EP3408420A1 - Verfahren zur wärmebehandlung eines metallischen bauteils - Google Patents

Verfahren zur wärmebehandlung eines metallischen bauteils

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EP3408420A1
EP3408420A1 EP17703343.8A EP17703343A EP3408420A1 EP 3408420 A1 EP3408420 A1 EP 3408420A1 EP 17703343 A EP17703343 A EP 17703343A EP 3408420 A1 EP3408420 A1 EP 3408420A1
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EP
European Patent Office
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component
furnace
nozzle
temperature
subregion
Prior art date
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EP17703343.8A
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EP3408420C0 (de
EP3408420B1 (de
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Andreas Reinartz
Jörg Winkel
Frank WILDEN
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Schwartz GmbH
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Schwartz GmbH
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Publication date
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Priority claimed from DE102016202766.2A external-priority patent/DE102016202766A1/de
Priority claimed from DE102016118253.2A external-priority patent/DE102016118253A1/de
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    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article

Definitions

  • the invention relates to a method for heat treatment of a metallic component.
  • the invention finds particular application in the partial curing of optionally precoated.
  • B. A- and B-pillars, side impact protection in doors, Schw eller, frame parts, bumper, cross member for floor and roof, front and rear side members to provide that have different strengths in sub-areas, so that the body part can fulfill partially different functions.
  • the center area of a B pillar of a vehicle should have high strength to protect the occupants in the event of a side impact.
  • the upper and lower end portions of the B-pillar should have a comparatively low strength in order to accommodate deformation energy during a side impact and to allow easy assembly with other body components during assembly of the B-pillar.
  • the hardened component To form such a partially hardened body component, it is necessary for the hardened component to have different material properties or strength properties in the subregions.
  • To set different Materiaige Shege or strength properties after curing for example, to be hardened steel sheet already provided with different interconnected sheet metal sections or partially cooled in the press partially different.
  • a method for the heat treatment of a metallic component is to be specified, which allows an industrial scale, in particular possible most efficient feasible partially different heat treatment of the component.
  • the method should in particular contribute to reducing the influence of the process section of the heat treatment process upstream of the press on the cycle time of the entire heat treatment process.
  • a first (more ductile part in the finished component) of the component is convective by means of at least one nozzle discharging a fluid flow towards the first portion cooled, so that a temperature difference of at least 100 K [Kelvin] is set between the at least one first portion and at least one second (in the finished treated component compared to harder) portion of the component, wherein the at least one nozzle with an overpressure of at least 2 bar is operated.
  • the proposed method is used in particular for the targeted component-specific thermal treatment of a (steel) component or for the targeted setting of different microstructures in different subregions of a steel component.
  • the method is used for partial curing of optionally precoated components of a (high-strength) manganese-boron Stahi.
  • the cooling of the at least one first subregion of the component by at least one nozzle operated with an overpressure of at least 2 bar allows in a particularly advantageous manner for the at least one first subregion of the component to be cooled down very rapidly by at least 100 K, in particular so fast that a cooling time is less than or equal to a cycle time at a downstream press hardening tool (press cycle).
  • such short cooling times can not be achieved with blowers which are used to generate a (cooling)
  • Air stream can be used towards a component surface.
  • a cooling time in which the at least one first subregion of the component is cooled ceremonily or by means of the nozzle is preferably less than fifteen seconds, in particular less than ten seconds or even less than five seconds or particularly preferably less than three seconds.
  • the metallic component is preferably a metallic board, a steel sheet or an at least partially preformed semi-finished product.
  • the metallic component is preferably with or from a (hardenable) steel, for example a boron (manganese) steel, for. B. with the name 22MnB5 formed. More preferably, the metallic component is at least for the most part provided with a (metallic) coating or precoated.
  • the metallic coating may be, for example, a (predominantly) zinc-containing coating or a (predominantly) aluminum and / or silicon-containing coating, in particular a so-called aluminum / silicon (Al / Si) coating.
  • the at least one nozzle is preferably arranged in a tempering station, wherein the tempering station is particularly preferably arranged downstream of a first furnace and / or upstream of a second furnace.
  • the at least one nozzle in particular a nozzle outlet of the nozzle, can be aligned towards the first subregion.
  • the at least one nozzle, in particular a nozzle inlet of the nozzle can be connected to a Fiuidán.
  • the fluid source may be a tank in which the fluid forming the fluid stream is stored compressed.
  • the fluid may be, for example, compressed air, nitrogen, water or a mixture thereof.
  • the fluid is preferably compressed air and / or the fluid flow is a (pressure) air flow.
  • the at least one nozzle is preferably at least one compressed-air nozzle.
  • the at least one nozzle is preferably operated with compressed air.
  • the at least one nozzle in particular a nozzle inlet of the nozzle, can be connected to at least one compressor.
  • providing compressed air with a Overpressure of at least 2 bar by means of at least one compressor can be supplied to the at least one nozzle. This can be done before, simultaneously and / or at least partially parallel to the cooling by means of the at least one nozzle. If multiple nozzles are provided, they may be connected to a common compressor.
  • the compressor is provided and arranged to supply at least one Druckiii ftdüse compressed air with an overpressure of at least 2 bar.
  • the compressor can provide, for example, a (system) overdrawer of at least 2 bar, which is preferably stored or stored in a pressure (air) store.
  • a (corresponding) pressure accumulator is arranged in a pipeline system connecting the compressor to the at least one pressure air nozzle and / or connected to the pipeline system between the compressor and the at least one compressed air nozzle.
  • At least one controllable valve can be arranged between the compressor and the at least one compressed air nozzle, which valve is actuated, in particular opened and closed, in accordance with a desired cooling time and / or a desired (compressed air) volume flow.
  • the (each) nozzle is shaped in the manner of a flat jet nozzle. More preferably ind provided a plurality of nozzles, which are particularly preferably arranged to a nozzle array. In particular, the shape of the nozzle field and / or the arrangement of the plurality of nozzles adapted to the (to be achieved) geometry of the at least one first portion of the component.
  • the cooling is carried out by means of a plurality, in particular by means of at least five or even at least ten nozzles, which can be controlled individually or in groups, in particular with a (specific) fluid Voiumenstrom can be applied.
  • the nozzles are controlled time-dependent.
  • the nozzles are controlled in such a way (individually or in groups) that specifically one or more temperature changes are set between partial regions of the component, for instance between the at least one first partial region and the at least one second partial region.
  • the nozzles can be controlled in such a way (individually or in groups) that in the temperature control station targeted environmental influences, which can act on the component after leaving the tempering station, are compensated.
  • Such a compensation which is to be understood in particular as a prevention, can for example be such that a further lying on the edge region of the component, in particular a further lying on the component edge region of the at least one first portion, less cooled than one compared further away from the edge lying portion of the component, in particular as an edge of the component lying edge of the at least a first portion of the component, so as to take place after leaving the tempering, especially in heat exchange with the environment faster cooling of the component in the edge regions to take into account or even (essentially) to compensate.
  • the component has partially different (component) temperatures, wherein a temperature difference between a first temperature of the at least one first partial region and a second temperature of the at least one second partial region of the component is set.
  • several (different) temperature differences between subregions of the component can be adjusted. For example, it is possible to set three or more subregions in the component with mutually different temperatures.
  • the partially different temperatures can lead to different microstructures or strength properties occurring in the component, in particular during an optionally subsequent quenching, such as during a molding process.
  • the at least one nozzle is operated with an overpressure of at least 2 bar, preferably of at least 2.5 bar, more preferably of at least 3.5 bar or even of at least 5 bar.
  • a fluid forming the fluid flow, in particular during a cooling time, at a nozzle inlet of the at least one nozzle has an overpressure of at least 2 bar, preferably at least 2.5 bar, more preferably at least 3.5 bar or even at least 5 bar ,
  • the overpressure with which the at least one nozzle is operated can relate in particular to the pressure reserve stored or stored in the pressure accumulator.
  • Under an overpressure here is a pressure to understand, which is determined relative to the ambient pressure or atmospheric pressure.
  • the Fiuidstrom can be accelerated.
  • the fluid flow exits the at least one nozzle at an exit velocity of approximately sound velocity.
  • the fluid flow discharged by means of the at least one nozzle exerts on a component surface of the component in the at least one first partial region of the component a blow pressure of at least 3000 Pa [Pascal] or N / m 2 [Newton per square meter].
  • a cooling rate of at least 100 K / s [Kelvin per second] is set.
  • At least the at least one first subregion of the component is heated by at least 500 K, preferably by at least 600 K or even by at least 800 K, before cooling.
  • the at least one first portion of the component is heated prior to cooling mitteis the at least one nozzle in a first furnace and / or by means of radiant heat and / or convection.
