EP3041963A1 - Verfahren zum härten eines blechmaterials und gehärtetes metallblechmaterial - Google Patents

Verfahren zum härten eines blechmaterials und gehärtetes metallblechmaterial

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EP3041963A1
EP3041963A1 EP14755656.7A EP14755656A EP3041963A1 EP 3041963 A1 EP3041963 A1 EP 3041963A1 EP 14755656 A EP14755656 A EP 14755656A EP 3041963 A1 EP3041963 A1 EP 3041963A1
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sheet metal
metal material
solidification
sheet
hardening
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Definitions

  • the present invention relates to a method of curing a sheet metal material.
  • Sheet metal material in particular stainless steel sheet material, is used in particular for the production of kitchen worktops, sinks or basins.
  • the present invention has for its object to provide a method for curing a sheet metal material, by which a particularly hard and scratch-resistant surface is produced on the sheet metal material.
  • the present invention is therefore based on the concept of solidifying the sheet metal material by solidification blasting, in particular shot peening. - -
  • the hardness of the sheet metal material is increased by a purely mechanical processing.
  • a structure is introduced into the surface of the sheet metal material, by which the susceptibility of the surface is reduced for the emergence of household-standard scratches.
  • both a front side and a rear side of the sheet metal material are each subjected to at least one solidification jet.
  • the front side and the rear side of the sheet metal material are at least temporarily acted upon at the same time with at least one hardening beam.
  • Each hardening beam is assigned a so-called hot spot on the surface of the sheet metal material.
  • the hotspot of a solidification jet in this specification and in the appended claims is understood to mean the smallest surface in the area of a surface of the sheet metal material which is stationary relative to the respective hardening beam, within which 90 percent by weight of the blasting material present in the respective hardening beam strikes the sheet metal material , - -
  • the hotspot is usually in the form of a rectangular strip.
  • the hotspot may also be substantially circular.
  • a hotspot of a hardening beam which acts on the front side of the sheet metal material
  • a hot spot of a hardening beam which acts on the back of the sheet metal material
  • the sheet metal material to be cured may be in the form of a sheet or a strip material unwound from a sheet metal roll.
  • the sheet metal material has an average material thickness of at most about 3 mm, in particular of at most about 2 mm, for example of at most about 1.5 mm.
  • the metal sheet material is a stainless steel sheet material.
  • the stainless steel sheet material may in particular comprise a chromium-nickel stainless steel.
  • the stainless steel sheet material include the stainless steel with the material number 1.4301 according to EN 10027-2.
  • the metal sheet material Before being subjected to the at least one solidification jet, the metal sheet material preferably has an average initial surface hardness of at most approximately 200 HV. - -
  • the Vickers hardness in HV is determined by a hardness measurement according to DIN EN ISO 6507-1.
  • the sheet metal material After being subjected to the at least one solidification jet, the sheet metal material preferably has an average final surface hardness of at least about 300 HV, more preferably at least about 400 HV, more preferably at least about 500 HV.
  • the at least one solidification jet is produced from a grit in which at least 50 percent by weight of the grit has a maximum particle diameter of at least 0.8 mm.
  • a blasting material having such a large grain size is particularly suitable for the hardening irradiation of relatively thin sheet metal material, since grit having a large grain size leaves a particularly pronounced deformation on the sheet metal material.
  • the experiments carried out with the blasting material with large grain size have shown that the desired surface structure and the desired surface hardening of the thin sheet metal material can be achieved with such blasting material.
  • the device for carrying out the solidification irradiation of the sheet metal material with blasting material of such a large grain size must be capable of transporting and accelerating the heavy blasting material. Furthermore, the impact surface of the blasting material should be able to be controlled as precisely as possible on the sheet metal material, preferably both on the front side and on the rear side of the metal sheet material.
  • the at least one solidification jet is produced from a blasting material in which at least 50% by weight of the blasting material has a maximum particle diameter of at most 1.0 mm.
  • the particles of the blasting material are preferably formed substantially spherical.
  • substantially all particles of the blasting material have a maximum particle diameter in the range from approximately 0.2 mm to approximately 1.0 mm.
  • the metal sheet material is moved relative to the solidification jet during the application of the at least one solidification jet.
  • the solidified stainless steel sheet material has a gray-silvery color, similar to concrete or stone.
  • the surface of the solidified stainless steel sheet looks dull and used.
  • the solidification-treated stainless steel sheet material is particularly suitable for use in the field of industrial kitchens and "vintage kitchens".
  • the solidification-treated stainless steel sheet material is particularly scratch-resistant.
  • the present invention further relates to a hardened sheet metal material. - -
  • the present invention has the further object of providing such a sheet metal material which has a particularly hard and scratch-resistant surface.
  • a metal sheet material according to claim 12 which has a surface hardened by solidification irradiation front side and / or surface hardened by solidification irradiation back.
  • the sheet metal material according to the present invention may have both a surface hardened by solidification irradiation front surface and a surface hardened by solidification irradiation back.
  • the material thickness of the sheet metal material is preferably at most about 3 mm, more preferably at most about 2 mm, for example at most 1.5 mm.
  • the metal sheet material is a stainless steel sheet material.
  • the sheet metal material according to the invention can in particular be produced by the method according to the invention for hardening a sheet metal material.
  • the metal sheet material according to the invention is particularly suitable for use in the manufacture of a kitchen countertop, a sink or a basin, in particular a sink, for example a single basin or a double basin, or for the production of decorative surfaces, in particular in the field of facade design or interior design.
