EP3329022A1 - Karosserie- oder fahrwerkbauteil eines kraftfahrzeuges mit verbesserter crashperformance sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Karosserie- oder fahrwerkbauteil eines kraftfahrzeuges mit verbesserter crashperformance sowie verfahren zu dessen herstellung

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EP3329022A1
EP3329022A1 EP16735810.0A EP16735810A EP3329022A1 EP 3329022 A1 EP3329022 A1 EP 3329022A1 EP 16735810 A EP16735810 A EP 16735810A EP 3329022 A1 EP3329022 A1 EP 3329022A1
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EP
European Patent Office
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chassis component
layer
surface portion
sheet metal
percent
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16735810.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Frehn
Georg Frost
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Benteler Automobiltechnik GmbH
Original Assignee
Benteler Automobiltechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Benteler Automobiltechnik GmbH filed Critical Benteler Automobiltechnik GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C21D2251/00—Treating composite or clad material
    • C21D2251/02—Clad material

Definitions

  • the invention relates to a body or chassis component for a motor vehicle with improved crash performance and to a method for producing a body or chassis component with improved crash performance and corrosion protection.
  • crash-sensitive components are used for the body, which give the vehicle stability and rigidity and absorb crash energy in the event of an accident and provide the occupants with a survival space.
  • more components are used in the chassis of a motor vehicle, which in addition to stiffness and dynamic load especially high demands on a defined deformability but also to the economy.
  • One common method is the so-called thermoforming and press hardening of temperable steel grades with the steps of heating for austenitizing, hot working and quench hardening in a press mold. It is customary to provide as a temporary corrosion protection and anti-scaling during heating an aluminum-silicon coating on a heat-treatable steel sheet.
  • the object of the present invention is accordingly to propose improved bodywork or chassis components for a motor vehicle and their production methods in the crash properties, which nevertheless are inexpensive to manufacture, process and light.
  • the object is solved by the method by the features of claim 17.
  • the dependent claims 18 to 21 represent advantageous developments of the method. It is proposed a body or chassis component for a motor vehicle with improved crash performance comprising at least one surface portion of a multi-layer, in particular three-layer sheet metal composite with a central position and two outwardly limiting the center layer outer layers. According to the outer layers are connected flat and cohesively with the central layer.
  • Characteristic is that the outer layers of a stainless steel alloy with a microstructure selected from the group of ferritic, austenitic or martensitic microstructure and the middle layer of a heat treatable, especially hardened steel alloy, and the bodywork or chassis component a bending angle greater than 80 degrees (° ), determined in the platelet bending test according to VDA 238-100: 2010, at a yield strength Rp0.2 of greater than 900 MPa.
  • This allows a maximum of corrosion protection throughout the life of the vehicle, even under rough handling and operating conditions.
  • the softer outer layer which is firmly connected to the harder middle layer, causes the tendency for the crack to drop significantly during an intended load in the event of a crash, but also already during a joining or cold-forming operation following the component component.
  • connection between the outer layers and the middle layer takes place in a planar manner through a material bond such that there are essentially no inclusions or contaminants between the layers, wherein in particular a metallurgical connection is formed.
  • the individual layers are preferably bonded to one another in a material-bonded and metallurgical manner over the entire surface.
  • the starting material used for the invention can be produced, for example, by hot rolling three previously mechanically and / or materially prefixed connected slabs, or a multi-stage cast slab, or an order-welded slab.
  • the advantage of the ferric stainless steel alloy in combination with a hardenable, ferritic-pearlitic steel alloy of the middle layer is that the composition of the outer layer during the heat treatment with the middle layer forms a particularly homogeneous and durable cohesive connection. Even during structural transformation of the middle layer during thermoforming and press hardening, there is no danger of cracks, spalling or the like of the outer layer.
  • the heat treatable steel alloy of the middle layer ensures maximum tensile strength. Furthermore, reference should be made to the content of EN 10088-1 for further usable ferritic stainless steel alloys, with chromium contents of between 10.5% and 30% depending on the variety. To ensure weldability, stabilization additives of less than 0.5% of titanium, niobium or zirconium and limited to 0, 16% carbon content.
  • the bending angle of the body or chassis component is greater than 95 ° and the yield strength Rp0.2 greater 950 megapascals (MPa).
  • the bending angle is greater than 90 °, in particular greater than 100 °, preferably greater than 1 10 °.
  • the body or chassis component has a product of bending angle and yield strength Rp0.2 between 90,000 ° MPa (Megapascal degrees) and 180,000 ° MPa, resulting in an optimal performance for the case of a crash without special measures of the process control during or after thermoforming, without danger of cracks or even a component failure.
  • the middle layer of the surface section preferably has an ultra-high-strength microstructure, with at least 80 percent martensite.
  • the tensile strength Rm within the area section with a three-layer composite is greater than 1300 megapascals (MPa).
  • the middle layer of a surface portion has a structure selected from a group of tempered martensite with a share of at least 80 percent or a mixed structure with at least 70 percent levels of ferrite and perlite and residual martensite, retained austenite and / or bainite.
  • the percentages of the structural components relate to metallographically easily ascertainable area proportions.
  • the surface portion with the three-layer composite sheet on a total thickness and one of the outer layers has a thickness, wherein the thickness of one of the outer layers at least 3 percent and at most 15 percent, preferably 4 percent to 10 percent of the total thickness of this surface section corresponds.
  • total thickness is to be understood the sum of the thicknesses of the two outer layers and the middle layer in the respective surface sections.
  • the total thickness is preferably between 1 and 10 millimeters (mm), in particular between 1, 7 and 3.5 mm.
  • a thicker outer layer hardly brings any advantages under anticorrosive aspects, but significantly reduces the overall strength of the surface section.
  • the opposing outer layers preferably have the same thickness. But it is also possible that different thickness outer layers are formed in at least one surface portion, if this is necessary to be particularly well adapted to different crash or corrosion requirements on the inside and outside, for example, in a hollow body or chassis component.
  • a heat treatable steel alloy is particularly suitable a manganese-boron steel such as 16MnB5, but preferably 22MnB5 or alternatively 36MnB5.
  • recoverable steel alloys having a carbon content greater than or equal to 0.27% by weight may be used, for example MBW 1900. These would be too brittle for direct thermoforming and press hardening. Due to the outer layers, their processing by means of thermoforming and press hardening is also possible in a direct thermoforming process, thus without cold deformation.
  • Figure 1 shows the mechanical characteristics of tensile strength Rm, yield strength Rp0.2, elongation at break A30 and Figure 2 the bending angle of a body component according to the invention with a center of steel grade 22MnB5 and two outer layers of thickness of 5 percent of the total thickness of a ferritic stainless steel alloy.
  • the ferritic steel alloy used was X10CrAISi18.
  • Figures 3 and 4 show the results for a steel component of the trade name Usibor with double-sided aluminum-silicon coating according to the prior art. All components had a thickness of 2 millimeters.
  • the body or chassis component on a second surface portion of a three-layer sheet metal composite has a first middle layer of ultra-high-strength structure with at least 80 percent martensite, while the second surface portion has a second middle layer with a structure selected from a group of tempered martensite with a share of at least 80 percent or mixed structure with at least 70 percent Proportions of ferrite and perlite and residual amounts of martensite and / or retained austenite and / or bainite.
  • components can be produced with softer and more ductile surface sections.
  • the second surface portion is a three-layer sheet metal composite, and the first center layer and the second center layer each have a thickness, and the thickness of the first center layer is different from the thickness of the second center layer.
  • a particularly thick surface section can thus be arranged in zones of highest stress and load capacity or where a material reinforcement in the middle of a thinner surface section is required for joining, for example by means of rivet or screw.
  • the first surface portion may have an overall thickness which differs from the total thickness of the second or further surface portions by at least 10 percent, in particular between 20 and 100 percent.
  • the bodywork or chassis component has a second surface section or further surface sections made of a ferritic or martensitic or austenitic, stainless steel alloy.
  • the surface sections of the bodywork or chassis component can be butt welded to each other.
  • the bodywork or chassis component has a second surface portion of a ferritic steel alloy, in particular, the surface portions are in turn butt welded together.
  • the second surface portion or further surface portion may be selected from a low-alloy steel alloy or a multi-phase steel alloy, or a steel alloy having TWIP and / or TRIP properties.
  • a low-alloy steel alloy or a multi-phase steel alloy or a steel alloy having TWIP and / or TRIP properties.
  • the method for producing the chassis or body component of the second surface portion can be heated only to a temperature lower than the AC1 temperature to prevent scaling.
  • the body or chassis component on an edge, wherein the edge is embraced in an end face in the surface portion with three-layer composite sheet at least partially from the outer layer, such that the end face of the central layer is shielded from the environment by the outer layer.
  • the corrosion resistance is further improved.
  • Body or chassis components of a motor vehicle are particularly from the group door pillar, especially in the form of an A-pillar or center pillar, roof frame, sill, bumper cross member, side member, floor cross member and wishbone, trailing arm, wishbone, stabilizer, twist beam axles, axle, crash box , Door impact beams, tunnels selected for example transmission tunnel.
  • the use as a battery case for a traction battery of an electric or hybrid vehicle is possible.
  • the second surface section or another surface section with low tensile strength is arranged in each case in the edge.
  • the edge is ductile in this case and serves for the easier connectivity of connection components, strike plates, local reinforcements or other mechanical processing steps.
  • the procedural part of the invention is achieved by a method for producing a body or chassis component as described above, with the steps: Provision of a sheet-metal blank comprising at least one surface section of a three-layer sheet metal composite with a middle layer of a heat-treatable steel alloy and one outer layer each bounding the middle layer,
  • the heating is carried out within 30 seconds, preferably within 20 seconds, in particular within 10 seconds, which allows a space-saving, low-heat austenitization.
  • the heating is performed in cycles sequentially with the hot forming or the press cycle of a hot forming line.
  • the heating may comprise at least one holding phase. It can be heated without a protective gas atmosphere, since the outer layers have no tendency to mist.
  • a component trimming or a separation in particular a punching of the component after the hot forming and press hardening, is carried out only on the hardened component. This can then be done by a combined rolling and cutting or pressure cutting, in particular in one of the press tool stage subsequent tool stage of the press, but also outside in a separate operation. In this case, a part of the outer layer is displaced in the edge region in the front side of the separation area or hole edge and at the same time a slug or Verismerand is separated.
  • the outer layer of stainless steel alloy protects the central layer against environmental influences, in particular against entry of process-related molecular hydrogen during heating, and prevents the risk of embrittlement of the component caused by introduction of hydrogen.
  • the stainless steel outer layers are not crack-sensitive, unlike coated components. It is therefore very possible to cut these after press hardening in the cold and hard state.
  • the lower layer has no significant fraction fraction.