  • the cooling takes place by means of the at least one nozzle in a tempering station arranged downstream of a first furnace.
  • At least the at least one first subregion of the component after cooling be heated by at least 100 K, preferably by at least 150 K or even by at least 200 K.
  • the at least one first portion of the component is heated after cooling by means of the at least one nozzle in a second furnace and / or by means of radiant heat and / or convection.
  • the second oven is arranged downstream of the temperature control station.
  • step a) convective (partial) cooling of at least a first portion of the component in the tempering station by means of at least one nozzle discharging a Fiuidstrom toward the first portion, wherein a Tem perat u rd i fferen z between the at least one first portion and at least a second Part of the component is set and wherein the at least one nozzle is operated with an overpressure of at least 2 bar.
  • the indicated sequence of process steps a), b) and c) results in a regular course of the process. Individual or several of the method steps can be carried out simultaneously, successively and / or at least partially in parallel.
  • step a) the (entire) component is heated in a first furnace.
  • the component is homogenously or uniformly dissolved in the first furnace.
  • the component in the first furnace by means of radiant heat, for example by at least one electrically operated (the component not physically or electrically contacting) heating element, such as a heating loop and / or a heating wire, and / or at least one (gas-heated) Heated jet pipe.
  • the first furnace may be a continuous furnace or a chamber furnace.
  • the component in particular moved from the first furnace in a tempering.
  • a transport device for example comprising at least a roller table and / or an (industrial) robot can be provided.
  • the component preferably covers a distance of at least 0.5 m [meter] from the first furnace to the temperature control station. In this case, the component can be carried out in contact with the ambient air or within a protective atmosphere.
  • step c) at least a first subregion of the component in the temerary station (active) is cooled.
  • heat energy is introduced into the at least one second subregion of the component.
  • the at least one second subregion of the component in the tempering station is (exclusively) subjected to heat radiation, which is arranged, for example, by at least one electrically operated or heated, in particular in the tempering, (not contacting the component) heating element, such as a heating loop and / or a heating wire, and / or at least one, in particular in the tempering arranged, (gas-heated) jet pipe is generated and / or emitted.
  • heat radiation which is arranged, for example, by at least one electrically operated or heated, in particular in the tempering, (not contacting the component) heating element, such as a heating loop and / or a heating wire, and / or at least one, in particular in the tempering arranged, (gas-heated) jet pipe is generated and / or emitted.
  • the introduction of heat energy into the at least one second subregion of the component may preferably be carried out in the tempering station in such a way that a temperature decrease of the temperature of the at least one second subregion and / or an arc whirling of the at least one second subregion during the Whereabouts of the component in the tempering station is at least reduced.
  • This decay renshold ru ng is particularly advantageous if the component in step a) heated to a temperature above the AC3 temperature has been.
  • the introduction of heat energy into the at least one second subregion of the component in the tempering station can take place in such a way that the at least one second subregion of the component is (distinctively) heated, in particular heated by at least about 50. This procedure is particularly advantageous if the component was heated in step a) to a temperature below the AC3 temperature or even below the AC1 temperature.
  • the method further comprises at least the following steps:
  • the component is moved by the temperature control in a second oven.
  • a transport device for example comprising at least a roller table and / or a (industrial) robot can be provided.
  • the component preferably travels a distance of at least 0.5 m from the tempering station to the second furnace.
  • the component can be guided in contact with the ambient air or within a protective atmosphere.
  • the component is moved directly after removal from the tempering directly into the second oven.
  • the second furnace may be a continuous furnace or a chamber furnace.
  • step e) at least the at least one first subregion of the component in the second furnace is heated by at least 100 K, preferably by at least 150 K or even by at least 200 K.
  • a renewed heating process at least the previously (actively) cooled at least a first portion is heated by at least 100.
  • At least the at least one first subregion of the component in the second furnace is preferably (exclusively) by means of radiant heat, for example by at least one electrically operated heating element (not contacting the component), such as a heating loop and / or a heating wire, and / or at least one ( Gas-heated) jet pipe heated.
  • the at least one second subregion of the component in the second furnace is at least 50 K, more preferably at least 70 K or even at least 100 K. , in particular (exclusively) medium radiant heat, warmed.
  • the at least one second portion of the component is heated to a temperature above the AC1 temperature or even above the AC3 temperature.
  • step e) an input of heat energy, in particular by means of radiant heat, in the entire component take place.
  • the second furnace for this purpose
  • the introduction of heat energy into the at least one first subregion of the component preferably takes place in the second furnace such that the temperature of the at least one first subregion is at least 100 K, preferably around at least 120 K, more preferably at least 1 50 or even increased by at least 200 K.
  • the introduction of heat energy into the at least one second subregion of the component can preferably take place in the second furnace such that a temperature decrease of the temperature of the at least one second subregion and / or a cooling off of the at least one second subregion during the fate of the Component is at least reduced in the second furnace.
  • This decay point is particularly advantageous when the component has been heated in step a) to a temperature above the AC3 temperature.
  • the introduction of heat energy into the at least one second subregion of the component in the second furnace can take place such that the at least one second subregion of the component at least (clearly) heats up, in particular by at least 50 K., more preferably by at least 70 K or even by at least 100 K; and / or heated to a temperature above the AC 1 temperature or even above the AC3 temperature.
  • This method is particularly advantageous when the component has been heated in step a) to a temperature below the AC3 temperature or even below the AC1 temperature.
  • the method further comprises at least the following steps:
  • the movement preferably takes place in step f) by means of a transport device, for example at least comprising a roller table and / or an (industrial) robot.
  • a transport device for example at least comprising a roller table and / or an (industrial) robot.
  • the component lays from the second furnace to the Press hardening tool a distance of at least 0.5 m back. In this case, the component in contact with the ambient air or within a
  • Protective atmosphere are performed.
  • the component is spent directly after removal from the second oven directly into the press-hardening tool.
  • the component rode in rope a) is heated to a temperature below the AC3 temperature or even below the AC 1 temperature.
  • the ACT temperature is the temperature above which the flow starts from ferrite to austenite upon heating of a metallic component, especially a steel component.
  • the component is heated in step a) to a temperature above the AC3 temperature.
  • the AC3 temperature is the temperature at which the
  • the at least one first subarea in step c) is cooled convectively to a temperature below the AC 1 temperature.
  • the at least one first portion in step c), in particular convective to a temperature below 550 ° C [° Celsius] (823.15 K), more preferably below 500 ° C (773.1 5 K) or even below 450 ° C (723, 1 5 K) cooled.
  • a method for (partially different) heat treatment of a metallic component with at least the following steps could also serve to achieve the stated object (s):
  • a device for heat treatment of a metallic component which comprises at least:
  • a first furnace which can be heated in particular by means of radiant heat and / or convection
  • a tempering station arranged downstream of the first furnace, in which at least one nozzle is arranged or held, which is used for discharging a fluid for cooling at least a first subregion of the component is provided and set up, in particular so that a temperature difference between the at least one first portion and at least a second portion of the component is adjustable, wherein the at least one nozzle is preferably provided and adapted to be operated with an overpressure of at least 2 bar,
  • Radiant heat and / or convection heatable second furnace which is provided and adapted to heat at least the at least a first portion of the component by at least 100 K.
  • the device can serve to carry out a method presented here.
  • the device is preferably provided and set up for carrying out a method presented here.
  • the device is associated with an electronic control unit which is suitable and arranged for carrying out a method proposed here.
  • the control unit particularly preferably has at least one program-controlled microprocessor and an electronic memory in which a control program is stored, which is provided and set up to execute a method proposed here.
  • the first furnace or the second furnace is a continuous furnace or a chamber furnace.
  • the first furnace is a continuous furnace, in particular a roller hearth furnace.
  • the second furnace is a continuous furnace, in particular a roller hearth furnace, or a chamber furnace, in particular a multilayer chamber furnace. with at least two superimposed chambers.
  • the second furnace preferably has a furnace interior, in particular (exclusively) which can be heated by means of radiant heat, preferably in the furnace interior a nearly uniform internal temperature is adjustable.
  • a plurality of such furnace interior spaces may be present, corresponding to the number of chambers.
  • Radiation heat sources are preferably arranged in the first furnace and / or in the second furnace (exclusively).
  • at least one electrically operated (component non-contacting) heating element such as at least one electrically operated heating loop and / or at least one electrically operated heating wire is arranged in a furnace interior of the first furnace and / or in a furnace interior of the second furnace.
  • at least one in particular gas-heated jet pipe can be arranged in the furnace interior of the first furnace and / or the furnace interior of the second furnace.
  • a plurality of risers 1 or 10 are arranged, in each of which at least one gas burner burns.
  • the inner region of the steel tubes, into which the gas burners burn in is atmospherically separated from the furnace interior, so that no combustion gas or exhaust gases can enter the interior of the furnace and thus influence the furnace atmosphere.