  • the present invention therefore also relates to a sheet metal product, in particular a kitchen worktop, a sink or a basin, in particular a sink, for example a single basin or a double basin, or a decorative surface comprising a sheet metal material according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic side view of an apparatus for solidification irradiation of a sheet metal material, the apparatus comprising two spinner wheels for impinging a front surface of the sheet metal material with solidification jets and two spinner wheels for imparting a back side of the metal sheet material with solidification jets;
  • Fig. 2 is a plan view from above of the device for solidification irradiation of the sheet metal material of Fig. 1, with the viewing direction in the direction of the arrow 2 in FIG. 1 ;
  • Fig. 3 is a front view of the device for solidification irradiation of the sheet metal material of FIGS. 1 and 2, with the viewing direction in the direction of the arrows 3 in Figs. 1 and 2.
  • FIGS. 1 to 3 purely schematically illustrated, as a whole with 100 designated device for solidification irradiation of a sheet metal material 102 includes a plurality, for example four, blast wheels 104, which are arranged in pairs mirror-symmetrical to a vertical transverse center plane 106 of the device 100 and aligned.
  • Impeller wheels 104a and 104b are arranged mirror-symmetrically with respect to the vertical transverse center plane 106, and two lower impellers 104c and 104d spaced from the blast wheels 104a and 104b in the vertical direction 108 are also arranged mirror-symmetrically to the vertical transverse center plane 106 relative to one another.
  • Each of the spinner wheels 104 is capable of generating in each case a solidification jet 110 of blasting material particles from a blasting material which is supplied to the respective blasting wheel 104 from a blasting material store (not shown) via a blasting material feed device (also not shown). which is directed toward the sheet metal material 102.
  • the spinners 104a to 104d thus generate the solidification jets 110a to l 10d.
  • each blast wheel 104 comprises a turbine rotating rapidly about a rotation axis 112, each having a plurality of blades (not shown) which receive and accelerate the supplied blasting material, the centrifugal force acting on the co-rotating blasting material accelerating the blasting material particles outwards and finally discharging the blasting material particles via the respective blade edge with the hitherto transmitted kinetic energy from the blast wheel 104 out causes.
  • the direction of rotation of the centrifugal wheels 104 is indicated in FIG. 1 by the arrows 114. - -
  • FIGS. 1 to 3 Exemplary trajectories of steel-stock particles after discharge from the respective impeller 104 are shown in FIGS. 1 to 3 shown by the arrows 116.
  • the axes of rotation 112 of the spinners 104 are preferably in the
  • the metal sheet material 102 to be treated is preferably formed as a substantially flat sheet 120 having a length L of, for example, about 3,000 mm to about 5,000 mm in its longitudinal direction 122 and a width B of, for example, about 800, in its transverse direction 124 oriented perpendicular to the longitudinal direction 122 mm to about 2,000 mm
  • the sheet metal material 102 could also be formed as a continuous strip material unwound from a strip material roll.
  • the average material thickness or thickness D of the sheet metal material 102 is preferably at most about 3 mm, more preferably at most about 2 mm, for example at most about 1.5 mm.
  • the average material thickness or thickness D of the sheet metal material 102 is preferably at least about 0.5 mm, more preferably at least about 0.7 mm, for example at least about 0.8 mm.
  • the sheet metal material 102 is preferably a stainless steel sheet material. - -
  • This stainless steel material has the following chemical composition: 17.0 to 19.5 weight percent Cr; 8.0 to 10.5 weight percent Ni; at most 0.07 weight percent C; at most 1.0 weight percent Si; not more than 2.0% by weight of Mn; at most 0.045 weight percent P; at most 0.015 weight percent S; at most 0.11 weight percent N; Rest Fe.
  • the initial surface hardness of this stainless steel sheet before solidification irradiation is about 170 HV to about 180 HV.
  • the sheet metal material 102 is moved along the vertical transverse center plane 106 of the apparatus 100 by means of a moving device (not shown) relative to the spinner wheels 104 of the apparatus 100.
  • the metal sheet material 102 is preferably fastened to the movement device in such a way that its longitudinal direction 122 is aligned essentially parallel to the horizontal direction 118 and / or its transverse direction 124 is oriented substantially parallel to the vertical direction 108.
  • the movement of the sheet metal material 102 by means of the movement device takes place along a movement direction 126 which, for example, is oriented substantially horizontally.
  • the feed rate at which the sheet metal material 102 is moved relative to the spinner wheels 104 is, for example, about 1 m / min. - -
  • the energy of the impinging blasting material particles acting on the respective surface of the sheet metal material 102 leads to a plastic deformation of the sheet metal material 102 with an accompanying increase in the dislocation density in the metal grid of the layers near the surface of the sheet metal material 102.
  • This work hardening also manifests itself in an elevated stress state in the form of the so-called compressive residual stress, which compensates for tensile stresses in the sheet metal material 102, counteracts external tensile stresses and thus increases the fatigue strength of the sheet metal material 102 and makes cracking and crack propagation more difficult.
  • a hotspot of a blast wheel 104 in this description and in the appended claims is understood to be the smallest surface in the region of a surface of the sheet metal material 102 relative to the respectively associated blast wheel 104, within which 90 weight per cent of the blasting material ejected by the respective blast wheel 104 the sheet metal material 102 impinges.
  • Each hotspot 128 is in the form of a rectangular strip, wherein the width of the strip b, that is to say its extent along the axis of rotation 112 of the respective impeller 104 or along the longitudinal direction 122 of the sheet metal material 102, may be approximately 10 cm, for example, during its height h, that is, its extension perpendicular to the axis of rotation 112 and / or parallel to the transverse direction 124 of the sheet metal material - -
  • a hot spot 128 for example, about 150 cm (in FIGS. 1 to 3, the width b and height h of a hot spot 128 are not drawn to scale relative to the length L and the width B of the sheet metal material 102).