  • the cut edges are essentially free of grades due to the increased ductility of the outer layers.
  • the trimming can also be carried out in a separate cutting tool. In particular, the trimming is carried out completely. This means on final contour.
  • a crack-free surface is provided.
  • the cutting edge is provided largely free of cracks. They are preferred no cracks or microcracks larger than 10 m are present on the surfaces. A laser cut or complex hot cut can thus be omitted.
  • FIG. 1 a and b two application examples for body and chassis components according to the invention
  • Figure 2 shows a first embodiment of a three-layer sheet metal composite for a surface portion of the body or chassis component according to the invention
  • Figure 3 shows a body component according to the invention in modified
  • Figure 4 shows a second embodiment of a three-layer sheet metal composite for a surface portion of the body or chassis component according to the invention
  • FIG. 5 shows a third embodiment of a three-layer sheet-metal composite for a surface section of the body or chassis component according to the invention
  • FIG. 7 shows a fourth embodiment of a three-layer sheet-metal composite for a surface section of the body or chassis component according to the invention
  • FIG. 8 shows a fifth embodiment of a three-layered sheet metal composite for a surface section of the body or chassis component according to the invention
  • FIG. 9 shows a sixth embodiment of a three-layer sheet-metal composite for a surface section of the body or chassis component according to the invention
  • FIG. 10 shows a body or chassis component according to the invention in a marginal detail
  • Figure 1 1 a) a first process sequence for carrying out the production process according to the invention
  • FIG. 12 shows an alternative method sequence for carrying out the production method according to the invention
  • FIG. 14 a) and b) result images of a corrosion test for a) according to the invention
  • FIG. 1 shows two advantageous application examples for a body and chassis component 1 according to the invention, in each case in a plan view and cross-sectional representations.
  • Figure 1 a shows a center column 20 for the side structure of a motor vehicle, which is used between sill and roof frame and especially the Overall stability of the vehicle body and the Kollisionsenergyabbau and intrusion protection during a side impact serves.
  • FIG. 1 b illustrates a transverse link 30 of a wheel suspension of a motor vehicle chassis.
  • Both examples are body or chassis components 1 made of sheet metal, which were formed three-dimensionally by means of compression molding.
  • Both the center column 20 and the wishbone 30 comprise at least one surface portion 2 of a three-layer sheet metal composite 10 with, as Figure 2 shows in more detail, a central position 1 1 and two the center layer 1 1 outwardly bounding outer layers 12, 13, wherein the outer layers 12, 13 of a stainless, in particular ferritic steel alloy and the middle layer 1 1 consist of a heat-treatable steel alloy.
  • the tensile strength Rm within the area section 2 with a three-layered sheet metal composite 10 is more than 1300 MPa.
  • section B and C is indicated in each case a section, which is shown enlarged in the figure 2 and describes the structure of the three-layer sheet metal composite 10 in more detail.
  • Figure 2 shows a first embodiment of the three-layer sheet metal composite 10 for a surface portion 2 of the body or chassis component 1 according to the invention in sections in cross section.
  • a central position 1 1 of the surface portion 2 is bounded at its top in the image plane top 7 by an outer layer 12, and limited at its bottom in the center below 8 limited by a further outer layer 13.
  • the composite sheet 10 has a total thickness D2 and a thickness of the central layer Dm and a thickness Da of the outer layer 12.
  • the outer layers 12, 13 are both the same thickness here.
  • FIG. 3 shows a body component 1 according to the invention in the form of the center pillar according to FIG. 1 in a modified embodiment.
  • the center pillar 20 ' is formed of a first surface portion 2 with a three-layered Sheet metal composite 10 in an upper portion 21 of the center column 20 'and from a second surface portion 3 with a three-layer sheet metal composite 15 in a second portion 22 of the center column.
  • the second portion 22 of the center pillar 20 ' extends approximately to just below a door lock connection for a vehicle door (not shown).
  • a weld 40 is formed, wherein both surface portions 2, 3 are joined butting against each other, in particular in front of a three-dimensional molding to the body component 1.
  • section BB at the level of the weld 40 is indicated the section of Sheet metal composite 10, 5, which is considered in more detail in Figures 4 and 5.
  • FIG. 4 shows the construction of the sheet-metal composite according to FIG. 3, which has a central layer 16 of a low-alloy steel alloy and outer layers 17, 18 of a ferritic stainless steel alloy in the second surface section 3. About the weld both surface sections 2, 3 are connected together.
  • the outer layers 12, 13 of the first surface portion 2 correspond to the outer layers 17, 18 of the second surface portion 3 as in the case of the sheet metal composite according to Figure 2 here is a metallurgical connection between the central layer 1 1 and the outer layers 12, 13.
  • the outer layers 17 and 18 metallurgically and permanently firmly connected to the central layer 16.
  • This sheet metal composite has a uniform total thickness D2.
  • the second surface section 3 has a single homogeneous layer of a ferritic stainless steel alloy.
  • the outer layers 12, 13 of the first surface portion 2 correspond in terms of the material of the steel alloy of the second surface portion 3.
  • the two surface sections 2, 3rd are already welded together before shaping the bodywork or chassis component 1 and then together deformable.
  • the second surface portion 3 is arranged in the vehicle in the so-called dry area, thus outside of corrosion prone areas.
  • the second surface section 3 with Stainless, ferritic steel alloy is preferably heated below 700 ° C during heating of the sheet metal plate, so that a scale formation does not occur in this section.
  • another body or chassis component in addition to a B-pillar, can have, in addition to a three-layer sheet metal composite in a first surface section, a ductile, particularly corrosion-stressed second surface section made of a stainless steel alloy.
  • FIG. 6a shows a body component 1 according to the invention in the form of the center pillar according to FIGS. 1 and 3 in a modified embodiment.
  • the center pillar 20 "is formed from a first surface portion 2 with a three-layer sheet metal composite 10 in an upper portion 21 of the center column 20" and from a second surface portion 3 with a three-layer sheet metal composite 15 in a second portion 22 of the center column.
  • the second subregion 22 of the center pillar 20 "extends approximately to just below a door lock connection for a vehicle door (not shown) .
  • a transition region 41 is formed between the first surface section and the second surface section 3, wherein both surface sections 2, 3 in the individual layers each have the same material are formed in one piece or are welded analogously to the embodiment according to Figures 3 and 4. In the latter case, the transition region 41 of the weld can correspond in terms of their location.
  • the second surface portion 3 has in its central position 16, shown in Figure 7 to 9, a higher ductility and lower tensile strength than in the first surface portion 2, which counteracts a delayed cracking and associated problems in a side impact and a targeted deformation, in the case of Center column 20 "in a safe for the occupants area of the vehicle seat allowed.
  • FIG. 6b shows a center pillar 20 '' with a second surface section 3 which, in addition to the second section 22, also extends to a part of the edges 42 of the first, in the image plane upper portion of the center pillar 20 ''.
  • the center pillar 20 "' has a plurality of attachment points 43 for attachment to a vehicle sill Surface portion 3 in the second portion 22 extends a further surface portion 4, which in turn has a higher strength and less ductility compared to the second surface portion 3.
  • a further transition region 41 is formed between the two surface portions 2, 3, a further transition region 41 is formed.
  • section B-B the section is indicated, which is considered in more detail in Figures 7 and 9.
  • the first surface portion 2 has the central position 1 1, which is bounded by two outer layers 12 and 13 up and down.
  • the first surface portion 2 has a first center layer 1 1 of ultra high-strength structure with at least 80 percent martensite, which was adjusted by thermoforming and press hardening a heat treatable steel alloy, the tensile strength within the first surface portion with three-layer composite sheet is greater than 1300 MPa.
  • the body or chassis component 1 in the form of the center column 20 "or 20" ' has a second surface portion 3 of a three-layer sheet metal composite 15, wherein the second surface portion has a second center layer 16 with a structure selected from a group of tempered martensite a proportion of at least 80 percent or mixed structure with at least 70 percent shares of ferrite and perlite and residual amounts of martensite and / or retained austenite and / or bainite.
  • the surface sections 2, 3 correspond to each other in the individual layers, wherein the outer layers 12, 13, 17, 18 each consist of a ferritic stainless steel alloy.
  • a transition region 41 in the middle position between the first and the second center layer has a width B1 which is between 10 mm and 150 mm, but preferably below 50 mm, since there is a mechanically difficult to determine and inhomogeneous state in the transition region 41.
  • FIG. 8 shows a layer structure of an alternative embodiment of the invention. As before, this is a section to illustrate the relevant component properties in cross section.
  • a first surface portion 2 has the central position 1 1, which is bounded by two outer layers 12 and 13 up and down.
  • the first surface portion 2 has a first middle layer of ultra-high-strength structure with at least 80 percent martensite, wherein the tensile strength within the first surface portion 2 with three-layer sheet metal composite 10 is greater than 1300 MPa.
  • the body or chassis component 1 has a second surface section 3 made of the same material of the same three-layer sheet metal composite 15, the second surface section 3 having a second center layer 16 with approximately the same metallic microstructure.
  • the surface portions correspond to each other in the individual layers, wherein the outer layers 12, 13, 17, 18 each consist of a ferritic stainless steel alloy. It is also possible that the thickness jump is formed only on one side, for example on the top, the opposite bottom, however, is flat. This facilitates a later hot working, since a better tool contact is made. It also results in a flat welding level.
  • a transition region 44 between the first and the second surface portion 2, 3 has a width B2 which is between 50 millimeters (mm) and 250 mm, but preferably below 200 mm, since the coupling is difficult with other components in uneven sections. It can be seen that the total thickness D3 of the sheet metal composite 15 in the second surface portion 3 is greater than the total thickness D2 of the sheet metal composite 10 in the first surface portion 2, wherein the ratios of the thickness of the layers to each other within a composite sheet do not change.
  • the bodywork or chassis component 1 comprises further surface sections, which adjoin the second surface section and allow a further increase in the total thickness and thus a strengthening of the load-compatible construction.
  • the different thickness is preferably already present in the three-dimensional component geometry before the press forming.
  • FIG. 9 shows an alternative embodiment and a combination of the embodiments of FIGS. 7 and 8.
  • a first surface section 2 of total thickness D2 from a middle layer 11 and two outer layers 12 and 13 passes over a transition region 44 of width B2 into a second surface section 3 of the total thickness D3, wherein the second surface portion 3 in turn has a central layer 16 with a thickness Dm3 and two outer layers 17 and 18, and the central layer 16 has an ultra-high-strength structure with at least 80 percent martensite.
  • the middle layer 1 1 of the first surface section 2 has a ductile structure selected from a group of tempered martensite with a share of at least 80 percent and a mixed structure with at least 70 percent shares of ferrite and perlite and residual amounts of martensite and / or retained austenite and / or bainite.