  • Such an arrangement is also referred to as "indirect gas heating".
  • At least one nozzle is arranged or held, which is provided and arranged for discharging a fluid.
  • the at least one nozzle can be operated with an overpressure of at least 2 bar.
  • the device can furthermore, in particular for providing the overpressure, have at least one compressor, which is preferably associated with the temperature control station.
  • the compressor can with the at least one nozzle, in particular with a nozzle inlet of the nozzle (fluidically) be connected.
  • the device has at least one pressure (air) memory which is provided and arranged to hold or store pressure provided by means of the compressor.
  • the pressure accumulator is assigned to the temperature control station.
  • the pressure accumulator is disposed in a pipe connecting the compressor to the at least one compressed air nozzle, and / or connected to the piping system between the compressor and the at least one compressed air nozzle.
  • the compressor is preferably provided and adapted to provide the fluid stream forming fluid at an overpressure of at least 2 bar.
  • the compressor is preferably a reciprocating compressor, a rotary compressor, in particular a screw compressor, or a turbo-compressor, which is particularly preferably designed with a plurality of rotatably drivable blades (at least one impeller) and a plurality of stationary blades (at least one stator) ,
  • a source for a pressurized fluid can be provided, which can be connected to the at least one nozzle v.
  • This is preferably a source in which a liquified gas is vaporized, for example via a corresponding heat exchanger which, for example, effects evaporation of the liquefied gas (for example liquefied nitrogen) in ambient air.
  • the vaporized gas may then preferably be supplied to a compressor to increase the pressure, sol lte the gas pressure at the outlet of the source le be too low.
  • At least one heater is disposed in the temperature control station (moreover).
  • the heater is provided in and disposed of in response to heat energy into the heater enter at least a second portion of the component.
  • the heating device is arranged and / or aligned in the tempering station such that the introduction of thermal energy into the at least one second subregion of the component can be carried out simultaneously or at least partially parallel to the cooling of the at least one first subregion of the component by means of the at least one nozzle ,
  • the heating device preferably comprises (at least) at least one grid heater and one heat exchanger.
  • the at least one transformer 1 is not heated with at least one electrically operated heating element (not contacting the component), such as at least one electrically operated heating loop and / or at least one electrically operated heating wire.
  • at least one gas-heated jet pipe can be provided as the jet as a jet.
  • the apparatus may include a press hardening tool downstream of the second furnace. The press-hardening tool is in particular provided and arranged to simultaneously or at least partially reshape the component and to quench it (at least partially).
  • the details, features and advantageous embodiments discussed in connection with the method can accordingly also occur in the case of the device presented here and vice versa. In that regard, reference is made in full to the statements there for a more detailed characterization of the features.
  • the use of at least one nozzle operated with an overpressure of at least 2 bar for the convective cooling of at least one first portion of a metallic component is proposed, wherein the nozzle is used such that a temperature difference of at least 100 K between the at least one first portion and at least a second portion of the component is set.
  • Fig. 1 a diagram of a device with which an inventive
  • FIG. 2 is a detail view of the device of FIG. 1,
  • Fig. 3 can be achieved by means of a method according to the invention
  • Fig. 4 shows another mitteis a method according to the invention achievable temperature-time course.
  • 1 schematically shows a device 12 for heat treatment of a metallic component 1 with which a method according to the invention can be carried out.
  • the device 12 has a first furnace 7, a tempering station 8, a second furnace 9 and a press hardening tool 1 1.
  • the device 12 represents a hot forming line for press hardening.
  • the tempering station 8 is (directly) arranged downstream of the first furnace 7 so that a component 1 to be treated by means of the device 12 can be brought directly into the tempering station 8 after leaving the first furnace 7. Further, the two kiln 9 of the tempering station 8 and the press hardening tool 1 1 are arranged downstream of the second kiln 9 (directly).
  • FIG. 2 schematically shows a detail view of the device from FIG. 1.
  • FIG. In Fig. 2, the temperature control 8 of the apparatus of Fig. 1 is illustrated in more detail.
  • a nozzle 3 is arranged, which discharges a Fiuidstrom 4 toward a first portion 2 of the component in order to cool this first portion 2 convectively (active).
  • the nozzle 3 is operated by way of example with an overpressure of 5 bar.
  • the nozzle is cinktss character connected to a compressor 1 3.
  • a heating device 1 1 is arranged in the tempering 8, which is provided for registering v of thermal energy in a two-part 6 of the component 1 and set up.
  • the heating is performed by way of example as an electrically operable heating wire.
  • FIG. 3 shows diagrammatically a telemetering unit which can be achieved by means of a method according to the invention.
  • the temperature T of the metallic component or the temperatures T of the at least one first partial region and of the at least one second partial region of the component is plotted over the time t.
  • the metallic component 1 is first uniformly heated to a temperature below the AC 1 temperature until the time t i. This heating takes place here by way of example in a first furnace 2.
  • the metallic component is transferred from the first furnace to a tempering station.
  • the component temperature for example, by heat loss to the environment easily decrease.
  • At least a first portion of the component in the temperature control (active) is cooled. This is illustrated in FIG. 3 on the basis of the lower temperature-time profile between the times t 2 and t 3 .
  • at least a second portion of the component in the tempering (light) is heated. This is illustrated in FIG. 3 on the basis of the upper temperature-time profile between times t 2 and t 3 .
  • a temperature difference 5 is set between the at least one first partial region and at least one second partial region of the component.
  • the component is transferred from the tempering station into a second oven different from the first oven.
  • the set in the tempering partially different temperatures, for example, by heat loss to the environment can easily decrease.
  • the component is heated in the second furnace such that the temperature of the at least one first portion of the component is increased by at least 150 K.
  • the heating takes place in the second oven such that at the same time the temperature of the at least one second portion of the component is brought to a temperature above the AC3 temperature.
  • the component is transferred from the second furnace to a press hardening tool.
  • the set in the second furnace partially different temperatures, for example, by heat loss to the environment can easily decrease.
  • Fig. 4 shows schematically another educable by a method according to the invention temperature-time course.
  • the metallic component is uniformly heated to a temperature above the AC3 temperature until time ti. This heating takes place here by way of example in a first oven.
  • the metallic component is transferred from the first furnace to a tempering station. In this case, the component temperature can easily decrease.
  • the temperature control active
  • FIG. 4 shows schematically another educable by a method according to the invention temperature-time course.
  • FIG. 4 shows that a temperature difference 5 is set in the tempering station between the at least one first partial area and at least one second partial area of the component. Between the Zeilticianen t 3 and the component is transferred from the tempering in a different from the first oven second oven.
  • the set in the temperature control partially different temperatures can easily decrease.
  • the component is heated in the two-way oven such that the temperature of the at least one first portion of the component is increased by at least 150 K.
  • the heating in the second furnace is de art that at the same time an A bk h ugh yogai gk with the at least one second portion of the component, compared to a A bk h h 1 speed reduced during heat transfer to the environment.
  • the component is transferred from the second furnace to a press hardening tool.
  • a press hardening tool In the second oven adjusted, partially different temperatures, for example, by #3abgabc to the environment easily decrease.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung beim partiellen Härten von gegebenenfalls vorbeschichteten Bauteilen aus einem hochfesten Mangan- Bor-Stahl. Bei dem Verfahren wird mindestens ein erster Teilbereich (2) des Bauteils (1) mittels mindestens einer Düse (3), die einen Fluidstrom (4) hin zu dem ersten Teilbereich (2) austrägt konvektiv gekühlt, sodass eine Temperaturdifferenz (5) von mindestens 100 K zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich (2) und mindestens einem zweiten Teilbereich (6) des Bauteils (1) eingestellt wird, wobei die mindestens eine Düse (3) mit einem Überdruck von mindestens 2 bar betrieben wird.

Description

Verfahren zur Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung beim partiellen Härten von gegebenenfalls vorbeschichteten. Bauteilen aus einem hochfesten Mangan- Bor-Stahl.
Zur Herstellung sicherheitsrelevanter Fahrzeug-Karosseriebauteiie aus Stahlblech ist es regelmäßig erforderlich das Stahlblech während oder nach der Umformung zu dem Karosseriebauteil zu härten. Hierzu hat sich ein Wärmebehandlungsverfahren etabl iert, das als „Presshärten" bezeichnet wird. Dabei wird das Stahlblech, das regelmäßig in der Form einer Platine bereitgestellt wird zunächst in einem Ofen aufgeheizt und anschließend während der Umformung in einer Presse abgekühlt und dadurch gehärtet.