  • the superposed spinner wheels 104a and 104c on the front side 132 of the sheet metal material 102 and the superjacent spinners 104b and 104d on the rear side 134 of the sheet metal material 102 are arranged and aligned such that the hotspots 128a and 128c of the spinner wheels 104a and 104c in the vertical direction 108 cover the entire width B of the sheet metal material 102 and that the hot spots 128b and 128d of the spinners 104b and 104d also cover substantially the entire width B of the sheet metal material 102 along the vertical direction 108.
  • the outer contours of the hotspots 128a and 128c are shown in FIG. 3 is represented by the broken lines 130a and 130c, respectively.
  • the hotspots 128a and 128c of superposed spinner wheels 104a and 104c may overlap each other; such an overlap is not mandatory.
  • the overlap region of the hotspots 128a and 128c is as low as possible.
  • the overlap area of the upper hotspots 128a and 128b is at least 90% of the area of the hotspot 128a.
  • the overlapping area of the lower hotspots 128c and 128d is preferably at least 90% of the area of the hotspot 128c.
  • the outer contours 130b and 130d of the hotspots 128b and 128d, respectively, are drawn to coincide with the outer contours 130a and 130c of the hotspots 128a and 128c, respectively, such as an ideal 100% overlap between the hotspots 128a, 128c on the front side 132 of the sheet metal material 102 corresponds to the hotspots 128b and 128d at the back 134 of the sheet metal 102, respectively.
  • the loading of the front side 132 and the rear side 134 of the sheet metal material 102 begins as soon as a first edge 136 of the sheet metal material 102 in the direction of movement 126 enters the region of the hotspots 128 and ends when a second one lying behind in the direction of movement 126 of the sheet metal material 102 Edge 138 of the sheet metal material 102 leaves the area of the hotspots 128.
  • the treatment time is approximately 282 seconds.
  • the diameter of each spinner 104 is about 380 mm, for example.
  • Each spinner 104 may comprise a turbine with, for example, six blades. - -
  • Each blade may, for example, have a blade width of 55 mm.
  • Impeller 104 may be ejected, for example, about 88 m / s.
  • the shot throughput per spinner 104 may be, for example, about 200 kg / min.
  • the drive power of each spinner 104 may be about 11 kW, for example.
  • the stainless steel blasting agent can be used, which under the name "Chronital” by the company VULKAN INOX GmbH Abrasive Technology, Gottwaldstr. 21, 45525 Hattingen, Germany.
  • the blasting material has an austenitic microstructure.
  • the bulk density of the blasting material is about 4.7 kg / dm 3 , for example.
  • the surface hardness of the blasting medium in the condition of delivery is for example about 300 HV and in the ready-mixed mixture, for example about 450 HV. - -
  • Solidification irradiation is composed, for example, as follows:
  • the surface hardened metal sheet material 102 hardened in the manner described above by means of the solidification irradiation apparatus 100 can be used in particular for the production of sheet metal blanks for kitchen countertops or for the production of folding blanks for folded sinks, in particular so-called "zero radius basins".
  • the solidified stainless steel sheet material has a gray-silvery color, similar to concrete or stone, and preferably no yellowing.
  • the surface of the solidified stainless steel sheet looks dull and used.
  • the hardened stainless steel sheet material Due to the surface hardening, the hardened stainless steel sheet material is insensitive to scratching. - -
  • the solidification-treated stainless steel sheet material can be further processed by means of the usual techniques, in particular bending technology, welding technology and welding technology.

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Abstract

Um ein Verfahren zum Härten eines Metallblechmaterials zu schaffen, durch welches an dem Metallblechmaterial eine besonders harte und kratzfeste Oberfläche erzeugt wird, wird vorgeschlagen, dass das Verfahren Folgendes umfasst: Beaufschlagen des Metallblechmaterials mit mindestens einem Verfestigungsstrahl, wobei eine Vorderseite des Metallblechmaterials und/oder eine Rückseite des Metallblechmaterials mit jeweils mindestens einem Verfestigungsstrahl beaufschlagt werden.

Description

Verfahren zum Härten eines Blechmaterials und gehärtetes
Metallblechmaterial
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten eines Metallblechmaterials.
Metallblechmaterial, insbesondere Edelstahlblechmaterial, wird insbesondere zur Herstellung von Küchenarbeitsplatten, Spülen oder Becken verwendet.
An die optische Qualität von Küchenarbeitsplatten, Spülen und Becken werden einerseits hohe Anforderungen gestellt; andererseits besteht bei diesen Erzeugnissen eine besonders hohe Gefahr, dass die optische Qualität durch Kratzer reduziert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Härten eines Metallblechmaterials zu schaffen, durch welches an dem Metallblechmaterial eine besonders harte und kratzfeste Oberfläche erzeugt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Härten eines Metallblechmaterials nach Anspruch 1 gelöst, welches Folgendes umfasst:
Beaufschlagen des Metallblechmaterials mit mindestens einem Verfestigungsstrahl, wobei eine Vorderseite des Metallblechmaterials und/oder eine Rückseite des Metallblechmaterials mit jeweils mindestens einem Verfestigungsstrahl beaufschlagt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit das Konzept zugrunde, das Metallblechmaterial durch Verfestigungsstrahlen, insbesondere Kugelstrahlen, zu verfestigen. - -
Dabei wird die Härte des Metallblechmaterials durch eine rein mechanische Bearbeitung erhöht.
Ferner wird vorzugsweise durch das Verfestigungsstrahlen eine Struktur in die Oberfläche des Metallblechmaterials eingebracht, durch welche die Anfälligkeit der Oberfläche für das Entstehen haushaltsüblicher Kratzer reduziert wird .
Es kann vorgesehen sein, dass sowohl eine Vorderseite als auch eine Rückseite des Metallblechmaterials mit jeweils mindestens einem Verfestigungsstrahl beaufschlagt werden .