  • transition region 41 of the width B1 which is formed only over part of the width B2 of the transition region 44.
  • the transition region 41 which is undefined in terms of its mechanical properties and its microstructure composition, is accordingly smaller than the transition region 44 characterized by its thickness discontinuity.
  • the result is a body or chassis component 1 with a very good load-bearing design potential with regard to a targeted deformation process, energy absorption capability and good coupling by welding, gluing , Rivets and / or screws to the vehicle body or other attachments.
  • FIG. 10 shows a detail of the cross-section of a body or chassis component 1 according to the invention with a three-layered sheet metal composite 10 with a rim 42.
  • the edge 42 is at least partially encompassed by an outer layer 12 in its face 9 in the surface section 2 with dreilagigem sheet metal composite 10, such that the end face 9 of the central layer 1 1 of the edge 42 from the environment U by the outer layer 12 and the outer layer 13 shielded is.
  • the outer layers limit as in the preceding embodiments, the central layer 1 1 on top in the image plane top 7 and on the underside located in the middle bottom 8.
  • 1 a shows a press 50 for carrying out the procedural part of the invention for the production of body or chassis components 1.
  • one or more sheet metal blanks 5 are provided, which comprise at least one surface section of a three-layer sheet metal composite with a middle layer of a heat-treatable steel alloy and two the central layer outwardly bound outer layers include.
  • the heating of the sheet metal composite takes place at least in sections on Austenitmaschinestemperatur in the press 50 by contact heating 51 by at least one heatable contact plate 56.
  • the contact plate 56 touched during the heating of the outer layers of the metal laminate of the sheet metal blank, wherein at least a surface portion of the sheet metal plate heated in the shortest time austenitizing becomes.
  • a transfer of the hot metal sheet takes place in an at least partially cooled mold 52 and the hot forming of the metal sheet 5 is carried out therein.
  • the sheet metal plate 5 is also already cooled slightly. If a previously homogeneously austenitized sheet metal blank 5 is formed in a partially heated die 52, a reduced cooling rate can optionally be effected in a second area section, so that the critical cooling rate for martensitic transformation of the structure in this second area section is excluded.
  • a trimming and perforation of the shaped but still uncured component can also take place.
  • Decisive advantage of the method according to the invention is that scaling or oxidation during heating and hot forming are excluded by the outer layers of ferritic or austenitic or martensitic stainless steel alloy and so a complex coating, final cleaning of the surface, surface defects and a Schutzgasumhausung the press or contact heating is avoided.
  • FIG. 12 shows a press 50 "for an alternative implementation of the procedural part of the invention for the production of body or chassis components 1.
  • one or more sheet metal blanks 5 are provided which comprise at least a first surface section of a three-day sheet metal composite with a middle layer of a heat-treatable steel alloy.
  • the heating of the sheet metal composite takes place in sections at Austenitmaschinestemperatur in the press 50 "by contact heating 51 between at least one heatable contact plate 56.
  • the two contact plates 56 shown here touches during heating the outer layers of the sheet metal composite of the sheet metal blank (not shown), wherein one or all surface portions of the sheet metal blank are heated in a very short time.
  • a transfer of the so-heated sheet metal plate takes place in a tempering 55, so that either the homogeneously heated metal sheet 5 is cooled down from an austenitizing temperature in a second surface portion to less than 700 ° C, or a surface portion is from less than 700 ° C to at least Austenitmaschinestemperatur heated.
  • the tempering stage may in turn have contact plates for heating and / or cooling, which are set by burners, inductors or resistance heating to the required temperature.
  • the sections of differently tempered sheet metal blank is introduced into a cooled die mold stage 52 and hot-forming the sheet metal blank is performed therein.
  • the sheet metal plate 5 is also already cooled slightly.
  • FIG. 13 a shows a further embodiment of the invention in the form of a cross-sectionally round body component 1 made of a sheet-metal plate or a sheet-metal strip in a plan view.
  • This is an A-pillar 25 with a curved in the image plane lower portion 22 and a straight wider in cross section upper portion 21st FIGS. 13b) to 13d) show various cross-sectional geometries that can be used for the A-pillar of FIG. 13a).
  • a weld 23 closes the formed as a hollow profile member 1 in a rim 42, 42 ', which extends in the axial direction of the component 1.
  • the component 1 has two edges 42 ', which contact each other in parallel and are coupled in a material-locking manner by the weld seam 23.
  • the edge represents a two-walled flange.
  • a rim 42 with its end face 9 is designed to make contact with a side face of a second edge 42 'and is joined in a material-bonded manner to a weld seam 23.
  • the edge 42 ' represents a single-walled flange.
  • FIG. 13d shows the result of a corrosion test after 48 hours in Salzsprüriolum bathuch for a press-hardened steel sheet made of Usibor material. A corrosion progress can be recognized over the surface of the component and in the edges.
  • Figure 14b shows the result of a corrosion test after 1000 hours for press-hardened steel sheet according to the invention. You can see a strong corrosion progress only in the edges.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen Flächenabschnitt (2, 3) aus einem dreilagigen Blechverbund (10) mit einer Mittellage (11) und zwei die Mittellage (11) nach außen begrenzenden Außenlagen (12, 13), welche mit der Mittellage flächig und stoffschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenlagen (12, 1) aus einer nichtrostenden Stahllegierung mit einem Gefüge ausgewählt aus der Gruppe aus ferritischem, austenitischem oder martensitischem Gefüge und die Mittellage (11) aus einer vergütbaren Stahllegierung bestehen, und das Karosserieoder Fahrwerkbauteil einen Biegewinkel größer 80°, ermittelt im Plättchen-Biegeversuch nach VDA 238-100, bei einer Dehngrenze Rp0,2 von größer 900 MPa, aufweist.

Description

Karosserie- oder Fahrwerkbauteil eines Kraftfahrzeuges mit verbesserter Crashperformance sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Karosserie- oder Fahrwerkbauteil für ein Kraftfahrzeug mit verbesserter Crashperformance sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Karosserie- oder Fahrwerkbauteil mit verbesserter Crashperformance und Korrosionsschutz.
In der Fahrzeugindustrie werden für die Karosserie crashrelevante Bauteile eingesetzt, die dem Fahrzeug Stabilität und Steifigkeit verleihen und im Falle eines Unfalls Crashenergie Aufnehmen und den Insassen einen Überlebensraum sichern. Ebenso werden im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vermehrt Bauteile eingesetzt, die neben Steifigkeit und dynamischer Belastbarkeit insbesondere hohe Anforderungen an eine definierte Verformbarkeit aber auch an die Wirtschaftlichkeit stellen. Ein gebräuchliches Verfahren dazu ist das so genannte Warmformen und Presshärten von vergütbaren Stahlsorten mit den Schritten Erwärmung zur Austenitisierung, Warmumformen und Abschreckhärten in einem Pressformwerkzeug. Dabei ist es üblich, als temporären Korrosionsschutz und Verzunderungsschutz während der Erwärmung eine Aluminium-Silizium- Beschichtung auf einem vergütbaren Stahlblech vorzusehen. Dieses Material der Firma ArcelorMittal ist unter dem Handelsnamen Usibor für das Warmumformen bekannt und weit verbreitet. Die WO 2009 090 555 A1 beschreibt dazu das entsprechende Material und den Beschichtungsaufbau vor und nach einer Warmumformung und Presshärtung. Dabei wird auch auf die Erwärmungsstrategie zur wirtschaftlichen Herstellung von Karosseriebauteilen eingegangen. Nachteilig bei beschichteten Warmformstählen ist, mehr noch als bei unbeschichteten Warmformstählen, eine erhöhte Rissneigung ausgehend von der Oberfläche des Bauteils im pressgehärteten Zustand, was sich während eines Crashs in einem Bauteilversagen bemerkbar machen kann. Grund dafür ist die beim Crash auf das pressgehärtete Bauteil einwirkende Kaltverformung, durch welche an der harten und spröden Oberfläche, insbesondere der mit Eisenatomen legierten Aluminiumbeschichtung häufig schon vorhandene Mikrorisse wachsen. Dieselben Probleme treten noch stärker auch bei zinklegierungsbeschichteten Stählen für das Warmformen auf.
Davon ausgehend ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, entsprechend in den Crasheigenschaften verbesserte Karosserie- oder Fahrwerkbauteil für ein Kraftfahrzeug und deren Herstellverfahren vorzuschlagen, die dennoch kostengünstig herstell- und verarbeitbar sowie leicht sind.
Diese Aufgabe wird gegenständlich gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Davon abhängige Ansprüche 2 bis 16 bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Verfahrensmäßig gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 17. Die Unteransprüche 18 bis 21 stellen vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens dar. Es wird ein Karosserie- oder Fahrwerkbauteil für ein Kraftfahrzeug mit verbesserter Crashperformance vorgeschlagen, umfassend wenigstens einen Flächenabschnitt aus einem mehrlagigen, insbesondere dreilagigen Blechverbund mit einer Mittellage und zwei die Mittellage nach außen begrenzenden Außenlagen. Erfindungsgemäß sind die Außenlagen mit der Mittellage flächig und stoffschlüssig verbunden. Kennzeichen dabei ist, dass die Außenlagen aus einer nichtrostenden Stahllegierung mit einem Gefüge ausgewählt aus der Gruppe aus ferritischem, austenitischem oder martensitischem Gefüge und die Mittellage aus einer vergütbaren, insbesondere gehärteten Stahllegierung bestehen, und das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil einen Biegewinkel größer 80 Grad (°), ermittelt im Plättchen-Biegeversuch nach VDA 238- 100:2010, bei einer Dehngrenze Rp0,2 von größer 900 MPa, aufweist. Dies erlaubt ein Höchstmaß an Korrosionsschutz während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs, auch unter Berücksichtigung rauer Verarbeitungs- und Betriebsbedingungen. Weiterhin bewirkt die fest mit der härteren Mittellage verbundene und weichere Außenlage, dass die Rissneigung während einer bestimmungsgemäßen Belastung beim Crash, aber auch bereits während eines Füge- oder Kaltformvorgangs im Anschluss an die Bauteilfomgebung signifikant sinkt. Die Verbindung von Außenlagen und Mittellage erfolgt erfindungsgemäß flächig durch einen Stoffschluss derart, dass im Wesentlichen keine Einschlüsse oder Verunreinigungen zwischen den Lagen vorhanden sind, wobei Insbesondere eine metallurgische Verbindung ausgebildet ist. Die einzelnen Lagen sind erfindungsgemäß bevorzugt vollflächig miteinander stoffschlüssig und metallurgisch verbunden. Das für die Erfindung verwendete Ausgangsmaterial kann dabei beispielsweise durch Warmwalzen dreier vorher mechanisch und/oder stoffschlüssig vorfixierter verbundener Brammen, oder einer mehrstufig gegossenen Bramme, oder einer auftraggeschweißten Bramme erzeugt werden.
