum Zuführung bzw. Abführung der Blechplatine geöffnet werden muss. Ein weiteres, insbesondere gegenüberliegendes Schott ist dann vorzusehen, wenn ein zweites Transportmodul in derselben Erwärmungsstation im Wechselzyklus eingesetzt wird.
Figur 4 schließlich stellt eine vorteilhafte Ausführungsfomn der Aufnahme einer Blechplatine 10 während der Erwärmung dar. So sind auf einem ebenen Grundrahmen 13 eine Vielzahl senkrecht abstehender Nadeln 12a zu erkennen, welche das Nadelkissen 12 bilden und einen engen und identischen Abstand sowie eine identische Höhe aufweisen und damit im Wesentlich eine gleichmäßige Auflage der Blechplatine 10 erlauben, ohne dass auf der Unterseite eine Abschattung der Brennerflammen 5 stattfindet. Naturgemäß ist der Abstand der Nadeln 12a untereinander umso kleiner zu wählen, je dünner und damit im erwärmten Zustand weicher die Blechplatine ist. Entsprechendes gilt selbstverständlich auch für eine alternative linienförmige Auflage der Blechplatine unabhängig davon, ob die Auflage direkt in der Erwärmungsstation oder in einem Transportmodul 11 erfolgt.
Figur 5 stellt eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens als Ablaufschema dar. Aus einem Blechband 15 werden Blechplatinen 10 zugeschnitten und anschließend in der Erwärmungsstation 1 auf eine Zieltemperatur erwärmt. Anschließend wird die erwärmte Platine in einem Zwischenschritt in einen kurzen Durchlaufofen 17 verbracht und homogenisiert. Danach erfolgt die warme Umformung in einem gekühlten Pressformwerkzeug 18. Es entsteht so das fertige Struktur- oder Chassisbauteil 14.
Figur 6 schließlich stellt ein Strukturbauteil nach einer Ausführungsvariante der Erfindung dar. Konkret ist eine B-Säule für ein Fahrzeug aufgezeigt, die einen ersten Bereich 19 und einem zweiten Bereich 20 umfasst. Der zweite Bereich ist nach Verfahrensabschluss weicher als der erste Bereich, um eine ausreichende Deformation ohne Rissbildung oder Bruch des Bauteils bei einem Sertenaufprallunfall zu erlauben. Der erste Bereich 19 der Blechplatine entspricht dabei weitestgehend dem hier dargestellten ersten Bereich 19' des fertigen Bauteils 14, jedoch zuzüglich weggeschnittener und/oder umgestellter Randbereiche und Öffnungsbutzen.
Bezugszeichen:
1 - Erwärmungsstation
2- Brennerzone
3- Brennerzone
4 - Brenner mit Düse
5- Brennerflamme
6- Gaszuleitung
7- Sicherheitsventil
8- Abluftleitung
9- Isoliermittel
9'- Schott
10- Blechplatine
11- Transportmodu!
12 - Nadelkissen mit Nadeln 12a
13- Grundrahmen
14 - Struktur- oder Chassisbauteil
15- Blechband
16- Platinenzuschnitt
17- Durchlaufofen
18- Pressformwerkzeug
19 - erster Bereich von 10 bzw.14
20 - zweiter Bereich von 10 bzw.14
A- Brenngastank
B - Sauerstoff
C - Abstand Brenner-Brenner in einer Brennerzone
D - Versatz Brenner-Brenner zweier gegenüberliegender Brennerzonen
E - Abstand Brennerzone zu Platine
TE- Erwärmungszeit
TH - Haltezeit
TA- Abfallzeit
TZ- Zwischenerhitzung

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von insbesondere Struktur- oder Chassisbauteilen (14) für ein Kraftfahrzeug durch Warm- oder Halbwarmumformen, wobei eine Blechplatine (10) in einer Erwärmungsstation (1) wenigstens in einem ersten Bereich (19) von einer Ausgangstemperatur auf eine Zieltemperatur erwärmt wird, und anschließend die warme Platine in ein gekühltes Presswerkzeug (18) überführt und darin umgeformt und pressgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungsstation (1) wenigstens eine Brennerzone (2,3) mit wenigstens einem Brenner (4) umfasst, in welcher die Blechplatine (10) in wenigstens einem ersten Bereich (19) von der Ausgangstemperatur auf die Zieltemperatur erwärmt wird, und wenigstens ein Brenner (4) mit einem Brenngas (A) und einem sauerstoffhaltigen Gas (B) betrieben wird und die Blechplatine (10) in direktem Kontakt mit der Brennerflamme (5) kommt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zieltemperatur eine vollständige Austenitisierung des ersten Bereiches (19) der Blechplatine (10) bewirkt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (19) der Blechplatine (10) sich über die gesamte Blechplatine erstreckt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine einen zweiten Bereich (20) aufweist, welcher gezielt auf eine Temperatur unterhalb Ac3 erwärmt wird, um eine vollständige Austenitisierung des Grundmaterials der Blechplatine zu vermeiden aber eine ausreichende Formgebung im Pressformwerkzeug zu ermöglichen, wobei sich im zweiten Bereich (20) am fertigen Bauteil ein bainitisches oder ferritisches Gefüge und/oder ein Mischgefüge eingestellt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine vorbeschichtet ist, insbesondere mit einer Aluminium- Silizium-Schicht oder einer Zink-Schicht versehen ist, und in der Erwärmungsstation durch die Erwärmung auf die Zieltemperatur gleichzeitig wenigstens teilweise eine Legierungsschichtausbildung an der Oberfläche der Blechplatine erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbeschichtete Blechplatine in der Erwärmungsstation vollständig austenitisiert und vollständig durchlegiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich der vorbeschichteten Blechplatine in der Erwärmungsstation auf eine Temperatur kleiner (<) Ac3 erwärmt und vorlegiert wird, und in einem der Erwärmungsstation nachgeschaltenen Ofen auf größer (>) Ac3 erwärmt und vollständig austenitisiert und durchlegiert wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung auf die Zieltemperatur in der Erwärmungsstation über die Düsenausrichtung und/oder den Abstand der Brennerdüse zur Blechplatine beeinflusst wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine in der Erwärmungsstation in dem ersten Bereich (19) auf Zieltemperatur erwärmt wird mit einer Geschwindigkeit von größer (>) 20K/s, besonders bevorzugt größer (>) 50K/s, am bevorzugsten größer (>) 90K/s.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine in der Erwärmungsstation in dem ersten Bereich (19) auf kleiner (<) Ac3 des Ausgangsmaterial erwärmt wird und anschließend in einem Ofen zur vollständigen Austenitisierung und Homogenisierung des Gefüges auf größer (>) Ac3 erwärmt und für einen Zeitraum von weniger als (<) 3 min, bevorzugt < 2 min, besonders bevorzugt <90s bei dieser Temperatur gehalten wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt des sauerstoffhaltigen Gases größer (>) 75%, bevorzugt größer (>) 90% beträgt und bei der Verbrennung nicht umgesetzte Sauerstoffatome einer Wasserstoffversprödung im Wärmeeinflussbereich entgegenwirken.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass einer Wasserstoffversprödung entgegenwirkt wird durch eine Temperaturführung mit Erwärmungsgeschwindigkeit größer (>) 50K/s, bevorzugt >70K s zumindest im Temperaturbereich zwischen 600 und 800°C.
13. Struktur- oder Chassisbauteil für ein Kraftfahrzeug hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine gegenüber einem baugleichen in einem konventionellen Durchlaufofen erwärmten Bauteil eine um mindestens 5%, besonders bevorzugt um mindestens 10% höhere Duktilität bei im Wesentlichen identischer Festigkeit aufweist.
14. Erwärmungsstation zur Verwendung bei der Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Brenner innerhalb wenigstens eines Brennerfeldes voneinander beanstandet angeordnet sind mit einem Abstand von größer (>) 30mm, vorzugsweise gr ßer (>) 50mm, besonders bevorzugt größer (>) 70mm.
15. Erwärmungsstation nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, das die Düsen der Brenner des wenigstens einen Brennerfeldes mit einem Abstand zur Blechplatine von größer (>) 75mm, vorzugsweise größer (>) 100mm, besonders bevorzugt größer (>) 170mm angeordnet sind.
16. Erwärmungsstation nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, das jeweils wenigstens ein Brennerfeld oberhalb und unterhalb der Blechplatine angeordnet ist.
17. Erwärmungsstation nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei horizontaler Anordnung der Blechplatine der Abstand der Brennerdüsen untereinander oder zur Blechplatine eines oberen Brennerfeldes kleiner als der Abstand der Brennerdüsen eines unteren Brennerfeldes ist.
18. Erwärmungsstation nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Blechplatine relativ zur Erwärmungsstation unbewegt innerhalb der Erwärmungsstation auf eine Zieltemperatur erwärmbar Ist, wobei die Blechplatine linienförmig oder punktuell, insbesondere auf einem Nagelkissen oder Gitterrost, in der Erwärmungsstation positioniert ist.
19. Erwärmungsstation nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mit denen die wenigstens eine Blechplatine bei der Erwärmung relativ zur Erwärmungsstation bewegbar ist, wobei die Blechplatine von dem Mittel gehalten wird, insbesondere aufliegt.
20. Erwärmungsstation nach einem der Anspruch 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Mittel um ein Transportmodul handelt, mit welchem die Blechplatine in die Erwärmungsstation hinein- und herausführbar ist.
21. Erwärmungsstation nach einem der Anspruch 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Blechplatine bei der Erwärmung relativ zur Erwärmungsstation bewegbar ist und wenigstens eine Brennerzone parallel oder senkrecht zur Blechplatine bewegbar ist.
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