Um den Verzug bei der Bearbeitung des Metallblechmaterials gering zu halten, ist es günstig, wenn die Vorderseite und die Rückseite des Metallblechmaterials zumindest zeitweise gleichzeitig mit jeweils mindestens einem Verfestigungsstrahl beaufschlagt werden.
Besonders günstig ist es, wenn die Vorderseite und die Rückseite des Metallblechmaterials während des gesamten Härtungsverfahrens gleichzeitig mit jeweils mindestens einem Verfestigungsstrahl beaufschlagt werden .
Jedem Verfestigungsstrahl ist ein sogenannter Hotspot an der Oberfläche des Metallblechmaterials zugeordnet.
Unter dem Hotspot eines Verfestigungsstrahls wird in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen die kleinste, in Bezug auf den jeweils zugeordneten Verfestigungsstrahl ortsfeste, Fläche im Bereich einer Oberfläche des Metallblechmaterials verstanden, innerhalb welcher 90 Gewichtsprozent des in dem jeweiligen Verfestigungsstrahl vorhandenen Strahlguts auf das Metallblechmaterial auftrifft. - -
Wenn der Verfestigungsstrahl mittels eines Schleuderrads erzeugt wird, so hat der Hotspot üblicherweise die Form eines rechteckigen Streifens.
Wenn der Verfestigungsstrahl in anderer Weise erzeugt wird, kann der Hotspot beispielsweise auch im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet sein.
Zur Vermeidung von Verzügen an dem Metallblechmaterial hat es sich als günstig erwiesen, wenn ein Hotspot eines Verfestigungsstrahls, welcher die Vorderseite des Metallblechmaterials beaufschlagt, und ein Hotspot eines Verfestigungsstrahls, welcher die Rückseite des Metallblechmaterials beaufschlagt, sich zu mindestens 80%, vorzugsweise zu mindestens 90%, überlappen.
Das zu härtende Metallblechmaterial kann insbesondere in der Form einer Tafel oder eines von einer Metallblechmaterial-Rolle abgewickelten Bandmaterials vorliegen.
Vorzugsweise weist das Metallblechmaterial eine mittlere Material stärke von höchstens ungefähr 3 mm, insbesondere von höchstens ungefähr 2 mm, beispielsweise von höchstens ungefähr 1,5 mm, auf.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Metallblechmaterial ein Edelstahlblechmaterial ist.
Das Edelstahlblechmaterial kann insbesondere einen Chrom-Nickel-Edelstahl umfassen.
Beispielsweise kann das Edelstahlblechmaterial den Edelstahl mit der Werkstoffnummer 1.4301 gemäß der EN 10027-2 umfassen.
Vor dem Beaufschlagen mit dem mindestens einen Verfestigungsstrahl weist das Metallblechmaterial vorzugsweise eine mittlere Ausgangs-Oberflächen- härte von höchstens ungefähr 200 HV auf. - -
Die Vickershärte in HV wird dabei durch eine Härtemessung nach DIN EN ISO 6507-1 bestimmt.
Nach dem Beaufschlagen mit dem mindestens einen Verfestigungsstrahl weist das Metallblechmaterial vorzugsweise eine mittlere End-Oberflächenhärte von mindestens ungefähr 300 HV, insbesondere von mindestens ungefähr 400 HV, besonders bevorzugt von mindestens ungefähr 500 HV, auf.
Um eine optimale Oberflächenstruktur und eine besonders hohe Verfestigung zu erzielen, ist es günstig, wenn der mindestens eine Verfestigungsstrahl aus einem Strahlgut erzeugt wird, bei welchem mindestens 50 Gewichtsprozent des Strahlguts einen größten Teilchendurchmesser von mindestens 0,8 mm aufweisen.
Es ist für den Fachmann besonders überraschend, dass ein Strahlgut mit einer solch großen Korngröße gerade für die Verfestigungsbestrahlung von relativ dünnem Metallblechmaterial besonders geeignet ist, da Strahlgut mit einer großen Korngröße eine besonders starke Verformung an dem Metallblechmaterial hinterlässt. Die mit dem Strahlgut mit großer Korngröße durchgeführten Versuche haben aber gezeigt, dass mit einem solchen Strahlgut die gewünschte Oberflächenstruktur und die gewünschte Oberflächenhärtung des dünnen Metallblechmaterials erzielbar ist.
Die Vorrichtung zur Durchführung der Verfestigungsbestrahlung des Metallblechmaterials mit Strahlgut einer solch großen Korngröße muss dazu in der Lage sein, das schwere Strahlgut zu transportieren und zu beschleunigen. Ferner sollte die Aufprallfläche des Strahlguts an dem Metallblechmaterial möglichst genau ansteuerbar sein, und zwar vorzugsweise sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite des Metallblechmaterials. - -
Ferner hat es sich als günstig erwiesen, wenn der mindestens eine Verfestigungsstrahl aus einem Strahlgut erzeugt wird, bei welchem mindestens 50 Gewichtsprozent des Strahlguts einen größten Teilchendurchmesser von höchstens 1,0 mm aufweisen.
Die Teilchen des Strahlguts sind vorzugsweise im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet.
Besonders günstig ist es, wenn im Wesentlichen alle Teilchen des Strahlguts einen größten Teilchendurchmesser im Bereich von ungefähr 0,2 mm bis ungefähr 1,0 mm aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Metallblechmaterial während der Beaufschlagung mit dem mindestens einen Verfestigungsstrahl relativ zu dem Verfestigungsstrahl bewegt wird .
Wenn als Metallblechmaterial ein Edelstahlblechmaterial verwendet wird, so weist das verfestigungsbestrahlte Edelstahlblechmaterial eine grau-silbrige Farbe, ähnlich wie Beton oder Stein, auf.
Die Oberfläche des verfestigungsbestrahlten Edelstahlblechmaterials wirkt matt und gebraucht.