Als ferritisch nichtrostende Stahllegierung hat sich besonders vorteilhaft die Verwendung einer Legierung erwiesen, die neben erzschmelzenbedingten Verunreinigungen und Eisen folgende Legierungsbestanteile in Gewichtsprozent umfasst: Kohlenstoff (C): 0,08 % bis 0,16 %
Silizium (Si): 0,5 % bis 1 ,8 %
Mangan (Mn): 0,8 % bis 1 ,4 %
Chrom (Cr): 13,0 % bis 22,0 %
Aluminium (AI): 0,5 % bis 1 ,5 %
Phosphor (P): maximal 0,06 %
Schwefel (S): maximal 0,02 %.
Vorteil der ferrisch rostfreien Stahllegierung ist in Verbindung mit einer härtbaren, ferritisch-perlitischen Stahllegierung der Mittelage, dass die Zusammensetzung der Außenlage während der Wärmebehandlung mit der Mittellage eine besonders homogene und haltbare stoffschlüssige Verbindung eingeht. Auch während der Gefügeumwandlung der Mittellage beim Warmformen und Presshärten besteht keine Gefahr von Rissen, Abplatzungen oder dergleichen der Außenlage.
Während Chrom die Hitzebeständigkeit und damit eine zunderfreie Oberfläche bei der Erwärmung und Warmumformung sicherstellt, sorgt die vergütbare Stahllegierung der Mittellage für ein Höchstmaß an Zugfestigkeit. Weiterhin sei hiermit bezüglich weiterer verwendbarer ferritisch nichtrostender Stahllegierungen auf den Inhalt der EN 10088-1 referenziert, mit Chromgehalten je nach Sorte zwischen 10,5 bis 30 %. Zur Gewährleistung der Schweißbarkeit dienen Stabilisierungszusätze von weniger als 0,5% von Titan, Niob oder Zirkon sowie der auf 0, 16 % begrenzte Kohlenstoffgehalt.
Bezüglich verwendbarer austenitischer nichtrostender Stahllegierungen sei hiermit auf die Sorten EN 1.4310 und EN 1.4318 referenziert. Die Duktilität und Bruchdehnung nichtrostender, austenitischer Stähle ist sowohl im Tieftemperaturbereich als auch bei der Warmumformung sehr hoch. Die Sprödbruchneigung ist äußerst gering. Während der Kaltumformung und einem Crash erhöht sich seine Festigkeit durch Umwandlung metastabiler austenitischer Phasen in Martensit.
Bezüglich martensitischer nichtrostender Stahllegierungen sei beispielhaft auf die gut schweißbaren Sorten EN 1.4313 und EN 1 .4418 sowie supermartensitische Stähle der Sorte EN 1.4415 referenziert. Letztere sind gleichzeitig hochfest, sehr zäh und weisen neben erzschmelzungsbedingten Verunreinigungen und Eisen eine chemische Zusammensetzung ausgedrückt in Gewichtsprozent auf, umfassend:
Kohlenstoff (C) max. 0,03%
Chrom (Cr) -13%
Nickel (Ni) 2-6%
Molybdän (Mo) max. 3%
Stickstoff (N) >0,005%.
Bevorzugt beträgt der Biegewinkel des Karosserie- oder Fahrwerkbauteils größer 95° und die Dehngrenze Rp0,2 größer 950 Megapascal (MPa).
Besonders bevorzugt ist der Biegewinkel größer 90°, insbesondere größer 100°, bevorzugt größer 1 10°. Insbesondere weist das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil ein Produkt aus Biegewinkel und Dehngrenze Rp0,2 zwischen 90.000 °MPa (Grad Megapascal) und 180.000 °MPa auf, wodurch sich ohne spezielle Maßnahmen der Prozessführung beim oder nach dem Warmformen ein für den Crashfall optimales Bauteilverhalten einstellt, ohne Gefahr von Rissen oder gar einem Bauteilversagen.
Um das Leichtbaupotential der vergütbaren Stahllegierung maximal auszunutzen, weist erfindungsgemäß bevorzugt die Mittellage des Flächenabschnittes ein ultra hochfestes Gefüge, mit mindestens 80 Prozent Martensit auf. Dabei beträgt die Zugfestigkeit Rm innerhalb des Flächenabschnitts mit dreilagigem Blechverbund größer als 1300 Megapascal (MPa).
Es ist weiterhin möglich, dass die Mittellage eines Flächenabschnitts ein Gefüge aufweist ausgewählt aus einer Gruppe aus angelassenem Martensit mit einem Anteil von mindestens 80 Prozent oder einem Mischgefüge mit mindestens 70 Prozent Anteilen an Ferrit und Perlit sowie Restanteil Martensit, Restaustenit und/oder Bainit.
Die Prozentangaben der Gefügebestandteile beziehen sich auf metallografisch leicht ermittelbare Flächenanteile.
Bevorzugt weist der Flächenabschnitt mit dem dreilagigen Blechverbund eine Gesamtdicke und eine der Außenlagen eine Dicke auf, wobei die Dicke einer der Außenlagen mindestens 3 Prozent und höchstens 15 Prozent, bevorzugt 4 Prozent bis 10 Prozent der Gesamtdicke dieses Flächenabschnitts entspricht. Unter Gesamtdicke ist dabei die Summe der Dicken der beiden Außenlagen sowie der Mittellage in den jeweiligen Flächenabschnitten zu verstehen. Die Gesamtdicke beträgt bevorzugt zwischen 1 und 10 Millimetern (mm), insbesondere zwischen 1 ,7 und 3,5 mm. Eine dickere Außenlage bringt unter Korrosionsschutzaspekten kaum noch Vorteile, reduziert aber die Gesamtfestigkeit des Flächenabschnitts deutlich. Eine dünnere Außenlage ist aktuell nur schwer prozesssicher walztechnisch herzustellen und zudem im Hinblick auf den Korrosionsschutz bei üblicher Nutzungszeit eines Kraftfahrzeugs nicht zu unterschreiten. Im Rahmen der Erfindung weisen die sich gegenüberliegenden Außenlagen bevorzugt dieselbe Dicke auf. Es ist aber auch möglich, dass unterschiedlich dicke Außenlagen in zumindest einem Flächenabschnitt ausgebildet sind, wenn dies erforderlich ist, um beispielsweise bei einem hohlen Karosserie- oder Fahrwerkbauteil an unterschiedliche Crash- oder Korrosionsanforderungen auf der Innenseite und Außenseite besonders gut angepasst zu sein.
Als vergütbare Stahllegierung eignet sich besonders ein Mangan-Bor-Stahl wie zum Beispiel 16MnB5, bevorzugt aber 22MnB5 oder alternativ 36MnB5. Insbesondere können vergütbare Stahllegierungen mit einem Kohlenstoffgehalt größer gleich 0,27% Gewichtsprozent verwendet werden, beispielsweise MBW 1900. Diese wären zu spröde für direktes Warmformen und Presshärten. Aufgrund der Außenlagen ist deren Verarbeitung mittels Warmformen und Presshärten auch in einem direkten Warmformprozess, mithin ohne kalte Verformung möglich.
Abbildung 1 zeigt die mechanischen Kennwerte Zugfestigkeit Rm, Dehngrenze Rp0,2, Bruchdehnung A30 sowie Abbildung 2 den Biegewinkel eines erfindungsgemäßen Karosseriebauteils mit einer Mittelage aus Stahl der Sorte 22MnB5 und zwei Außenlagen der Dicke von jeweils 5 Prozent der Gesamtdicke aus einer ferritisch nichtrostenden Stahllegierung. Als ferritische Stahllegierung kam dabei X10CrAISi18 zum Einsatz. Im Vergleich dazu zeigen Abbildung 3 und 4 die Ergebnisse für ein Bauteil aus Stahl des Handelsnamens Usibor mit beidseitiger Aluminium-Silizium-Beschichtung nach dem Stand der Technik. Alle Bauteile hatten eine Dicke von 2 Millimetern.
In einer verbesserten Weiterbildung der Erfindung weist das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil einen zweiten Flächenabschnitt aus einem dreilagigen Blechverbund auf. Dabei weist der erste Flächenabschnitt eine erste Mittellage aus ultrahochfestem Gefüge mit mindestens 80 Prozent Martensit auf, während der zweite Flächenabschnitt eine zweite Mittellage mit einem Gefüge aufweist, ausgewählt aus einer Gruppe aus angelassenem Martensit mit einem Anteil von mindestens 80 Prozent oder Mischgefüge mit mindestens 70 Prozent Anteilen an Ferrit und Perlit sowie Restanteilen Martensit und/oder Restaustenit und/oder Bainit. Somit lassen sich Bauteile erzeugen mit weicheren und duktileren Flächenabschnitten.
Weiterhin kann vorgesehen werden, dass der zweite Flächenabschnitt ein dreilagiger Blechverbund ist, und die erste Mittellage und die zweite Mittellage jeweils eine Dicke aufweisen, und die Dicke der ersten Mittellage sich von der Dicke der zweiten Mittellage unterscheidet. Ein besonders dicker Flächenabschnitt kann so in Zonen höchster Spannung und Belastbarkeit angeordnet werden oder da, wo eine Materialstärkung inmitten eines dünneren Flächenabschnittes zum Fügen beispielsweise mittels Niet oder Schraube erforderlich ist.
Der erste Flächenabschnitt kann dabei eine Gesamtdicke aufweisen, die sich von der Gesamtdicke des zweiten oder weiteren Flächenabschnitten um wenigstens 10 Prozent, insbesondere zwischen 20 und 100 Prozent unterscheidet.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen werden, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil einen zweiten Flächenabschnitt oder weitere Flächenabschnitten aus einer ferritischen oder martensitischen oder austenitischen, nichtrostenden Stahllegierung aufweist. Besonders können die Flächenabschnitte des Karosserieoder Fahrwerkbauteils miteinander stumpf verschweißt aneinander grenzen. Es ist aber auch möglich, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil einen zweiten Flächenabschnitt aus einer ferritischen Stahllegierung aufweist, insbesondere sind die Flächenabschnitte wiederum miteinander stumpf verschweißt.
Auch kann der zweite Flächenabschnitt oder weitere Flächenabschnitt aus einer niedriglegierten Stahllegierung oder einer Mehrphasenstahllegierung oder aus einer Stahllegierung mit TWIP- und/oder TRIP-Eigenschaften ausgewählt sein. Besonders bevorzugt kann bei dem Verfahren zur Herstellung des Fahrwerk- oder Karosseriebauteils der zweite Flächenabschnitt nur auf eine Temperatur kleiner der AC1 Temperatur erwärmt werden, um ein Verzundern zu verhindern.