Seit einigen Jahren besteht nun das Bestreben mittels des Presshärtens Karosseriebauteile von Kraftfahrzeugen, wie z. B. A- und B-Säulen, Seitenaufprallschutzträger in Türen, Schw eller, Rahmenteile, Stoßstangenfänger, Querträger für Boden und Dach, vordere und hintere Längsträger, bereitzustellen, die in Teilbereichen unterschiedliche Festigkeiten aufweisen, sodass das Karosseriebauteil partiell unterschiedl iche Funktionen erfüllen kann. So soll zum Beispiel der mittlere Bereich einer B-Säule eines Fahrzeugs eine hohe Festigkeit aufweisen, um die Insassen im Falle eines Seitenaufpralls zu schützen. Gleichzeitig sollen der obere und untere Endbereich der B-Säule eine vergleichsw eise geringe Festigkeit aufweisen, um zum einen Verformungsenergie während eines Seitenaufpralls aufnehmen zu können und zum anderen während der Montage der B-Säule eine einfache Vcrbindbarkeit mit anderen Karosseriebauteilen zu ermöglichen. Zur Ausbildung eines solchen partiell gehärteten Karosseriebauteils ist es erforderlich, dass das gehärtete Bauteil in den Teilbereichen unterschiedliche Materiaigefüge beziehungsweise Festigkeitseigenschaften aufweist. Zur Einstellung unterschiedlicher Materiaigefüge beziehungsweise Festigkeitseigenschaften nach dem Härten kann beispielsweise das zu härtende Stahlblech bereits mit unterschiedlichen, miteinander verbundenen Blechabschnitten bereitgestellt oder in der Presse partiell unterschiedlich abgekühlt werden. Alternativ oder zusätzlich besteht die Möglichkeit, das zu härtende Stahlblech vor dem Abkühlen und Umformen in der Presse partiell unterschiedlichen Wärmebehandlungsprozessen zu unterwerfen. In diesem Zusammenhang können beispielsweise lediglich diejenigen Teilbereiche des zu härtenden Stahlblechs aufgeheizt werden, in denen eine Gefügeumwandlung hin zu härteren Gefügen, wie etwa Martensit stattfinden soll. Eine solche Verfahrensführung weist jedoch regelmäßig den Nachteil auf, dass das Eindiffundieren einer üblicherweise zum Schutz vor Verzunderung auf die Oberfläche des Stahlblechs aufzubringenden Beschichtung, etwa einer Aluminium-Siiizium-Beschichtung nicht effizient in den Wärmebehandlungsprozess integriert werden kann. Ferner besteht die Möglichkeit, die partielle Wärmebehandlung mittels Kontaktplatten durchzuführen, die zur partiellen Temperierung des Stahlblechs durch Wärmeleitung ausgebildet sind. Dies erfordert jedoch eine bestimmte Kontaktzeit mit den Platten, die üblicherweise länger ist als eine mittels der nachgelagerten Presse erreichbare (minimale) Taktzeit. Weiterhin erschwert die Abstimmung zwischen bestimmter Kontaktzeit und Taktzeit an der Presse regelmäßig die Integration entsprechender Temperierstationen in eine Presshärtelinie im industriellen Maßstab, in der Produktionsschwankungen, während des Betriebs in der Regel unvermeidbar sind. Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorl iegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils angegeben werden, das eine im industriellen Maßstab, insbesondere mögl ichst effizient durchführbare partiell unterschiedliche Wärmebehandlung des Bauteils erlaubt. Zudem soll das Verfahren insbesondere dazu beitragen, den Ein flu ss des Prozessabschnitts des Wärmebehandlungsprozesses, der der Presse vorgelagert ist auf die Takt zeit des gesamten Wännebehandlungsprozesses zu reduzieren.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur (partiell unterschiedlichen ) W ä m eb eh a n d I u n g eines metall ischen Bauteils wird mindestens ein erster ( im fertig behandelten Bauteil duktileren) Teilbereich des Bauteils mittels mindestens einer Düse, die einen Fluidstrom hin zu dem ersten Teilbereich austrägt konvektiv gekühlt, sodass eine Temperaturdifferenz von mindestens 100 K [Kelvin] zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten ( im fertig behandelten Bauteil im Vergleich dazu härteren) Teilbereich des Bauteils eingestellt wird, wobei die mindestens eine Düse mit einem Überdruck von mindestens 2 bar betrieben wird. Das vorgeschlagene Verfahren dient insbesondere zur gezielten bauteilzoncn individuellen Wärmebehandlung eines ( Stahl-) Baute i 1 s beziehungsweise zum gezielten Einstellen unterschiedlicher Gefüge in verschiedenen Teilbereichen eines Stahlbauteils. Bevorzugt dient das Verfahren zum partiellen Härten von gegebenenfalls vorbeschichteten Bauteilen aus einem (hochfesten ) Mangan-Bor-Stahi.
Das vorgeschlagene Verfahren erlaubt in besonders vorteilhafter Weise, dass eine partiell unterschiedl iche Wärmebehandlung eines Bauteils auch im industriellen
Maßstab zuverlässig durchführbar ist. Insbesondere dadurch, dass das Kühlen des mindestens einen ersten Teilbereichs des Bauteils mitteis mindestens einer mit einem Überdruck von mindestens 2 bar betriebenen Düse durchgeführt wird, kann der Einfiuss des Prozessabschnitts des Wärmebehandlungsprozesses, der einer Presse vorgelagert ist auf die Taktzeit des gesamten Wärmebehandlungsprozesses reduziert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, erlaubt das Kühlen des mindestens einen ersten Teilbereichs des Bauteils mitteis mindestens einer mit einem Überdruck von mindestens 2 bar betriebenen Düse in besonders vorteilhafter Weise, dass der mindestens eine erste Teilbereich des Bauteils sehr schnell um mindestens 100 K heruntergekühlt werden kann, insbesondere derart schnell, dass eine Abkühl zeit kleiner oder gleich einer Taktzeit an einem nachgeordneten Presshärtewerkzeug (Pressentakt) ist. Derart kurze Abkühlzeiten können insbesondere nicht mit Gebläsen erreicht werden, die zum Erzeugen eines (Kühl-)
Luft Stroms hin zu einer Bauteiloberfläche verwendet werden können. Bevorzugt beträgt eine Abkühlzeit, in der der mindestens eine erste Teilbereich des Bauteils konv ektiv beziehungsweise mittels der Düse gekühlt wi d weniger als fünfzehn Sekunden, insbesondere weniger als zehn Sekunden oder sogar weniger als fünf Sekunden oder besonders bev orzugt weniger als drei Sekunden. Bei dem metallischen Bauteil handelt es sich vorzugsweise um eine metallische Platine, ein Stahlblech oder ein zumindest teilweise vorgeformtes Halbzeug. Das metallische Bauteil ist bevorzugt mit beziehungsweise aus einem (härtbaren) Stahl, beispielweise einem Bor-(Mangan-)Stahi, z. B. mit der Bezeichnung 22MnB5, gebildet. Weiter bevorzugt ist das metallische Bauteil zumindest zu einem Großteil mit einer (metallischen ) Besch ichtung versehen beziehungsweise vorbeschichtet. Bei der metallischen Beschichtung kann es sich beispielsweise um eine (vorrangig) Zink enthaltende Beschichtung oder eine (vorrangig) Aluminium und/oder Silizium enthaltende Beschichtung, insbesondere eine sogenannte Aluminium/Siiizium(Al/Si)-Beschichtung handeln.