Durch eine bewusst abgenutzt und gebraucht wirkende Betonoptik mit beabsichtigten Gebrauchsspuren eignet sich das verfestigungsbestrahlte Edelstahlblechmaterial insbesondere zur Verwendung im Bereich von Industrieküchen und "Vintage-Küchen".
Durch die Oberflächenhärtung ist das verfestigungsbestrahlte Edelstahlblechmaterial besonders kratzunempfindlich.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein gehärtetes Metallblechmaterial . - -
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches Metallblechmaterial zu schaffen, welches eine besonders harte und kratzfeste Oberfläche aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Metallblechmaterial nach Anspruch 12 gelöst, welches eine durch Verfestigungsbestrahlung oberflächengehärtete Vorderseite und/oder eine durch Verfestigungsbestrahlung oberflächengehärtete Rückseite aufweist.
Das erfindungsgemäße Metallblechmaterial kann sowohl eine durch Verfestigungsbestrahlung oberflächengehärtete Vorderseite als auch eine durch Verfestigungsbestrahlung oberflächengehärtete Rückseite aufweisen.
Die Materialstärke des Metallblechmaterials beträgt vorzugsweise höchstens ungefähr 3 mm, insbesondere höchstens ungefähr 2 mm, beispielsweise höchstens 1,5 mm.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Metallblechmaterial ein Edelstahlblechmaterial ist.
Das erfindungsgemäße Metallblechmaterial kann insbesondere durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Härten eines Metallblechmaterials hergestellt sein.
Das erfindungsgemäße Metallblechmaterial eignet sich insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung einer Küchenarbeitsplatte, einer Spüle oder eines Beckens, insbesondere eines Spülbeckens, beispielsweise eines Einzelbeckens oder eines Doppelbeckens, oder zur Herstellung von Dekorflächen, insbesondere im Bereich der Fassadengestaltung oder der Innenraumgestaltung . - -
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Metallblechprodukt, insbesondere eine Küchenarbeitsplatte, eine Spüle oder ein Becken, insbesondere ein Spülbecken, beispielsweise ein Einzelbecken oder ein Doppelbecken, oder eine Dekorfläche, welches ein erfindungsgemäßes Metallblechmaterial umfasst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
In den Zeichnungen zeigen :
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Verfestigungsbestrahlung eines Metallblechmaterials, wobei die Vorrichtung zwei Schleuderräder zur Beaufschlagung einer Vorderseite des Metallblechmaterials mit Verfestigungsstrahlen und zwei Schleuderräder zum Beaufschlagen einer Rückseite des Metallblechmaterials mit Verfestigungsstrahlen umfasst;
Fig. 2 eine Draufsicht von oben auf die Vorrichtung zur Verfestigungsbestrahlung des Metallblechmaterials aus Fig. 1, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 2 in Fig . 1 ; und
Fig. 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung zur Verfestigungsbestrahlung des Metallblechmaterials aus den Fig . 1 und 2, mit der Blickrichtung in Richtung der Pfeile 3 in den Fig . 1 und 2.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. - -
Eine in den Fig . 1 bis 3 rein schematisch dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Vorrichtung zur Verfestigungsbestrahlung eines Metallblechmaterials 102 umfasst mehrere, beispielsweise vier, Schleuderräder 104, die jeweils paarweise spiegelsymmetrisch zu einer vertikalen Quermittelebene 106 der Vorrichtung 100 angeordnet und ausgerichtet sind .
Wie am besten aus Fig. 1 zu ersehen ist, sind insbesondere zwei obere
Schleuderräder 104a und 104b spiegelsymmetrisch in Bezug auf die vertikale Quermittelebene 106 angeordnet, und zwei in der Vertikalrichtung 108 von den Schleuderrädern 104a und 104b beabstandete untere Schleuderräder 104c und 104d sind ebenfalls spiegelsymmetrisch zur vertikalen Quermittelebene 106 zueinander angeordnet.
Jedes der Schleuderräder 104 ist dazu in der Lage, aus einem Strahlgut, welches dem jeweiligen Schleuderrad 104 aus einem (nicht dargestellten) Strahlgutspeicher über eine (ebenfalls nicht dargestellte) Strahlgutzuführvor- richtung zugeführt wird, jeweils einen Verfestigungsstrahl 110 aus Strahlgut- Teilchen zu erzeugen, welcher zu dem Metallblechmaterial 102 hin gerichtet ist.
Die Schleuderräder 104a bis 104d erzeugen somit die Verfestigungsstrahlen 110a bis l lOd.
Hierfür umfasst jedes Schleuderrad 104 eine schnell um eine Rotationsachse 112 rotierende Turbine mit jeweils mehreren (nicht dargestellten) Schaufeln, welche das zugeführte Strahlgut aufnehmen und beschleunigen, wobei die auf das mitrotierende Strahlgut wirkende Zentrifugalkraft eine Beschleunigung der Strahlgut-Teilchen nach außen und schließlich einen Abwurf der Strahlgut- Teilchen über die jeweilige Schaufelkante mit der bis dahin übertragenen kinetischen Energie aus dem Schleuderrad 104 heraus bewirkt.
Die Drehrichtung der Schleuderräder 104 ist in Fig. 1 durch die Pfeile 114 angegeben. - -
Beispielhafte Trajektorien von Stahlgut-Teilchen nach dem Abwurf aus dem jeweiligen Schleuderrad 104 sind in den Fig . 1 bis 3 durch die Pfeile 116 dargestellt.
Die Rotationsachsen 112 der Schleuderräder 104 sind vorzugsweise im
Wesentlichen horizontal (das heißt im Wesentlichen parallel zur Horizontalrichtung 118) und vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der vertikalen Quermittelebene 106 der Vorrichtung 100 zur Verfestigungsbestrahlung ausgerichtet.