Bevorzugt weist das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil einen Rand auf, wobei der Rand in einer Stirnseite im Flächenabschnitt mit dreilagigem Blechverbund wenigstens abschnittsweise von der Außenlage umgriffen ist, derart, dass die Stirnseite der Mittellage von der Umgebung durch die Außenlage abgeschirmt ist. Dadurch wird die Korrosionsbeständigkeit weiter verbessert.
Karosserie- oder Fahrwerkbauteile eines Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung sind besonders aus der Gruppe Türsäule, vor allem in Form einer A-Säule oder Mittelsäule, Dachrahmen, Schweller, Stoßfängerquerträger, Längsträger, Bodenquerträger sowie Querlenker, Längslenker, Querlenker, Stabilisator, Verbundlenkerachsen, Achsträger, Crashbox, Türaufprallträger, Tunnel beispielsweise Getriebetunnel ausgewählt. Auch der Einsatz als Batteriekasten für eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs ist möglich.
Bei einer Türsäule oder einem Dachrahmen des Kraftfahrzeugs ist bevorzugt, dass der zweite Flächenabschnitt oder ein weiterer Flächenabschnitt mit niedriger Zugfestigkeit jeweils im Rand angeordnet ist. Der Rand ist in dem Fall duktiler und dient der einfacheren Anbindbarkeit von Anschlussbauteilen, Schließblechen, lokalen Verstärkungen oder weiteren mechanischen Bearbeitungsschritten.
Der verfahrensmäßige Teil der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines, wie zuvor beschriebenen Karosserie- oder Fahrwerkbauteils, mit den Schritten: • Bereitstellen einer Blechplatine, umfassend wenigstens einen Flächenabschnitt aus einem dreilagigen Blechverbund mit einer Mittellage aus einer vergütbaren Stahllegierung und je einer, die Mittellage begrenzenden Außenlage,
• Erwärmen zumindest des Blechverbunds, insbesondere der gesamten Platine auf Austenitisierungstemperatur,
• Warmumformen der Blechplatine in einem wenigstens bereichsweise gekühlten Pressformwerkzeug und
• wenigstens teilweises Härten der geformten Blechplatine im Pressformwerkzeug oder in einer nachfolgenden Kühlwerkzeugstufe.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei dem Verfahren dann, wenn das Warmumformen und Härten der Blechplatine in oder mittels einer einzigen Presse mit mehreren Werkzeugstufen durchgeführt wird. Alternativ oder bevorzugt zugleich kann vorgesehen werden, dass das Erwärmen und Warmumformen der Blechplatine in einer einzigen Presse mit mehreren Werkzeugstufen durchgeführt wird. Somit wird in einem einzelnen Pressentakt gleichzeitig jeweils wenigstens eine Blechplatine erwärmt, warmgeformt und gehärtet. Es versteht sich, dass bei Anwendung von mit Servomotor betriebenen oder mechanischen Pressen eine extrem niedrige Taktzeit und damit ein hoher Durchsatz ermöglicht werden.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Erwärmung innerhalb von 30 Sekunden, bevorzugt innerhalb von 20 Sekunden, insbesondere innerhalb von 10 Sekunden durchgeführt, was eine platzsparende, wärmeverlustarme Austenitisierung erlaubt. Vorteilhaft wird die Erwärmung im Takt sequenziell mit der Warmumformung bzw. dem Pressentakt einer Warmformlinie durchgeführt. Weiterhin bevorzugt kann die Erwärmung mindestens eine Haltephase umfassen. Es kann ohne Schutzgasatmosphäre erwärmt werden, da die Außenlagen keine Zunderneigung aufweisen. Als Vorteil ergibt sich, dass eine Strahlbehandlung des fertig geformten Bauteils entfallen kann, vor einem Lackieren oder einer KTL- Behandlung. Bei der Erwärmung der Blechplatine ist eine Kontakterwärmung besonders günstig zum Einsatz zu bringen, da ein hoher Wirkungsgrad und niedrige Wärmeverluste damit ebenso einhergehen wie die Möglichkeit, durch unterschiedlich temperierte Kontaktplatten vor dem Warmformen einen ersten Flächenabschnitt der Blechplatine auf mehr als Austenitisierungstemperatur und einen zweiten Flächenabschnitt auf weniger als 700°C einzustellen. Dies gilt auch für eine Temperierstufe nach dem Erwärmen und vorgeschaltet der Pressformwerkzeugstufe. Insbesondere ergibt sich der Vorteil gegenüber vorbeschichteten Stählen, dass nicht zuvor ein Durchlegieren stattfinden muss.
Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass ein Bauteilbeschnitt beziehungsweise ein Trennen, insbesondere ein Lochen des Bauteils nach dem Warmumformen und Presshärten, mithin erst am gehärteten Bauteil, durchgeführt wird. Dies kann dann durch ein kombiniertes Walzen und Schneiden oder Drückschneiden insbesondere in einer der Pressformwerkzeugstufe nachfolgenden Werkzeugstufe der Presse, aber auch außerhalb in einem separaten Arbeitsgang erfolgen. Dabei wird ein Teil der Außenlage im Randbereich in die Stirnseite des Trennbereichs beziehungsweise Lochrandes verdrängt und gleichzeitig wird ein Butzen oder Verschnittrand abgetrennt. Im Gegensatz zu aluminiumbeschichtetem Vergütungsstahl, wird erfindungsgemäß durch die Außenlagen aus nichtrostender Stahllegierung die Mittellage vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor Eintrag prozessbedingtem molekularen Wasserstoffs beim Erwärmen geschützt und die Gefahr einer durch Wasserstoffeintrag bewirkten Versprödung des Bauteils unterbunden. Die Edelstahlaußenlagen sind nicht riss- bzw. bruchempfindlich, im Gegensatz zu beschichteten Bauteilen. Es ist daher sehr gut möglich, diese nach dem Presshärten im kalten und harten Zustand zu schneiden. Insbesondere bei einem Drückschneiden weist die untere Lage keinen signifikanten Bruchanteil auf. Die Schnittkanten sind im Wesentlichen gradfrei, aufgrund der erhöhten Duktilität der Außenlagen. Der Beschnitt kann auch in einem separaten Schneidwerkzeug durchgeführt werden. Insbesondere wird der Beschnitt vollständig durchgeführt. Dies bedeutet auf Endkontur. Insbesondere wird eine rissfreie Oberfläche bereitgestellt. Auch wird die Schnittkante weitestgehend rissfrei bereitgestellt. Es sind bevorzugt an den Oberflächen keine Risse bzw. Mikrorisse größer 10 m vorhanden. Ein Laserbeschnitt oder auch komplexer Warmschnitt kann somit entfallen.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen anhand von schematischen Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Dabei zeigen:
Figur 1 a und b) zwei Anwendungsbeispiele für erfindungsgemäße Karosserie- und Fahrwerkbauteile,
Figur 2 eine erste Ausführungsform eines dreilagigen Blechverbundes für einen Flächenabschnitt des erfindungsgemäßen Karosserieoder Fahrwerkbauteils
Figur 3 ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil in modifizierter
Ausführungsform,
Figur 4 eine zweite Ausführungsform eines dreilagigen Blechverbundes für einen Flächenabschnitt des erfindungsgemäßen Karosserieoder Fahrwerkbauteils
Figur 5 eine dritte Ausführungsform eines dreilagigen Blechverbundes für einen Flächenabschnitt des erfindungsgemäßen Karosserieoder Fahrwerkbauteils,
Figur 6a) und b) zwei weitere Anwendungsbeispiele für ein erfindungsgemäßes
Karosseriebauteil, Figur 7 eine vierte Ausführungsform eines dreilagigen Blechverbundes für einen Flächenabschnitt des erfindungsgemäßen Karosserieoder Fahrwerkbauteils,
Figur 8 eine fünfte Ausführungsform eines dreilagigen Blechverbundes für einen Flächenabschnitt des erfindungsgemäßen Karosserieoder Fahrwerkbauteils,
Figur 9 eine sechste Ausführungsform eines dreilagigen Blechverbundes für einen Flächenabschnitt des erfindungsgemäßen Karosserieoder Fahrwerkbauteils,
Figur 10 ein erfindungsgemäßes Karosserie- oder Fahrwerkbauteil in einem Randausschnitt,
Figur 1 1 a) einen ersten Verfahrensablauf zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens und
Figur 1 b) eine Abwandlung des ersten Verfahrensablaufes
Figur 12 einen alternativen Verfahrensablauf zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens,
Figur 3a) und b) ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil in einer Draufsicht und im Querschnitt und
Figur 14 a) und b) Ergebnisbilder eines Korrosionstests für a) erfindungsgemäße
Bauteilprobe und b) einer Vergleichsprobe nach dem Stand der Technik.
Figur 1 zeigt zwei vorteilhafte Anwendungsbeispiele für ein erfindungsgemäßes Karosserie- und Fahrwerkbauteil 1 , jeweils in einer Draufsicht sowie Querschnittsdarstellungen.
Figur 1 a) zeigt eine Mittelsäule 20 für die Seitenstruktur eines Kraftfahrzeugs, welche zwischen Schweller und Dachrahmen einsetzbar ist und vor allem der Gesamtstabilität der Fahrzeugkarosserie sowie dem Kollisionsenergieabbau und Intrusionsschutz während eines Seitenaufpralls dient.
Figur 1 b) stellt einen Querlenker 30 einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugfahrwerks dar.
Beide Beispiele stellen Karosserie- oder Fahrwerkbauteile 1 aus Blech dar, die mittels Pressformen dreidimensional geformt wurden. Sowohl die Mittelsäule 20 als auch der Querlenker 30 umfassen wenigstens einen Flächenabschnitt 2 aus einem dreilagigen Blechverbund 10 mit, wie Figur 2 näher zeigt, einer Mittellage 1 1 und zwei die Mittellage 1 1 nach außen begrenzenden Außenlagen 12, 13, wobei die Außenlagen 12, 13 aus einer nichtrostenden, insbesondere ferritischen Stahllegierung und die Mittellage 1 1 aus einer vergütbaren Stahllegierung bestehen. Die Zugfestigkeit Rm innerhalb des Flächenabschnitts 2 mit dreilagigem Blechverbund 10 beträgt mehr als 1300 MPa.
Im Schnitt B und C ist jeweils angedeutet ein Ausschnitt, der in der Figur 2 vergrößert gezeigt wird und den Aufbau des dreilagigen Blechverbunds 10 näher beschreibt.
Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform des dreilagigen Blechverbundes 10 für einen Flächenabschnitt 2 des erfindungsgemäßen Karosserie- oder Fahrwerkbauteils 1 ausschnittsweise in Querschnitt. Eine Mittellage 1 1 des Flächenabschnitts 2 ist an Ihrer in der Bildebene oben befindlichen Oberseite 7 begrenzt durch eine Außenlage 12, und an ihrer in der Bildmitte unten befindlichen Unterseite 8 begrenzt durch eine weitere Außenlage 13. Es besteht eine metallurgische Verbindung zwischen Mittellage 1 1 und den Außenlagen 12, 13, so dass eine Ablösung der Außenlagen 12, 13 von der Mittellage 1 1 ausgeschlossen ist, die Schweißbarkeit, Umformbarkeit und sonstige mechanische Bearbeitbarkeit jedoch recht einfach möglich sind. Der Blechverbund 10 weist eine Gesamtdicke D2 sowie eine Dicke der Mittellage Dm und eine Dicke Da der Außenlage 12 auf. Die Außenlagen 12, 13 sind hier beide gleich dick.
In Figur 3 ist ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil 1 in Form der Mittelsäule nach Figur 1 in modifizierter Ausführungsform dargestellt. Hier wird die Mittelsäule 20' gebildet aus einem ersten Flächenabschnitt 2 mit einem dreilagigem Blechverbund 10 in einem oberen Teilbereich 21 der Mittelsäule 20' sowie aus einem zweiten Flächenabschnitt 3 mit einem dreilagigen Blechverbund 15 in einem zweiten Teilbereich 22 der Mittelsäule. Der zweite Teilbereich 22 der Mittelsäule 20' verläuft etwa bis knapp unterhalb einer Türschlossanbindung für eine Fahrzeugtür (nicht gezeigt). Zwischen dem ersten Flächenabschnitt 2 und dem zweiten Flächenabschnitt 3 ist eine Schweißnaht 40 ausgebildet, wobei beide Flächenabschnitte 2, 3 stumpf aneinander stoßend gefügt sind, insbesondere vor einer dreidimensionalen Pressformgebung zum Karosseriebauteil 1. Im Querschnitt B-B auf Höhe der Schweißnaht 40 angedeutet ist der Ausschnitt des Blechverbunds 10, 5, welcher in den Figuren 4 und 5 näher betrachtet wird.
In Figur 4 ersichtlich ist der Aufbau des Blechverbundes gemäß Figur 3, welcher im zweiten Flächenabschnitt 3 eine Mittellage 16 aus einer niedriglegierten Stahllegierung sowie Außenlagen 17, 18 aus einer ferritisch nichtrostenden Stahllegierung aufweist. Über die Schweißnaht sind beide Flächenabschnitte 2, 3 miteinander verbunden. Die Außenlagen 12, 13 des ersten Flächenabschnittes 2 entsprechen hinsichtlich des Werkstoffs den Außenlagen 17, 18 des zweiten Flächenabschnitts 3. Wie bei beim Blechverbund gemäß Figur 2 besteht auch hier eine metallurgische Verbindung zwischen der Mittellage 1 1 und den Außenlagen 12, 13. Zudem sind auch die Außenlagen 17 und 18 metallurgisch und dauerhaft fest mit der Mittellage 16 verbunden. Dieser Blechverbund weist eine einheitliche Gesamtdicke D2 auf.
In Figur 5 ersichtlich ist eine alternative Ausführungsform der Flächenabschnitte 2, 3 der Mittelsäule 20' aus Figur 3. Hier weist der zweite Flächenabschnitt 3 eine einzige homogene Lage aus einer ferritisch nichtrostenden Stahllegierung auf. Die Außenlagen 12, 13 des ersten Flächenabschnittes 2 entsprechen hinsichtlich des Werkstoffs der Stahllegierung des zweiten Flächenabschnitts 3. Wie beim Blechverbund gemäß Figur 2 besteht auch hier eine metallurgische Verbindung zwischen der Mittellage 1 1 und den Außenlagen 12, 13. Die zwei Flächenabschnitte 2, 3 sind bereits vor der Formgebung zum Karosserie- oder Fahrwerkbauteil 1 miteinander verschweißt und sodann gemeinsam umformbar. Der zweite Flächenabschnitt 3 ist im Fahrzeug im so genannten Trockenbereich angeordnet, mithin außerhalb korrosionsgefährdeter Bereiche. Der zweite Flächenabschnitt 3 mit nichtrostender, ferritischer Stahllegierung wird während der Erwärmung der Blechplatine bevorzugt unterhalb 700°C erwärmt, so dass eine Zunderbildung in diesem Abschnitt nicht eintritt.
Erfindungsgemäß kann neben einer B-Säule auch ein anderes Karosserie- oder Fahrwerkbauteil neben einem dreilagigen Blechverbund in einem ersten Flächenabschnitt einen duktileren, besonders korrosionsbeanspruchten zweiten Flächenabschnitt aus einer rostfreien Stahllegierung aufweisen.
Figur 6a zeigt ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil 1 in Form der Mittelsäule nach Figur 1 bzw. 3 in modifizierter Ausführungsform. Hier wird die Mittelsäule 20" gebildet aus einem ersten Flächenabschnitt 2 mit einem dreilagigem Blechverbund 10 in einem oberen Teilbereich 21 der Mittelsäule 20" sowie aus einem zweiten Flächenabschnitt 3 mit einem dreilagigen Blechverbund 15 in einem zweiten Teilbereich 22 der Mittelsäule. Der zweite Teilbereich 22 der Mittelsäule 20" verläuft etwa bis knapp unterhalb einer Türschlossanbindung für eine Fahrzeugtür (nicht gezeigt). Zwischen dem ersten Flächenabschnitt und dem zweiten Flächenabschnitt 3 ist ein Übergangsbereich 41 ausgebildet, wobei beide Flächenabschnitte 2, 3 in den einzelnen Lagen jeweils werkstoffeinheitlich einteilig ausgebildet sind oder analog der Ausführungsform gemäß Figur 3 und 4 verschweißt sind. Im letzteren Fall kann der Übergangsbereich 41 der Schweißnaht hinsichtlich deren Lage entsprechen.
Der zweite Flächenabschnitt 3 weist in seiner Mittellage 16, dargestellt in Figur 7 bis 9, eine höhere Duktilität und niedrigere Zugfestigkeit als im ersten Flächenabschnitt 2 auf, was einer vezögerten Rissbildung und damit verbundenen Problemen bei einem Seitenaufprall entgegenwirkt und eine gezielte Deformation, im Falle der Mittelsäule 20" in einem für den Insassen ungefährlichen Bereich des Fahrzeugsitzes, erlaubt.
Im Unterschied zu Figur 6a zeigt Figur 6b eine Mittelsäule 20"' mit einem zweiten Flächenabschnitt 3, welcher sich neben dem zweiten Teilbereich 22 auch auf einen Teil der Ränder 42 des ersten, in der Bildebene oberen Teilbereichs der Mittelsäule 20"' erstreckt. Weiterhin weist die Mittelsäule 20"' mehrere Anbindungspunkte 43 zur Befestigung an einem Fahrzeugschweller auf. Unterhalb des zweiten Flächenabschnitts 3 im zweiten Teilbereich 22 erstreckt sich ein weiterer Flächenabschnitt 4, der wiederum eine höhere Festigkeit und weniger Duktilität aufweist im Vergleich zum zweiten Flächenabschnitt 3. Zwischen beiden Flächenabschnitten 2, 3 ist ein weiterer Übergangsbereich 41 ausgebildet.
Im Querschnitt B-B ist der Ausschnitt angedeutet, welcher in den Figuren 7 und 9 näher betrachtet wird.
In Figur 7 ersichtlich ist ein Schichtaufbau der alternativen Ausführungsformen gemäß der Mittelsäule 20" und 20"' aus Figur 6. Der erste Flächenabschnitt 2 weist die Mittellage 1 1 auf, die von zwei Außenlagen 12 und 13 nach oben und unten begrenzt ist. Der erste Flächenabschnitt 2 weist eine erste Mittellage 1 1 aus ultrahochfestem Gefüge mit mindestens 80 Prozent Martensit auf, die durch Warmformen und Presshärten einer vergütbaren Stahllegierung eingestellt wurde, wobei die Zugfestigkeit innerhalb des ersten Flächenabschnitts mit dreilagigem Blechverbund größer als 1300 MPa beträgt. Das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil 1 in Form der Mittelsäule 20" bzw. 20"' weist einen zweiten Flächenabschnitt 3 aus einem dreilagigen Blechverbund 15 auf, wobei der zweite Flächenabschnitt eine zweite Mittellage 16 mit einem Gefüge aufweist, ausgewählt aus einer Gruppe aus angelassenem Martensit mit einem Anteil von mindestens 80 Prozent oder Mischgefüge mit mindestens 70 Prozent Anteilen an Ferrit und Perlit sowie Restanteilen Martensit und /oder Restaustenit und/oder Bainit. Bezüglich des Werkstoffes entsprechen die Flächenabschnitte 2, 3 einander in den einzelnen Lagen, wobei die Außenlagen 12, 13, 17, 18 jeweils aus einer ferritisch nichtrostenden Stahllegierung bestehen.
Ein Übergangsbereich 41 in der Mittellage zwischen der ersten und der zweiten Mittellage weist eine Breite B1 auf, die zwischen 10mm und 150mm, bevorzugt aber unterhalb 50mm beträgt, da im Übergangsbereich 41 ein mechanisch schwer zu bestimmender und inhomogener Zustand vorliegt. Selbstverständlich ist dieser Schichtaufbau von der beschriebenen Mittelsäule 20", 20"' auch auf andere Karosserie- und Fahrwerkbauteile wie in Anspruch 15 aufgeführt, übertragbar, wo eine gezielt belastungsgerechte Bauteilgestaltung zweckdienlich ist. In Figur 8 ersichtlich ist ein Schichtaufbau einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. Es handelt sich wie zuvor um einen Ausschnitt zur Illustration der relevanten Bauteileigenschaften im Querschnitt.
Ein erster Flächenabschnitt 2 weist die Mittellage 1 1 auf, die von zwei Außenlagen 12 und 13 nach oben und unten begrenzt ist. Der erste Flächenabschnitt 2 weist eine erste Mittellage aus ultrahochfestem Gefüge mit mindestens 80 Prozent Martensit auf, wobei die Zugfestigkeit innerhalb des ersten Flächenabschnitts 2 mit dreilagigem Blechverbund 10 größer als 1300 MPa beträgt. Das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil 1 weist einen zweiten Flächenabschnitt 3 aus werkstofflich demselben dreilagigen Blechverbund 15 auf, wobei der zweite Flächenabschnitt 3 eine zweite Mittellage 16 mit näherungsweise demselben metallischen Mikrogefüge aufweist. Bezüglich des Werkstoffes entsprechen die Flächenabschnitte einander in den einzelnen Lagen, wobei die Außenlagen 12, 13, 17, 18 jeweils aus einer ferritisch nichtrostenden Stahllegierung bestehen. Es ist dabei auch möglich, dass der Dickensprung auch nur auf einer Seite, beispielsweise auf der Oberseite ausgebildet ist, die gegenüberliegende Unterseite dagegen eben ist. Dies erleichtert eine spätere Warmumformung, da ein besserer Werkzeugkontakt hergestellt ist. Es ergibt sich zudem eine flächige Schweißebene.