Die mindestens eine Düse ist vorzugsweise in einer Temperierstation angeordnet, wobei die Temperierstation besonders bevorzugt einem ersten Ofen nachgeordnet und/oder einem zweiten Ofen vorgeordnet ist. Die mindestens eine Düse, insbesondere ein Düsenausiass der Düse, kann hin zu dem ersten Teilbereich ausgerichtet sein. Weiterhin kann die mindestens eine Düse, insbesondere ein Düseneinlass der Düse mit einer Fiuidquelle verbunden sein. Bei der Fluidquelle kann es sich um einen Tank handeln, in dem das den Fluidstrom bildende Fluid komprimiert gelagert ist. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um (Druck- )Luft, Stickstoff, Wasser oder einem Gemisch hiervon handein.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Fluid um Druckluft und/oder bei dem Fluidstrom um einen (Druck-)Luftstrom. Bei der mindestens einen Düse handelt es sich vorzugsweise um mindestens eine Druckluftdüse. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird die mindestens eine Düse bevorzugt mit Druckluft betrieben. Zur Bereitstellung der Druckluft kann die mindestens eine Düse, insbesondere ein Düseneinlass der Düse mit mindestens einem Kompressor verbunden sein. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann ein Bereitstellen von Druckluft mit einem Überdruck von mindestens 2 bar mittels mindestens eines Kompressors erfolgen. Darüber hinaus kann ein Zuführen der so bereitgestellten Druckluft zu der mindestens einen Düse erfolgen. Dies kann vor, gleichzeitig und/oder zumindest teilweise parallel zu dem Kühlen mittels der mindestens einen Düse erfolgen. Wenn mehrere Düsen vorgesehen sind, können diese mit einem gemeinsamen Kompressor verbunden sein. Bevorzugt ist der Kompressor dazu vorgesehen und eingerichtet, der mindestens einen Druckiii ftdüse Druckluft mit einem Überdruck von mindestens 2 bar zuzuführen. Hierzu kann der Kompressor beispielsweise einen (System-)Überdrack von mindestens 2 bar bereitstellen, der bevorzugt in einem Druck(-iuft-)speicher vorgehalten beziehungsweise gespeichert wird. Besonders bevorzugt ist ein (entsprechender) Druckspeicher in einem den Kompressor mit der mindestens einen Druckiuftdüse verbindenden Rohrleitungssystem angeordnet und/oder zwischen dem Kompressor und der mindestens einen Druckluftdüse mit dem Rohrleitungssystem verbunden. Zwischen dem Kompressor und der mindestens einen Druckiuftdüse kann darüber hinaus mindestens ein ansteuerbares Ventil angeordnet sein, das entsprechend einer gewünschten Abkühizeit und/oder eines gewünschten ( Druckluft )- Volumenstroms betätigt, insbesondere geöffnet und geschlossen wird. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, zwischen dem Kompressor und der mindestens einen Druckiuftdüse ein bevorzugt ansteuerbares Ventil auszubilden, mittels dem der Durchfluss des Fiuidstroms durch die Düse anpassbar ist, so dass der Voiumenstrom durch die Düse beispielsweise in Abhängigkeit von der Betriebssituation und/oder in Abhängigkeit von Eigenschaften des Bauteils wie beispielsweise der Dicke des Bauteils angepasst werden kann.
Bevorzugt ist die (jede) Düse in der Art einer Flachstrahldüse geformt. Weiter bevorzugt ind mehrere Düsen vorgesehen, die besonders bevorzugt zu einem Düsenfeld angeordnet sind. Insbesondere ist die Form des Düsen felds und/oder die Anordnung der mehreren Düsen an die (zu erzielende) Geometrie des mindestens einen ersten Teilbereichs des Bauteils angepasst.
Bevorzugt erfolgt das Kühlen mittels einer Vielzahl, insbesondere mittels mindestens fünf oder sogar mindestens zehn Düsen, die einzeln oder in Gruppen angesteuert, insbesondere mit einem (bestimmten) Fluid- Voiumenstrom beaufschlagt werden können. Bevorzugt werden die Düsen zeitabhängig angesteuert. Weiterhin bevorzugt werden die Düsen derart (einzeln oder in Gruppen) angesteuert, dass gezielt eine oder mehrere Tem perat u rd i fferenz( en ) zwischen Teilbereichen des Bauteils, etwa zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich und dem mindestens einen zweiten Teilbereich eingestellt werden. Darüber hinaus können die Düsen derart (einzeln oder in Gruppen) angesteuert werden, dass in der Temperierstation gezielt Umgebungseinflüsse, die auf das Bauteil nach Verlassen der Temperierstation wirken können, ausgeglichen werden. Ein solches Ausgleichen, das insbesondere als ein Vorbeugen zu verstehen ist, kann beispielsweise derart erfolgen, dass ein weiter am Rand liegender Bereich des Bauteils, insbesondere ein weiter am Bauteilrand liegender Bereich des mindestens einen ersten Teilbereichs, weniger stark gekühlt wird als ein im Vergleich dazu weiter entfernt vom Rand liegender Bereich des Bauteils, insbesondere als ein weiter entfernt vom Bauteil rand liegender Bereich des mindestens einen ersten Teilbereichs des Bauteils, um so eine gegebenenfalls nach Verlassen der Temperierstation, insbesondere im Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfindende schnellere Abkühlung des Bauteils in dessen Randbereichen zu berücksichtigen oder sogar (im Wesentlichen) zu kompensieren.
Durch das konvektive Kühlen wird eine Temperaturdifferenz von mindestens 100 K, bevorzugt von mindestens 150 K. oder sogar von mindestens 200 K zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten Teilbereich des Bauteils eingestellt. Nach dem Kühlen weist das Bauteil partiell unterschiedliche ( Bauteil- )Temperaturen auf, wobei eine Temperaturdifferenz zwischen einer ersten Temperatur des mindestens einen ersten Teilbereichs und einer zweiten Temperatur des mindestens einen zweiten Teilbereichs des Bauteils eingestellt ist. Darüber hinaus können mehrere (verschiedene) Temperaturdifferenzen zwischen Teilbereichen des Bauteils eingestellt werden. So ist es beispielsweise möglich, in dem Bauteil drei oder mehr Teilbereiche mit jeweils voneinander verschiedenen Temperaturen einzustellen. Die partiell unterschiedlichen Temperaturen können dazu führen, dass sich in dem Bauteil, insbesondere während eines gegebenenfalls anschließenden Abschreckens, wie etwa während eines P ressh ä t e vo rga n gs unterschiedl iche Gefüge beziehungsweise Festigkeitseigenschaften einstellen.
Die mindestens eine Düse wird mit einem Überdruck von mindestens 2 bar, bevorzugt von mindestens 2,5 bar, besonders bevorzugt von mindestens 3,5 bar oder sogar von mindestens 5 bar betrieben. Bevorzugt weist ein den Fluidstrom bildendes Fluid, insbesondere während einer Abkühlzeit, an einem Düseneinlass der mindestens einen Düse einen Überdruck von mindestens 2 bar, bevorzugt von mindestens 2,5 bar, besonders bevorzugt von mindestens 3,5 bar oder sogar von mindestens 5 bar auf. Dies bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass der Überdruck, mit dem die mindestens eine Düse betrieben wird an einem Düseneinlass der mindestens einen Düse messbar ist. Wenn die Düse mit einem Druck(-luft-)speicher verbunden ist, kann der Überdruck mit dem die mindestens eine Düse betrieben wird sich insbesondere auf den im Druckspeicher vorgehaltenen beziehungsweise gespeicherten Überdruck beziehen. Unter einem Überdruck ist hier ein Druck zu verstehen, der relativ zum Umgebungsdruck beziehungsweise Atmosphärendruck bestimmt wird. Während des Strömens durch die mindestens eine Düse kann der Fiuidstrom beschleunigt werden. Vorzugsweise tritt der Fiuidstrom mit einer Austrittsgeschwindigkeit von annähernd Schallgeschwindigkeit aus der mindestens einen Düse aus. Weiter bevorzugt übt der mittels der mindestens einen Düse ausgetragene Fiuidstrom auf eine Bauteiloberfläche des Bauteils in dem mindestens einen ersten Teilbereich des Bauteils einen Blasdruck von mindestens 3000 Pa [Pascal] beziehungsweise N/m2 [Newton pro Quadratmeter] aus. Vorzugsweise wird durch das Kühlen mittels der mindestens einen Düse in dem mindestens einen ersten Teilbereich des Bauteils eine Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 100 K/s [Kelvin pro Sekunde] eingestellt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zumindest der mindestens eine erste Teilbereich des Bauteils vor dem Kühlen um mindestens 500 K, bevorzugt um mindestens 600 K oder sogar um mindestens 800 K erwärmt wird. Bevorzugt wird der mindestens eine erste Teilbereich des Bauteils vor dem Kühlen mitteis der mindestens einen Düse in einem ersten Ofen und/oder mittels Strahlungswärme und/oder Konvektion erwärmt. Weiter bevorzugt erfolgt das Kühlen mittels der mindestens einen Düse in einer einem ersten Ofen nachgeordneten Temperierstation.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zumindest der mindestens eine erste Teilbereich des Bauteils nach dem Kühlen um mindestens 100 K, bevorzugt um mindestens 150 K oder sogar um mindestens 200 K erwärmt wird. Bevorzugt wird der mindestens eine erste Teilbereich des Bauteils nach dem Kühlen mittels der mindestens einen Düse in einem zweiten Ofen und/oder mittels Strahlungswärme und/oder Konvektion erwärmt. Besonders bevorzugt ist der zweite Ofen der Temperierstation nachgeordnet. Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur (partiell unterschiedlichen) Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils mit zumindest folgenden Schritten vorgeschlagen:
a) Erwärmen des Bauteils in einem ersten Ofen, insbesondere mitteis Strahlungswärme und/oder Konvektion,
b) Bewegen des Bauteils in eine Temperierstation,
c) konvektives (partielles) Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs des Bauteils in der Temperierstation mittels mindestens einer Düse, die einen Fiuidstrom hin zu dem ersten Teilbereich austrägt, wobei eine Tem perat u rd i fferen z zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten Teilbereich des Bauteils eingestellt wird und wobei die mindestens eine Düse mit einem Überdruck von mindestens 2 bar betrieben wird. Die angedeutete Reihenfolge der Verfahrensschritte a), b) und c) ergibt sich bei einem regulären Ablauf des Verfahrens. Einzelne oder mehrere der Verfahrensschritte können zeitgleich, nacheinander und/oder zumindest teilweise parallel durchgeführt werden. In Schritt a) wi d das (ganze) Bauteil in einem ersten Ofen erwärmt. Bevorzugt wird das Bauteil im ersten Ofen homogen beziehungsweise uniform aufgelieizt. Weiter bevorzugt wird das Bauteil im ersten Ofen (ausschließlich) mittels Strahlungswärme, beispielsweise von mindestens einem elektrisch betriebenen (das Bauteil nicht körperlich oder elektrisch kontaktierendem ) Heizelement, wie beispielsweise einer Heizschleife und/oder einem Heizdraht, und/oder von mindestens einem (gasbeheizten) Strahlrohr erwärmt. Der erste Ofen kann ein Durchlaufofen oder ein Kammerofen sein. in Schritt b) wird das Bauteil, insbesondere von dem ersten Ofen in eine Temperierstation bewegt. Hierzu kann eine Transporteinrichtung, beispielsweise zumindest umfassend einen Rollentisch und/oder einen (Industrie-)Roboter vorgesehen sein. Bevorzugt legt das Bauteil von dem ersten Ofen bis hin zur Temperierstation eine Wegstrecke von mindestens 0.5 m [Meter] zurück. Hierbei kann das Bauteil im Kontakt mit der Umgebungsluft oder innerhalb einer Schutzatmosphäre ge fuhrt werden.