Das zu behandelnde Metallblechmaterial 102 ist vorzugsweise als eine im Wesentlichen ebene Tafel 120 ausgebildet, die in ihrer Längsrichtung 122 eine Länge L von beispielsweise ungefähr 3.000 mm bis ungefähr 5.000 mm und in ihrer senkrecht zur Längsrichtung 122 ausgerichteten Querrichtung 124 eine Breite B von beispielsweise ungefähr 800 mm bis ungefähr 2.000 mm
aufweist.
Alternativ hierzu könnte das Metallblechmaterial 102 auch als ein kontinuierliches Bandmaterial ausgebildet sein, das von einer Bandmaterial-Rolle abgewickelt wird.
Die mittlere Materialstärke oder Dicke D des Metallblechmaterials 102 beträgt vorzugsweise höchstens ungefähr 3 mm, insbesondere höchstens ungefähr 2 mm, beispielsweise höchstens ungefähr 1,5 mm.
Ferner beträgt die mittlere Materialstärke oder Dicke D des Metallblechmaterials 102 vorzugsweise mindestens ungefähr 0,5 mm, insbesondere mindestens ungefähr 0,7 mm, beispielsweise mindestens ungefähr 0,8 mm.
Das Metallblechmaterial 102 ist vorzugsweise ein Edelstahlmetallblechmaterial . - -
Beispielsweise kann als Metallblechmaterial 102 der Edelstahl mit der
Werkstoffnummer 1.4301 gemäß der EN 10027-2 verwendet werden .
Dieses Edelstahlmaterial weist die folgende chemische Zusammensetzung auf: 17,0 bis 19,5 Gewichtsprozent Cr; 8,0 bis 10,5 Gewichtsprozent Ni; maximal 0,07 Gewichtsprozent C; maximal 1,0 Gewichtsprozent Si; maximal 2,0 Gewichtsprozent Mn; maximal 0,045 Gewichtsprozent P; maximal 0,015 Gewichtsprozent S; maximal 0,11 Gewichtsprozent N; Rest Fe.
Die Ausgangs-Oberflächenhärte dieses Edelstahlblechmaterials beträgt vor der Verfestigungsbestrahlung ungefähr 170 HV bis ungefähr 180 HV.
Das Metallblechmaterial 102 wird mittels einer (nicht dargestellten) Bewegungsvorrichtung relativ zu den Schleuderrädern 104 der Vorrichtung 100 längs der vertikalen Quermittelebene 106 der Vorrichtung 100 bewegt.
Dabei wird das Metallblechmaterial 102 vorzugsweise so an der Bewegungsvorrichtung befestigt, dass seine Längsrichtung 122 im Wesentlichen parallel zur Horizontalrichtung 118 und/oder seine Querrichtung 124 im Wesentlichen parallel zu der Vertikalrichtung 108 ausgerichtet ist.
Die Bewegung des Metallblechmaterials 102 mittels der Bewegungsvorrichtung erfolgt längs einer Bewegungsrichtung 126, welche beispielsweise im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.
Es wäre aber auch möglich, das Metallblechmaterial 102 relativ zu den Schleuderrädern 104 längs einer Bewegungsrichtung 126 zu bewegen, welche im Wesentlichen vertikal verläuft.
Die Vorschubgeschwindigkeit, mit welcher das Metallblechmaterial 102 relativ zu den Schleuderrädern 104 bewegt wird, beträgt beispielsweise ungefähr 1 m/min. - -
Wenn das Metallblechmaterial 102 zwischen den Schleuderrädern 104 hindurchbewegt wird, treffen die meisten der von den Schleuderrädern 104 ausgeworfenen Strahlgut-Teilchen innerhalb eines sogenannten Hotspots 128 des jeweiligen Verfestigungsstrahls 110 auf einer Vorderseite 132 oder auf einer der Vorderseite 132 gegenüberliegenden Rückseite 134 des Metallblechmaterials 102 auf dem Metallblechmaterial 102 auf.
Die auf die jeweilige Oberfläche des Metallblechmaterials 102 einwirkende Energie der auftreffenden Strahlgut-Teilchen führt zu einer plastischen Verformung des Metallblechmaterials 102 mit damit einhergehender Erhöhung der Versetzungsdichte im Metallgitter der oberflächennahen Schichten des Metallblechmaterials 102.
Diese Kaltverfestigung äußert sich außerdem in einem erhöhten Spannungszustand in Form der sogenannten Druckeigenspannung, die in dem Metallblechmaterial 102 vorhandene Zugspannungen kompensiert, äußeren Zugspannungen entgegenwirkt und damit die Dauerfestigkeit des Metallblechmaterials 102 erhöht sowie die Rissbildung und Rissausbreitung erschwert.
Unter einem Hotspot eines Schleuderrads 104 wird in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen die kleinste, in Bezug auf das jeweils zugeordnete Schleuderrad 104 ortsfeste Fläche im Bereich einer Oberfläche des Metallblechmaterials 102 verstanden, innerhalb welcher 90 Gewichtsprozent des von dem jeweiligen Schleuderrad 104 ausgeworfenen Strahlguts auf das Metallblechmaterial 102 auftrifft.
Jeder Hotspot 128 hat die Form eines rechteckigen Streifens, wobei die Breite des Streifens b, das heißt dessen Ausdehnung längs der Rotationsachse 112 des jeweiligen Schleuderrads 104 oder längs der Längsrichtung 122 des Metallblechmaterials 102, beispielsweise ungefähr 10 cm betragen kann, während dessen Höhe h, das heißt dessen Ausdehnung senkrecht zur Rotationsachse 112 und/oder parallel zur Querrichtung 124 des Metallblechmaterials - -
102, beispielsweise ungefähr 150 cm betragen kann (in den Fig. 1 bis 3 sind die Breite b und die Höhe h eines Hotspots 128 nicht maßstäblich im Verhältnis zu der Länge L und der Breite B des Metallblechmaterials 102 dargestellt).