Ein Übergangsbereich 44 zwischen dem ersten und dem zweiten Flächenabschnitt 2, 3 weist eine Breite B2 auf, die zwischen 50 Millimetern (mm) und 250 mm, bevorzugt aber unterhalb 200 mm beträgt, da die Kopplung mit weiteren Bauteilen in unebenen Abschnitten erschwert ist. Zu erkennen ist, dass die Gesamtdicke D3 des Blechverbundes 15 im zweiten Flächenabschnitt 3 größer ist als die Gesamtdicke D2 des Blechverbunds 10 im ersten Flächenabschnitt 2, wobei sich die Verhältnisse der Dicke der Lagen zueinander innerhalb eines Blechverbunds nicht ändern.
Selbstverständlich ist es möglich, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil 1 weitere Flächenabschnitte umfasst, die sich an den zweiten Flächenabschnitt anschließen und eine weitere Erhöhung der Gesamtdicke und damit eine Stärkung der belastungsgerechten Konstruktion erlauben. Auch sei angemerkt, dass die unterschiedliche Dicke bevorzugt bereits vor dem Pressumformen in die dreidimensionale Bauteilgeometrie vorliegt. In Figur 9 schließlich stellt eine alternative Ausführungsform und eine Kombination der Ausführungsformen von Figur 7 und 8 dar. Ein erster Flächenabschnitt 2 der Gesamtdicke D2 aus einer Mittellage 1 1 und zwei Außenlagen 12 und 13 geht über einen Übergangsbereich 44 der Breite B2 in einen zweiten Flächenabschnitt 3 der Gesamtdicke D3 über, wobei der zweite Flächenabschnitt 3 wiederum eine Mittellage 16 mit einer Dicke Dm3 und zwei Außenlagen 17 und 18 aufweist, und die Mittellage 16 ein ultra hochfestes Gefüge mit mindestens 80 Prozent Martensit aufweist. Die Mittellage 1 1 des ersten Flächenabschnitts 2 weist dagegen ein duktileres Gefüge auf, ausgewählt aus einer Gruppe aus angelassenem Martensit mit einem Anteil von mindestens 80 Prozent und einem Mischgefüge mit mindestens 70 Prozent Anteilen an Ferrit und Perlit sowie Restanteilen Martensit und/oder Restaustenit und/oder Bainit. Zu erkennen ist auch ein Übergangsbereich 41 der Breite B1 , welcher nur über einen Teil der Breite B2 des Übergangsbereichs 44 ausgebildet ist. Der hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften und seiner Gefügezusammensetzung Undefinierte Übergangsbereich 41 ist demnach kleiner als der durch seine Dickenunstetigkeit geprägte Übergangsbereich 44. Es ergibt sich ein Karosserieoder Fahrwerkbauteil 1 mit sehr gutem belastungsgerechten Auslegungspotential im Hinblick auf einen gezielten Deformationsverlauf, Energieaufnahmevermögen und guter Koppelbarkeit durch Schweißen, Kleben, Nieten und/oder Schrauben an die Fahrzeugkarosse oder andere Anbauteile.
In Figur 10 ist ausschnittsweise der Querschnitt eines erfindungsgemäßen Karosserie- oder Fahrwerkbauteils 1 mit dreilagigem Blechverbund 10 mit einem Rand 42 dargestellt. Der Rand 42 ist in seiner Stirnseite 9 im Flächenabschnitt 2 mit dreilagigem Blechverbund 10 wenigstens abschnittsweise von einer Außenlage 12 umgriffen, derart, dass die Stirnseite 9 der Mittellage 1 1 des Randes 42 von der Umgebung U durch die Außenlage 12 sowie durch die Außenlage 13 abgeschirmt ist. Die Außenlagen begrenzen wie in der vorangegangen Ausführungsformen die Mittellage 1 1 auf in der Bildebene oben befindlicher Oberseite 7 und auf der in der Bildmitte unten befindlichen Unterseite 8. Dies kann beispielsweise derart bewerkstelligt werden, dass beim Beschnitt des Blechverbunds 10 vor oder nach dem Pressformen eine Trennung mit kombiniertem oder nachfolgendem Walzen der Außenlage 12 des Randes 42 in Richtung der anderen Außenlage 13 erfolgt unter Materialverdrängung von der Oberseite 7 über die Stirnseite 9 des Randes 42.
Figur 1 1 a zeigt eine Presse 50 zur Durchführung des verfahrenstechnischen Teils der Erfindung zur Herstellung von Karosserie- oder Fahrwerkbauteilen 1. Zunächst werden ein oder mehrere Blechplatinen 5 bereitgestellt, welche wenigstens einen Flächenabschnitt aus einem dreilagigen Blechverbund mit einer Mittellage aus einer vergütbaren Stahllegierung und zwei die Mittellage nach außen begrenzenden Außenlagen umfassen. Anschließend erfolgt das Erwärmen des Blechverbunds wenigstens abschnittsweise auf Austenitisierungstemperatur in der Presse 50 mittels Kontakterwärmung 51 durch wenigstens eine beheizbare Kontaktplatte 56. Die Kontaktplatte 56 berührt während der Erwärmung die Außenlagen des Blechverbundes der Blechplatine, wobei wenigstens ein Flächenabschnitt der Blechplatine in kürzester Zeit auf Austenitisierungstemperatur erwärmt wird. Hierbei handelt es sich um die Rekristallisationstemperatur der Mittellage des Blechverbunds mit vergütbarer Stahllegierung um die spätere Härtung zu ermöglichen. Anschließend erfolgt ein Transfer der heißen Blechplatine in ein wenigstens bereichsweise gekühltes Pressformwerkzeug 52 und das Warmumformen der Blechplatine 5 wird darin durchgeführt. Dabei wird die Blechplatine 5 auch bereits etwas abgekühlt. Wenn eine zuvor homogen austenitisierte Blechplatine 5 in einem bereichsweise beheizten Pressformwerkzeug 52 umgeformt wird, lässt sich optional in einem zweiten Flächenabschnitt eine verringerte Abkühlgeschwindigkeit bewirken, so dass die kritische Abkühlrate zur Martensitumwandlung des Gefüges in diesem zweiten Flächenabschnitt ausgeschlossen ist.
Anschließend erfolgt ein Transfer der pressgeformten Blechplatine in eine nachfolgende Kühlwerkzeugstufe 53, wo die geformte Blechplatine wenigstens teilweise gehärtet wird. Nach einem weiteren Transfer in eine dritte Werkzeugstufe 54 findet die abschließende Abkühlung auf näherungsweise Umgebungstemperatur, zumindest aber eine vollständige Härtung wenigstens des ersten Flächenabschnittes statt.
Anstelle dreier gekühlter Werkzeugstufen 52, 53, 54 wie in Figur 1 1a) kann auch vorgesehen werden, auf die letzte Kühlwerkzeugstufe 54 zu verzichten und bereits in der ersten Kühlwerkzeugstufe 53 die Härtung eines Flächenabschnitts abzuschließen. Dies ist jedoch bei größeren Gesamtdicken der Blechplatine 5 oder bei besonders hoher Taktzeit der Presse 50 nur begrenzt möglich. Dies ist anhand der Presse 50' in Figur 1 1 b) dargestellt.
Mittels dem Pressformwerkzeug 52 oder der ersten Kühlwerkzeugstufe 53 können auch ein Beschnitt und die Lochung des geformten aber noch ungehärteten Bauteils (nicht dargestellt) erfolgen. Entscheidender Vorteil bei erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass durch die Außenlagen aus ferritischischer oder austentischer oder martensitischer nichtrostender Stahllegierung eine Verzunderung oder Oxidation während der Erwärmung und beim Warmumformen ausgeschlossen sind und so eine aufwändige Beschichtung, Endreinigung der Oberfläche, Oberflächenfehler sowie eine Schutzgasumhausung der Presse bzw. Kontakterwärmung vermieden wird.
Figur 12 zeigt eine Presse 50" zu einer alternativen Durchführung des verfahrenstechnischen Teils der Erfindung zur Herstellung von Karosserie- oder Fahrwerkbauteilen 1. Zunächst werden ein oder mehrere Blechplatinen 5 bereitgestellt, welche wenigstens einen ersten Flächenabschnitt aus einem dreitägigen Blechverbund mit einer Mittellage aus einer vergütbaren Stahllegierung und zwei die Mittellage begrenzenden Außenlagen umfassen. Anschließend erfolgt das Erwärmen des Blechverbunds abschnittsweise auf Austenitisierungstemperatur in der Presse 50" mittels Kontakterwärmung 51 zwischen wenigstens einer beheizbaren Kontaktplatte 56. Die zwei hier gezeigten Kontaktplatten 56 berührt während der Erwärmung die Außenlagen des Blechverbundes der Blechplatine (nicht dargestellt), wobei ein oder alle Flächenabschnitte der Blechplatine in kürzester Zeit erwärmt werden. Anschließend erfolgt ein Transfer der so erwärmten Blechplatine in eine Temperierstufe 55, so dass entweder die homogen erwärmte Blechplatine 5 von einer Austenitisierungstemperatur in einem zweiten Flächenabschnitt heruntergekühlt wird auf weniger als 700°C, oder ein Flächenabschnitt wird von weniger als 700°C auf mindestens Austenitisierungstemperatur erwärmt. Die Temperierstufe kann wiederum Kontaktplatten zur Erwärmung und/oder Kühlung aufweisen, welche durch Brenner, Induktoren oder Widerstandserwärmung auf die erforderliche Temperatur eingestellt werden. Die so abschnittsweise unterschiedlich temperierte Blechplatine wird in eine gekühlte Pressformwerkzeugstufe 52 eingebracht und ein Warm umformen der Blechplatine wird darin durchgeführt. Dabei wird die Blechplatine 5 auch bereits etwas abgekühlt. Anschließend erfolgt ein Transfer der pressgeformten Blechplatine in eine nachfolgende Kühlwerkzeugstufe 53, wo die geformte Blechplatine wenigstens teilweise gehärtet wird, während ein zweiter Flächenabschnitt dabei nicht gehärtet wird. Mittels des Pressformwerkzeugs 52 können auch ein Beschnitt und die Lochung des geformten aber noch ungehärteten Bauteils (nicht dargestellt) erfolgen.