In Schritt c) wird mindestens ein erster Teilbereich des Bauteils in der Tempenerstation (aktiv) gekühlt. Bevorzugt erfolgt in der Temperierstation gleichzeitig oder zumindest teilweise parallel zu dem Kühlen des mindestens einen ersten Teilbereichs des Bauteils ein Eintragen von Wärmeenergie in den mindestens einen zweiten Teilbereich des Bauteils. Vorzugsweise wird der mindestens eine zweite Teilbereich des Bauteils in der Temperierstation (ausschließlich ) mit einer Wärmestrahlung beaufschlagt, die beispielsweise von mindestens einem elektrisch betriebenen beziehungsweise aufgeheizten, insbesondere in der Temperierstation angeordneten, (das Bauteil nicht kontaktierenden) Heizelement, wie beispielsweise einer Heizschleife und/oder einem Heizdraht, und/oder von mindestens einem, insbesondere in der Temperierstation angeordneten, (gasbeheizten) Strahlrohr erzeugt und/oder abgestrahlt wird.
Das Eintragen von Wärmeenergie in den mindestens einen zweiten Teilbereich des Bauteils kann in der Temperierstation vorzugsweise derart erfolgen, dass eine Temperaturabnahme der Temperatur des mindestens einen zweiten Teilbereichs und/oder eine A bk ü h 1 gesch w i n d igk e i t des mindestens einen zweiten Teilbereichs während des Verbleibs des Bauteils in der Temperierstation zumindest reduziert wird. Diese Verfall rensfüh ru n g ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Bauteil in Schritt a) auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur erwärmt wurde. Alternativ kann das Eintragen von Wärmeenergie in den mindestens einen zweiten Teilbereich des Bauteils in der Temperierstation derart erfolgen, dass der mindestens eine zweite Teilbereich des Bauteils (deutlich) erwärmt, insbesondere um mindestens ca. 50 aufgeheizt, wird. Diese Verfahrensführung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Bauteil in Schritt a) auf eine Temperatur unterhalb der AC3 -Temperatur oder sogar unterhalb der AC1 -Temperatur erwärmt wurde.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Verfahren weiterhin zumindest folgende Schritte umfasst:
d) Bewegen des Bauteils von der Temperierstation in einen zweiten Ofen, e) Erwärmen zumindest des mindestens einen ersten Teilbereichs des Bauteils in dem zweiten Ofen um mindestens 100 K, insbesondere mitteis Strahlungswärme und/oder Konvektion.
In Schritt d) wird das Bauteil von der Temperierstation in einen zweiten Ofen bewegt. Hierzu kann eine Transporteinrichtung, beispielsweise zumindest umfassend einen Rollentisch und/oder einen ( I ndustrie- )Roboter vorgesehen sein. Bevorzugt legt das Bauteil von der Temperierstation bis hin zu dem zweiten Ofen eine Wegstrecke von mindestens 0,5 m zurück. Hierbei kann das Bauteil im Kontakt mit der Umgebungsluft oder innerhalb einer Schutzatmosphäre geführt werden. Bevorzugt wird das Bauteil unmittelbar nach einer Entnahme aus der Temperierstation direkt in den zweiten Ofen verbracht. Der zweite Ofen kann ein Durchlaufofen oder Kammerofen sein.
In Schritt e) wird zumindest der mindestens eine erste Teilbereich des Bauteils in dem zweiten Ofen um mindestens 100 K, bevorzugt um mindestens 150 K oder sogar um mindestens 200 K erwärmt. Mit anderen Worten ausgedrückt, erfolgt im zweiten Ofen ein erneuter Erwärmungsvorgang, wobei zumindest der zuvor (aktiv) gekühlte mindestens eine erste Teilbereich um mindestens 100 erwärmt wird. Bevorzugt wird zumindest der mindestens eine erste Teilbereich des Bauteils im zweiten Ofen (ausschließlich) mittels Strahlungswärme, beispielsweise von mindestens einem elektrisch betriebenen (das Bauteil nicht kontaktierenden) Heizelement, wie beispielsweise einer Heizschleife und/oder einem Heizdraht, und/oder von mindestens einem (gasbeheizten) Strahlrohr erwärmt. Weiter bevorzugt wird in Schritt e), insbesondere gleichzeitig oder zumindest teilweise parallel zum Erwärmen des mindestens einen ersten Teilbereichs, der mindestens eine zweite Teilbereich des Bauteils in dem zweiten Ofen um mindestens 50 K, besonders bevorzugt um mindestens 70 K oder sogar um mindestens 100 K, insbesondere (ausschließlich) mitteis Strahlungswärme, erw ärmt. Besonders bevorzugt wird in Schritt e) der mindestens eine zweite Teilbereich des Bauteils auf eine Temperatur oberhalb der AC1 -Temperatur oder sogar oberhalb der AC3-Temperatur erwärmt. Alternativ wird in Schritt e), insbesondere gleichzeitig oder zumindest teilweise parallel zum Erwärmen des mindestens einen ersten Teilbereichs, eine Temperaturabnahme der Temperatur des mindestens einen zweiten Teilbereichs und/oder eine Abkühlgeschwindigkeit des mindestens einen zweiten Teilbereichs während des Verbleibs des Bauteils in dem zweiten Ofen zumindest reduziert.
Mit anderen Worten ausgedrückt kann in Schritt e) ein Eintragen von Wärmeenergie, insbesondere mittels Strahlungswärme, in das gesamte Bauteil erfolgen. Beispielsweise kann der zweite Ofen (hierzu ) einen, insbesondere (ausschließlich) mitteis Strahlungswärme beheizten, Ofeninnenraum, aufweisen, in dem vorzugsweise eine nahezu einheitliche Innentemperatur herrscht. Das Eintragen von Wärmeenergie in den mindestens einen ersten Teilbereich des Bauteils erfolgt in dem zweiten Ofen vorzugsweise derart, dass die Temperatur des mindestens einen ersten Teilbereichs um mindestens 100 K, bevorzugt um mindestens 120 K, besonders bevorzugt um mindestens 1 50 oder sogar um mindestens 200 K erhöht wird.
Das Eintragen von Wärmeenergie in den mindestens einen zweiten Teilbereich des Bauteils kann in dem zweiten Ofen vorzugsweise derart erfolgen, dass eine Temperaturabnahme der Temperatur des mindestens einen zweiten Teilbereichs und/oder eine Abküh Igeseh wi nd igke i t des mindestens einen zweiten Teilbereichs während des Verbleibs des Bauteils in dem zweiten Ofen zumindest reduziert wird. Diese Verfall ren sfüh ru n g ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Bauteil in Schritt a) auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur erwärmt wurde. Alternativ kann das Eintragen von Wärmeenergie in den mindestens einen zweiten Teilbereich des Bauteils im zweiten Ofen derart erfolgen, dass der mindestens eine zweite Teilbereich des Bauteils zumindest (deutl ich ) erwärmt, insbesondere um mindestens 50 K. besonders bevorzugt um mindestens 70 K oder sogar um mindestens 100 K; und/oder auf eine Temperatur oberhalb der AC 1 - Temperatur oder sogar oberhalb der AC3 -Temperatur aufgeheizt wird. Diese V e r fa h re n s f ü h ru n g ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Bauteil in Schritt a) auf eine Temperatur unterhalb der AC3 -Temperatur oder sogar unterhalb der AC 1 -Temperatur erwärmt wurde.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Verfahren weiterhin zumindest folgende Schritte umfasst:
f) Bewegen des Bauteils von der Temperierstation beziehungsweise von dem zweiten Ofen in ein Presshärtew erkzeug,
g) Umformen und Kühlen des Bauteils in dem Presshärtewerkzeug.