Wie am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist, sind die übereinander angeordneten Schleuderräder 104a und 104c an der Vorderseite 132 des Metallblechmaterials 102 und die übereinander angeordneten Schleuderräder 104b und 104d an der Rückseite 134 des Metallblechmaterials 102 so angeordnet und ausgerichtet, dass die Hotspots 128a und 128c der Schleuderräder 104a und 104c in der Vertikalrichtung 108 die gesamte Breite B des Metallblechmaterials 102 überdecken und dass die Hotspots 128b und 128d der Schleuderräder 104b beziehungsweise 104d ebenfalls längs der Vertikalrichtung 108 im Wesentlichen die gesamte Breite B des Metallblechmaterials 102 überdecken.
Die Außenkonturen der Hotspots 128a und 128c sind in Fig . 3 durch die gebrochenen Linien 130a beziehungsweise 130c dargestellt.
Die Hotspots 128a und 128c von übereinander angeordneten Schleuderrädern 104a und 104c können einander überlappen; eine solche Überlappung ist aber nicht zwingend erforderlich.
Um eine möglichst homogene Kaltverfestigung des Metallblechmaterials 102 zu erzielen, ist es günstig, wenn der Überlappungsbereich der Hotspots 128a und 128c möglichst gering ist.
Andererseits ist es zur Vermeidung eines Verzuges des relativ dünnen Metallblechmaterials 102 während der Verfestigungsbestrahlung von Vorteil, wenn die Hotspots 128a und 128b der oberen Schleuderräder 104a und 104b einander möglichst stark überlappen und auch die Hotspots 128c und 128d der unteren Schleuderräder 104c und 104d einander möglichst stark überlappen, damit die Beaufschlagung der Vorderseite 132 und der Rückseite 134 des Metallblechmaterials 102 mit den Verfestigungsstrahlen 110 möglichst exakt beidseitig und gleichzeitig erfolgt. - -
Vorzugsweise beträgt der Überlappungsbereich der oberen Hotspots 128a und 128b mindestens 90% der Fläche des Hotspots 128a.
Ferner beträgt der Überlappungsbereich der unteren Hotspots 128c und 128d vorzugsweise mindestens 90% der Fläche des Hotspots 128c.
In Fig . 3 sind die Außenkonturen 130b und 130d der Hotspots 128b beziehungsweise 128d so eingezeichnet, dass sie mit den Außenkonturen 130a beziehungsweise 130c der Hotspots 128a beziehungsweise 128c zusammenfallen, wie es einer idealen Überlappung von 100% zwischen den Hotspots 128a, 128c an der Vorderseite 132 des Metallblechmaterials 102 mit den Hotspots 128b beziehungsweise 128d an der Rückseite 134 des Metallblechmaterials 102 entspricht.
Die Beaufschlagung der Vorderseite 132 und der Rückseite 134 des Metallblechmaterials 102 beginnt, sobald eine in der Bewegungsrichtung 126 vorne liegende erste Kante 136 des Metallblechmaterials 102 in den Bereich der Hotspots 128 eintritt und endet, wenn eine in der Bewegungsrichtung 126 des Metallblechmaterials 102 hinten liegende zweite Kante 138 des Metallblechmaterials 102 den Bereich der Hotspots 128 verlässt.
Bei einer Länge L des Metallblechmaterials 102 von beispielsweise 4.600 mm und einer Vorschubgeschwindigkeit von beispielsweise 1 m/min sowie einer Breite der Hotspots 128 von 10 cm beträgt die Behandlungszeit somit beispielsweise ungefähr 282 Sekunden.
Der Durchmesser jedes Schleuderrads 104 beträgt beispielsweise ungefähr 380 mm.
Jedes Schleuderrad 104 kann eine Turbine mit beispielsweise sechs Schaufeln aufweisen. - -
Jede Schaufel kann beispielsweise eine Schaufelbreite von 55 mm aufweisen.
Die Abwurfgeschwindigkeit, mit welcher die Strahlgut-Teilchen aus dem
Schleuderrad 104 ausgeworfen werden, kann beispielsweise ungefähr 88 m/s betragen.
Der Strahlgutdurchsatz pro Schleuderrad 104 kann beispielsweise ungefähr 200 kg/min betragen.
Die Antriebsleistung jedes Schleuderrads 104 kann beispielsweise ungefähr 11 kW betragen.
Als Strahlgut kann beispielsweise das Edelstahlstrahlmittel verwendet werden, welches unter der Bezeichnung "Chronital" von der Firma VULKAN INOX GmbH Abrasive Technology, Gottwaldstr. 21, 45525 Hattingen, Deutschland, vertrieben wird .
Es handelt sich hierbei um ein kugeliges Edelstahl-Strahlgut mit der folgenden chemischen Zusammensetzung : 18 Gewichtsprozent Cr; 10 Gewichtsprozent Ni; 1,8 Gewichtsprozent Si; 1,2 Gewichtsprozent Mn; 0,17 Gewichtsprozent C; Rest Fe.
Das Strahlgut weist eine austenitische Mikrostruktur auf.
Das Schüttgewicht des Strahlguts beträgt beispielsweise ungefähr 4,7 kg/dm3.