Figur 13a) zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in Form eines im Querschnitt runden Karosseriebauteils 1 aus einer Blechplatine oder einem Blechband in einer Draufsicht. Hierbei handelt es sich um eine A-Säule 25 mit einem gekrümmten in der Bildebene unteren Teilbereich 22 und einem geraden im Querschnitt breiteren oberen Teilbereich 21 . In den Figuren 13b) bis 13d) sind verschiedene Querschnittsgeometrien zu erkennen, die für die A-Säule der Figur 13a) Anwendung finden können. Jeweils eine Schweißnaht 23 schließt das als Hohlprofil ausgebildete Bauteil 1 in einem Rand 42, 42', die in axialer Richtung des Bauteils 1 verläuft.
In Figur 13b) weist das Bauteil 1 zwei Ränder 42' auf, die sich parallel gegenüberliegend kontaktieren und durch die Schweißnaht 23 stoffschlüssig gekoppelt sind. Der Rand stellt dabei einen zweiwandigen Flansch dar.
In Figur 13c) zu erkennen ist, dass ein Rand 42 mit seiner Stirnseite 9 gegen eine Seitenfläche eines zweiten Randes 42' kontaktierend ausgebildet und mit einer Schweißnaht 23 stoffschlüssig gefügt ist. Der Rand 42' stellt dabei einen einwandigen Flansch dar.
Wie in Figur 13d) zu erkennen ist, stoßen zwei Ränder 42 mit ihren jeweiligen Stirnseiten 9 gegeneinander, so dass sich eine flanschloses Bauteil ergibt. Die Umformung erfolgt dabei durch Rollformen oder U-O-Formen und anschließendes Innenhochdruckformen und Abschreckhärten. Die Querschnittkonfiguration gemäß Figur 13d) ist auch auf viele Fahrwerkbauteile wie Verbundlenkerachsen, Querlenker übertragbar. Figur 14a) zeigt das Ergebnis eines Korrosionstest nach 48 Stunden im Salzsprühnebenversuch für ein pressgehärtetes Stahlblech aus Usibor-Material. Erkennbar ist ein Korrosionsfortschritt großflächig über die Bauteiloberfläche und in den Rändern.
Dem gegenüber zeigt Figur 14b) das Ergebnis eines Korrosionstests nach 1000 Stunden für erfindungsgemäß pressgehärtetes Stahlblech. Zu erkennen ist ein starker Korrosionsfortschritt lediglich in den Rändern.
Bezuqszeichen:
1 - Karosserie- oder Fahrwerkbauteil
2 - erster Flächenabschnitt
3 - zweiter Flächenabschnitt
4- Flächenabschnitt
5- Blechplatine
7- Oberseite zu 11
8- Unterseite zu 11
9 - Stirnseite zu 11
10- Blechverbund
11 - Mittellage zu 0
12- Außen läge zu 10
13 - Außenlage zu 10
15- Blechverbund
16- Mittel läge zu 15
17- Außenlage zu 15
18- Außenlage zu 15
20- Mittelsäule
20' - Mittelsäule
20" - Mittelsäule
20"' - Mittelsäule
21 - oberer Teilbereich
22 - zweiter Teilbereich
23 - Schweißnaht
24 - A-Säule
30 - Querlenker
40- Schweißnaht
41 - Übergangsbereich
42 - Rand
43- Anbindungspunkt
44- Übergangsbereich
50- Presse 50' - Presse
50" - Presse
51 - Kontakterwärmung
52 - Pressumformwerkzeug
53 - Kühlwerkzeugstufe
54 - Kühlwerkzeugstufe
55 - Temperierstufe 56 - Kontaktplatte
D2 - Gesamtdicke zu 10
D3 - Gesamtdicke zu 15
Da - Dicke der Außenlage
Dm - Dicke der Mittellage
Dm2 - Dicke zu 1 1
Dm3 - Dicke zu 16
B1 - Breite zu 41
B2 - Breite zu 44
U - Umgebung

Claims

Patentansprüche
1. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen Flächenabschnitt (2, 3) aus einem dreilagigen Blechverbund (10) mit einer Mittellage (11) und zwei die Mittellage (11) nach außen begrenzenden Außenlagen (12, 13), welche mit der Mittellage (11) flächig und stoffschlüssig verbunden sind dadurch gekennzeichnet, dass die Außenlagen (12, 13) aus einer nichtrostenden Stahllegierung mit einem Gefüge ausgewählt aus der Gruppe aus ferritischem, austenitischem oder martensitischem Gefüge und die Mittellage (11) aus einer vergütbaren Stahllegierung bestehen, und das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil einen Biegewinkel größer 80°, ermittelt im Plättchen-Biegeversuch nach VDA 238- 100:2010, bei einer Dehngrenze Rp0,2 von größer 900 MPa, aufweist.
2. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) einen zweiten Flächenabschnitt (3) aufweist.
3. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegewinkel größer 95° und die Dehngrenze Rp0,2 größer 950 MPa beträgt.
4. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegewinkel größer 90°, insbesondere größer 100°, bevorzugt größer 110° beträgt.
5. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt aus Biegewinkel und Dehngrenze Rp0,2 zwischen 90.000 °MPa und 180.000 °MPa ist.
6. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellage (11) eines Flächenabschnittes (2, 3) ein Gefüge aufweist, mit mindestens 80 Prozent Martensit, und die Zugfestigkeit Rm innerhalb des Flächenabschnitts (2, 3) größer als 1300 MPa beträgt.
7. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellage (11, 16) eines Flächenabschnitts (2, 3) ein Gefüge aufweist aus angelassenem Martensit mit einem Anteil von mindestens 80 Prozent oder einem Mischgefüge mit mindestens 70 Prozent Anteilen an Ferrit und Perlit sowie Restanteilen Martensit und/oder Restaustenit und/oder Bainit.
8. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Flächenabschnitt (3) ein dreilagiger Blechverbund (15) ist, mit einer zweiten Mittellage (16) mit einem Gefüge, ausgewählt aus einer Gruppe von Mischgefüge mit mindestens 80 Prozent Anteilen von Ferrit und Perlit oder Mischgefüge mit mindestens 70 Prozent Anteilen an Ferrit und Perlit sowie Restanteilen Martensit und/oder Restaustenit und/oder Bainit.
9. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flächenabschnitt (2, 3) mit dem dreilagigen Blechverbund (10, 15) eine Gesamtdicke (D2, D3) aufweist, und eine der Außenlagen (12, 13, 17, 18) eine Dicke (Da) von mindestens 3 Prozent (%) und höchstens 15 Prozent (%) der Gesamtdicke (D2, D3), bevorzugt 4 Prozent (%) bis 10 Prozent (%) der Gesamtdicke (D2, D3) dieses Flächenabschnitts (2, 3) aufweist.
10. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Flächenabschnitt (3) ein dreilagiger Blechverbund (15) ist, und die erste Mittellage (11) und die zweite Mittellage (16) jeweils eine Dicke (Dm2, Dm3) aufweisen, und die Dicke (Dm2) der ersten Mittellage (11) sich von der Dicke (Dm3) der zweiten Mittellage (16) unterscheidet.
11. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenabschnitte (2, 3) miteinander stumpf aneinander grenzend verschweißt sind.
12. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) einen zweiten Flächenabschnitt (3) aus einer rostfreien Stahllegierung aufweist, und die Flächenabschnitte (2, 3) miteinander stumpf aneinander grenzend verschweißt sind.
13. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechverbund (10) im ersten Flächenabschnitt (2) eine Gesamtdicke (D2) und der Blechverbund (15) im zweiten Flächenabschnitt (3) eine Gesamtdicke (D3) aufweisen, wobei sich die Gesamtdicken (D2, D3) voneinander um wenigstens 10 Prozent, insbesondere zwischen 20 und 100 Prozent unterscheiden.
14. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) einen Rand (42) aufweist, und der Rand (42) in einer Stirnseite (9) im Flächenabschnitt (2, 3) mit dreilagigem Blechverbund (10, 15) wenigstens abschnittsweise von einer Außenlage (11, 12, 17,18) umgriffen ist, derart, dass die Stirnseite (9) der Mittellage (11, 16) von der Umgebung (U) durch die Außenlage (11, 12, 17, 18) abgeschirmt ist.
15. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) eine Türsäule, insbesondere eine Mittelsäule (20) oder ein Dachrahmen, Schweller, Stoßfängerquerträger, Längsträger, Bodenquerträger, Querlenker (30), Längslenker, Stabilisator, Verbundlenker oder Achsträger des Kraftfahrzeugs ist.
16. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, d ad u rch ge ke n nze i ch n et, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) eine Türsäule (20, 20', 20", 20"') oder ein Dachrahmen mit jeweils einem Rand (42) ist, wobei der zweite Flächenabschnitt (3) wenigstens abschnittsweise im Rand (42) angeordnet ist.
17. Verfahren zur Herstellung eines Karosserie- oder Fahrwerkbauteils (1) mit den Merkmalen von mindestens Anspruch 1, gekennzeichnet, durch
• Bereitstellen einer Blechplatine (5), umfassend wenigstens einen Flächenabschnitt (2) aus einem dreilagigen Blechverbund (10) mit einer Mittellage (11) aus einer vergütbaren Stahllegierung und je einer die Mittellage (11) begrenzenden Außenlage (12, 13) aus einer nichtrostenden Stahllegierung,
• Erwärmen zumindest des Blechverbunds (10) auf Austenitisierungstemperatur,
• Warmumformen der Blechplatine (5) in einem wenigstens bereichsweise gekühlten Pressformwerkzeug (52) und
• wenigstens teilweises Härten der geformten Blechplatine (5) im Pressformwerkzeug (52) oder in einer nachfolgenden Kühlwerkzeugstufe (53, 54).
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmumformen und Härten der Blechplatine (5) in oder mittels einer einzigen Presse (50, 50', 50", 50"') mit mehreren Werkzeugstufen (52, 53, 54) durchgeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen und Warmumformen und optional Härten der Blechplatine (5) in einer einzigen Presse (50, 50', 50", 50"') mit mehreren Werkzeugstufen (51, 52, 53, 54, 55) durchgeführt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung innerhalb von 30 Sekunden, bevorzugt innerhalb von 20 Sekunden, insbesondere innerhalb von 10 Sekunden durchgeführt wird und/oder die Erwärmung ohne Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteilbeschnitt oder ein Lochen nach dem Warmumformen und Härten, insbesondere in einer nachfolgenden Werkzeugstufe (53, 54) der Presse (50, 50', 50") durchgeführt wird, bevorzugt wird ein Bauteilbeschnitt und/oder Lochen nach dem Presshärten durchgeführt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen durch Kontakterwärmung durchgeführt wird.
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