Bevorzugt erfolgt das Bewegen in Schritt f) mittels einer Transporteinrichtung, beispielsw eise zumindest umfassend einen Rollentisch und/oder einen ( Industrie-) Roboter. Bevorzugt legt das Bauteil von dem zweiten Ofen bis hin zu dem Presshärtewerkzeug eine Wegstrecke von mindestens 0,5 m zurück. Hierbei kann das Bauteil im Kontakt mit der Umgebungsluft oder innerhalb einer
Schutzatmosphäre geführt werden. Bevorzugt wird das Bauteil unmittelbar nach einer Entnahme aus dem zweiten Ofen direkt in das Presshärtewerkzeug verbracht.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Bauteil in Seil ritt a) auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur oder sogar unterhalb der AC 1 -Temperatur erwärmt wird. Die ACT -Temperatur ist die Temperatur, ab der die G e fü geu m wa n d 1 u n g v on Ferrit hin zu Austenit bei einem Erwärmen eines metallischen Bauteils, insbesondere Stahlbauteils, beginnt.
Nach einer (alternativen ) vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Bauteil in Schritt a) auf eine Temperatur oberhalb der AC3 -Temperatur erwärmt wird. Die AC3 -Temperatur ist die Temperatur, bei der die
Gefügeumwandlung von Ferrit hin zu Austenit bei einem Erwärmen eines metallischen Bauteils, insbesondere Stahibauteiis, endet beziehungsweise (v ollständig) abgeschlossen ist. Nach einer v orteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine erste Teilbereich in Schritt c) konv ektiv auf eine Temperatur unterhalb der AC 1 -Temperatur gekühlt wird. Bevorzugt wird der mindestens eine erste Teilbereich in Schritt c), insbesondere konvektiv, auf eine Temperatur unterhalb von 550°C [° Celsius] (823,15 K), besonders bevorzugt unterhalb von 500°C (773.1 5 K ) oder sogar unterhalb von 450°C (723, 1 5 K ) gekühlt.
Die im Zusammenhang mit dem zuerst vorgestellten Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften. Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier v orgestellten Verfahren auftreten und umgekehrt. Insoweit wi d auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
Zur Lösung der genannten Aufgabe(n) könnte auch ein Verfahren zur (partiell unterschiedlichen) Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils mit zumindest folgenden Schritten dienen:
a) Erwärmen des Bauteils in einem ersten Ofen, insbesondere mittels Strahlungswärme und/oder Konvektion,
b) Bewegen des Bauteils in eine Temperierstation,
c) konvektives (partielles) Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs des Bauteils in der Temperierstation mitteis mindestens einer Düse, die einen Fluidstrom hin zu dem ersten Teilbereich austrägt, wobei eine Temperaturdifferenz zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten Teilbereich des Bauteils eingestellt wird und wobei die mindestens eine Düse mit Druckluft betrieben wird.
Die im Zusammenhang mit den zuerst vorgestellten Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Verfahren auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils vorgeschlagen, die zumindest umfasst:
- einen, insbesondere mittels Strahlungswärme und/oder Konvektion beheizbaren ersten Ofen,
eine dem ersten Ofen nachgeordnete Temperierstation, in der mindestens eine Düse angeordnet beziehungsweise gehalten ist, die zum Austragen eines Fluids zum Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs des Bauteils vorgesehen und eingerichtet ist, insbesondere sodass eine Temperaturdifferenz zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten Teilbereich des Bauteils einstellbar ist, wobei die mindestens eine Düse bevorzugt dazu vorgesehen und eingerichtet ist, mit einem Überdruck von mindestens 2 bar betrieben zu werden,
einen der Temperierstation nachgeordneten, insbesondere mittels
Strahlungswärme und/oder Konvektion beheizbaren zweiten Ofen, der dazu vorgesehen und eingerichtet ist zumindest den mindestens einen ersten Teilbereich des Bauteils um mindestens 100 K zu erwärmen.
Die Vorrichtung kann zum Durchführen eines hier vorgestel lten Verfahrens dienen. Bevorzugt ist die Vorrichtung zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens vorgesehen und eingerichtet. Bevorzugt ist der Vorrichtung eine elektronische Steuereinheit zugeordnet, die zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens geeignet und eingerichtet ist. Besonders bevorzugt weist die Steuereinheit hierzu zumindest einen programmgesteuerten Mikroprozessor sowie einen elektronischen Speicher auf, in dem ein Steuerprogramm, abgelegt ist, das zur Ausführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens vorgesehen und eingerichtet ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wi d vorgeschlagen, dass zumindest der erste Ofen oder der zweite Ofen ein Durchlaufofen oder ein Kammerofen ist. Bevorzugt ist der erste Ofen ein Durchlaufofen, insbesondere ein Rollenherdofen. Besonders bevorzugt ist der zweite Ofen ein Durchlaufofen, insbesondere ein Rollenherdofen, oder ein Kammerofen, insbesondere ein Mehrlagenkammerofen. mit mindestens zwei übereinander angeordneten Kammern. Bevorzugt weist der zweite Ofen einen, insbesondere (ausschließlich ) mittels Strahlungswärme beheizbaren, Ofeninnenraum auf in dem vorzugsweise eine nahezu einheitliche Innentemperatur einstellbar ist. Insbesondere wenn der zweite Ofen als Mehrlagenkammerofen ausgeführt ist, können, entsprechend der Anzahl der Kammern, mehrere solcher Ofeninnenräume vorhanden sein. Bevorzugt sind in dem ersten Ofen und/oder in dem zweiten Ofen (ausschließlich) Strahlungswärmequellen angeordnet. Besonders bevorzugt ist in einem Ofeninnenraum des ersten Ofens und/oder in einem Ofeninnenraum des zweiten Ofens mindestens ein elektrisch betriebenes (das Bauteil nicht kontaktierendes) Heizelement, wie beispielsweise mindestens eine elektrisch betriebene Heizschleife und/oder mindestens ein elektrisch betriebener Heizdraht angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann in dem Ofeninnenraum des ersten Ofens und/oder dem Ofeninnenraum des zweiten Ofens mindestens ein insbesondere gasbeheiztes Strahlrohr angeordnet sein. Vorzugsweise sind in dem Ofeninnenraum des ersten Ofens und/oder dem Ofeninnenraum des zweiten Ofens mehrere S t ra h 1 roh rgasbren n er beziehungsweise Strahlrohre angeordnet, in die jeweils mindestens ein Gasbrenner hineinbrennt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn der innere Bereich der Stahlrohre, in den die Gasbrenner hineinbrennen, atmosphärisch von dem Ofeninnenraum getrennt ist, so dass keine Verbrennungsga.se oder Abgase in den Ofeninnenraum gelangen und somit die Ofenatmosphäre beeinflussen können. Eine solche Anordnung wird auch als „indirekte Gasbeheizung" bezeichnet.
In der Temperierstation ist mindestens eine Düse angeordnet beziehungsweise gehalten, die zum Austragen eines Fluids vorgesehen und eingerichtet ist. Die mindestens eine Düse kann mit einem Überdruck von mindestens 2 bar betrieben werden. Die Vorrichtung kann weiterhin, insbesondere zur Bereitstellung des Überdrucks, mindestens einen Kompressor aufweisen, der vorzugsweise der Temperierstation zugeordnet ist. Der Kompressor kann mit der mindestens einen Düse, insbesondere mit einem Düseneinlass der Düse (strömungstechnisch ) verbunden sein. Bevorzugt weist die Vorrichtung mindestens einen Druck(-luft-) Speicher auf, der dazu vorgesehen und eingerichtet ist, mittels des Kompressors bereitgestellten Druck vorzuhalten beziehungsweise zu speichern. Vorzugsweise ist der Druckspeicher der Temperierstation zugeordnet. Weiterhin bevorzugt ist der Druckspeicher in einem den Kompressor mit der mindestens einen Druckluftdüse verbindenden Roh rlcitu n gssy s tem angeordnet und/oder zwischen dem Kompressor und der mindestens einen Druckluftdüse mit dem Rohrleitungssystem verbunden. Der Kompressor ist vorzugsweise dazu vorgesehen und eingerichtet das den Fluidstrom bildende Fluid mit einem Überdruck von mindestens 2 bar bereitzustellen. Bei dem Kompressor handelt es sich bevorzugt um einen Kolbenverdichter, einen Rotationsv erdichter, insbesondere Schraubenverdichter, oder einen Turboverdichter, der besonders bevorzugt mit einer Vielzahl von rotierend antreibbaren Schaufeln (mindestens eines Laufrads) und einer Vielzahl von feststehenden Schaufein (mindestens eines Leitrads) ausgeführt ist.