Die Oberflächenhärte des Strahlguts beträgt im Anlieferungszustand beispielsweise ungefähr 300 HV und im betriebsfertigen Gemisch beispielsweise ungefähr 450 HV. - -
Das betriebsfertige Gemisch zum Betrieb der Vorrichtung 100 zur
Verfestigungsbestrahlung ist beispielsweise wie folgt zusammengesetzt:
50 Gewichtsprozent von Teilchen mit einem Durchmesser von 0,85 mm;
28 Gewichtsprozent von Teilchen mit einem Durchmesser von 0,60 mm;
11 Gewichtsprozent von Teilchen mit einem Durchmesser von 0,425 mm; 8 Gewichtsprozent von Teilchen mit einem Durchmesser von 0,36 mm;
3 Gewichtsprozent von Teilchen mit einem Durchmesser von 0,212 mm.
Nach der Durchführung der Verfestigungsbestrahlung an dem Metallblechmaterial 102 mit der Werkstoffnummer 1.4301 und einer Materialstärke von 1,0 mm, einer Breite B von 1.500 mm und einer Länge L von 4.000 mm und mit den vorstehend genannten Verfahrensparametern (insbesondere einer Vorschubgeschwindigkeit von 1 m/min und einem Strahlgutdurchsatz von 200 kg/min an jedem Schleuderrad 104 sowie einer Rotationsgeschwindigkeit von 3.000 U/min) ergab eine Messung der Oberflächenhärte (Vickers-Härte- messung nach DIN EN ISO 6507-1) an 18 Punkten der Oberfläche des Metallblechmaterials 102 einen mittleren Wert der Oberflächenhärte von 334 HV und eine Schwankungsbreite der Oberflächenhärte von 233 HV bis 453 HV.
Das auf die vorstehend beschriebene Weise mittels der Vorrichtung 100 zur Verfestigungsbestrahlung oberflächengehärtete Metallblechmaterial 102 kann insbesondere zur Herstellung von Blechzuschnitten für Küchenarbeitsplatten oder zur Herstellung von Faltzuschnitten für gefaltete Spülbecken, insbesondere sogenannte "Null-Radius-Becken", verwendet werden .
Das verfestigungsbestrahlte Edelstahlblechmaterial weist eine grau-silbrige Farbe, ähnlich wie Beton oder Stein, und vorzugsweise keinen Gelbstich auf.
Die Oberfläche des verfestigungsbestrahlten Edelstahlblechmaterials wirkt matt und gebraucht.
Durch die Oberflächenhärtung ist das verfestigungsbestrahlte Edelstahlblechmaterial kratzunempfindlich. - -
Das verfestigungsbestrahlte Edelstahlblechmaterial kann mittels der üblichen Techniken, insbesondere Abkanttechnik, Schweißtechnik und Einschweißtech- nik, weiterverarbeitet werden .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Härten eines Metallblechmaterials (102), umfassend
Folgendes:
Beaufschlagen des Metallblechmaterials (102) mit mindestens einem Verfestigungsstrahl (110), wobei eine Vorderseite (132) des Metallblechmaterials (102) und/oder eine Rückseite (134) des Metallblechmaterials (102) mit jeweils mindestens einem Verfestigungsstrahl (110) beaufschlagt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl eine Vorderseite (132) als auch eine Rückseite (134) des Metallblechmaterials (102) mit jeweils mindestens einem Verfestigungsstrahl (110)
beaufschlagt werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite (132) und die Rückseite (134) des Metallblechmaterials (102) zumindest zeitweise gleichzeitig mit jeweils mindestens einem Verfestigungsstrahl (110) beaufschlagt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hotspot (128a, 128c) eines Verfestigungsstrahls (110a, 110c), welcher die Vorderseite (132) des Metallblechmaterials (102) beaufschlagt, und ein Hotspot (128b, 128d) eines Verfestigungsstrahls (110b, HOd), welcher die Rückseite (134) des Metallblechmaterials (102) beaufschlagt, sich zu mindestens 80% überlappen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblechmaterial (102) eine Materialstärke von höchstens ungefähr 3 mm aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblechmaterial (102) ein Edelstahlblechmaterial ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblechmaterial (102) vor dem Beaufschlagen mit dem mindestens einen Verfestigungsstrahl (110) eine mittlere Ausgangs- Oberflächenhärte von höchstens ungefähr 200 HV aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblechmaterial (102) nach dem Beaufschlagen mit dem mindestens einen Verfestigungsstrahl (110) eine mittlere End- Oberflächenhärte von mindestens ungefähr 300 HV aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verfestigungsstrahl (110) aus einem Strahlgut erzeugt wird, wobei mindestens 50 Gewichtsprozent des Strahlguts einen größten Teilchendurchmesser von mindestens 0,8 mm aufweisen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verfestigungsstrahl (110) aus einem Strahlgut erzeugt wird, wobei mindestens 50 Gewichtsprozent des Strahlguts einen größten Teilchendurchmesser von höchstens 1,0 mm aufweisen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblechmaterial (102) während der Beaufschlagung mit dem mindestens einen Verfestigungsstrahl (110) relativ zu dem
Verfestigungsstrahl (110) bewegt wird.
12. Metallblechmaterial, umfassend eine durch Verfestigungsbestrahlung oberflächengehärtete Vorderseite (132) und/oder eine durch Verfestigungsbestrahlung oberflächengehärtete Rückseite (134).
13. Metallblechmaterial nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblechmaterial (102) sowohl eine durch Verfestigungsbestrahlung oberflächengehärtete Vorderseite (132) als auch eine durch Verfestigungsbestrahlung oberflächengehärtete Rückseite (134) aufweist.
14. Metallblechmaterial nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Materialstärke des Metallblechmaterials höchstens ungefähr 3 mm beträgt.
15. Metallblechmaterial nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass das Metallblechmaterial (102) ein Edelstahlblechmaterial ist.
16. Verwendung eines Metallblechmaterials nach einem der Ansprüche 12 bis 15 zur Herstellung einer Küchenarbeitsplatte, einer Spüle oder eines Beckens.
17. Metallblechprodukt, insbesondere eine Küchenarbeitsplatte, eine Spüle oder ein Becken, umfassend ein Metallblechmaterial (102) nach einem der Ansprüche 12 bis 15.
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