Alternativ oder zusätzlich kann auch statt oder zusätzlich zu einem Kompressor eine Quelle für ein unter Druck stehendes Fluid vorgesehen sein, weiche mit der mindestens einen Düse v erbindbar ist. Hierbei handelt es sich bev orzugt um eine Quelle, bei der ein verflüssigtes Gas v erdampft wird, beispielsweise über einen entsprechenden Wärmetauscher, der beispielsweise an Umgebungsluft eine Verdampfung des verflüssigten Gases (beispielsweise verflüssigter Stickstoff) bewirkt. Das verdampfte Gas kann dann bevorzugt einem Kompressor zur Erhöhung des Druckes zugeführt werden, sol lte der Gasdruck am Ausgang der Quel le zu niedrig sein.
Bev orzugt ist in der Temperierstation (zudem ) mindestens eine E rwä rm u ngse i n ri eh t u n g angeordnet. Vorzugsweise ist die E rw ä rm u n gse i n rieh t u n g dazu vorgesehen und eingerichtet, Wärmeenergie in den mindestens einen zweiten Teilbereich des Bauteils einzutragen. Besonders bevorzugt ist die Erwärmungseinrichtung derart in der Temperierstation angeordnet und/oder ausgerichtet, dass das Eintragen von Wärmeenergie in den mindestens einen zweiten Teilbereich des Bauteils gleichzeitig oder zumindest teilweise parallel zu dem Kühlen des mindestens einen ersten Teilbereichs des Bauteils mittels der mindestens einen Düse ausführbar ist. Bevorzugt umfasst die Erwärmungseinrichtung (ausschließlich) mindestens eine S t rah 1 u n gswä rm eq u el 1 e . Besonders bevorzugt ist die mindestens eine S trah 1 u n gswärm eq uel 1 e mit mindestens einem elektrisch betriebenen (das Bauteil nicht kontaktierenden) Heizelement, wie beispielsweise mindestens einer elektrisch betriebenen Heizschleife und/oder mindestens einem elektrisch betriebenen Heizdraht gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann als Strahl u n gs vv ä r m eq u e 11 e mindestens ein gasbeheiztes Strahlrohr vorgesehen sein. Weiterhin kann die Vorrichtung ein Presshärtewerkzeug umfassen, das dem zweiten Ofen nachgeordnet ist. Dass Presshärtewerkzeug ist insbesondere dazu vorgesehen und eingerichtet das Bauteil gleichzeitig oder zumindest teilweise parallel umzuformen und (zumindest teilweise) abzuschrecken. Die im Zusammenhang mit den Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei der hier vorgestellten Vorrichtung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
Nach einem weiteren Aspekt wi d eine Verwendung mindestens einer mit einem Überdruck von mindestens 2 bar betriebenen Düse zum konvektiven Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs eines metallischen Bauteils vorgeschlagen, wobei die Düse derart verwendet wird, dass eine Temperaturdifferenz von mindestens 100 K zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten Teilbereich des Bauteils eingestellt wird.
Die vorstehend im Zusammenhang mit den Verfahren und/oder der Vorrichtung erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei der hier vorgestellten Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen. Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und/oder Erkenntnissen aus anderen Figuren und/oder der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 : ein Schaubild einer Vorrichtung, mit der ein erfindungsgemäßes
Verfahren durchführbar ist,
Fig. 2 eine Detailansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 ,
Fig. 3 einen mittels einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren
Temperatur-Zeit- Verlauf, und
Fig. 4 einen weiteren mitteis einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Temperatur-Zeit- Verlauf. Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 12 zur W ä rm eb e h a n d I u n g eines metal lischen Bauteils 1 , mit der ein erfi nd u ngsgem ä Oes Verfahren durchführbar ist. Die Vorrichtung 12 weist einen ersten Ofen 7, eine Temperierstation 8, einen zweiten Ofen 9 und ein Presshärtewerkzeug 1 1 auf. Die Vorrichtung 12 stellt hier eine Warmformlinie für das Presshärten dar. Die Temperierstation 8 ist dem ersten Ofen 7 (direkt ) nachgeordnet, sodass ein mittels der Vorrichtung 12 zu behandelndes Bauteil 1 nach Verlassen des ersten Ofens 7 direkt in die Temperierstation 8 verbracht werden kann. Ferner sind der zw eite Ofen 9 der Temperierstation 8 und das Presshärtew erkzeug 1 1 dem zw eiten Ofen 9 (direkt ) nachgeordnet.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Detailansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 . In Fig. 2 ist die Temperierstation 8 der Vorrichtung aus Fig. 1 näher veranschaulicht. In der Temperierstation 8 ist eine Düse 3 angeordnet, die einen Fiuidstrom 4 hin zu einem ersten Teilbereich 2 des Bauteils austrägt, um diesen ersten Teilbereich 2 konvektiv (aktiv ) zu kühlen. Die Düse 3 w ird beispielhaft mit einem Überdruck von 5 bar betrieben. Hierzu ist die Düse cinktssseitig mit einem Kompressor 1 3 verbunden. Zudem ist in der Temperierstation 8 eine Erwärmungseinrichtung 1 1 angeordnet, die zum Eintragen v on Wärmeenergie in einen zw eiten Teilbereich 6 des Bauteils 1 vorgesehen und eingerichtet ist. Hierzu ist die E rw ä rm u n gse i n r i c h t u n g 1 1 beispielhaft als elektrisch betreibbarer Heizdraht ausgeführt.
Fig. 3 zeigt schematisch einen mittels einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Te m e ra t u r-Z e i t - V e r 1 a u f. Hierin ist die Temperatur T des metal lischen Bauteils beziehungsweise sind die Temperaturen T des mindestens einen ersten Teilbereichs und des mindestens einen zw eiten Teilbereichs des Bauteils über der Zeit t aufgetragen. Gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Temperatur-Zeit-Verlauf wird das metallische Bauteil 1 zunächst, bis zum Zeitpunkt ti uniform auf eine Temperatur unterhalb der AC 1 -Temperatur erwärmt. Dieses Erwärmen erfolgt hier beispielhaft in einem ersten Ofen 2. Zwischen den Zeitpunkten tj und t2 wird das metallische Bauteil von dem ersten Ofen in eine Temperierstation transferiert. Hierbei kann die Bauteiltemperatur, beispielsweise durch Wärmeabgabe an die Umgebung leicht abnehmen.
Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird mindestens ein erster Teilbereich des Bauteils in der Temperierstation (aktiv) gekühlt. Dies ist in Fig. 3 anhand des unteren Temperatur-Zeit-Verlaufs zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 veranschaulicht. Parallel wird mindestens ein zweiter Teilbereich des Bauteils in der Temperierstation (leicht) erwärmt. Dies ist in Fig. 3 anhand des oberen Temperatur-Zeit- Verlaufs zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 veranschaulicht. So wird in der Temperierstation eine Temperaturdifferenz 5 zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten Teilbereich des Bauteils eingestellt.
Zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 wird das Bauteil von der Temperierstation in einen sich von dem ersten Ofen unterscheidenden zweiten Ofen transferiert. Hierbei können die in der Temperierstation eingestellten, partiell unterschiedlichen Temperaturen, beispielsweise durch Wärmeabgabe an die Umgebung leicht abnehmen. Vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5 wird das Bauteil in dem zweiten Ofen derart erwärmt, dass die Temperatur des mindestens einen ersten Teilbereichs des Bauteils um mindestens 150 K erhöht wird. Zudem erfolgt das Erwärmen im zweiten Ofen derart, dass gleichzeitig die Temperatur des mindestens einen zweiten Teilbereichs des Bauteils auf eine Temperatur oberhalb der AC3- Temperatur gebracht wird.
Zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 wird das Bauteil von dem zweiten Ofen in ein Presshärtewerkzeug transferiert. Hierbei können die in dem zweiten Ofen eingestellten, partiell unterschiedlichen Temperaturen, beispielsweise durch Wärmeabgabe an die Umgebung leicht abnehmen.
Ab dem Zeitpunkt t6 bis zu einem Prozessende erfolgt ein Abschrecken des (gesamten) Bauteils in dem Presshärtewerkzeug. Hierbei kann sich in dem mindestens einen zweiten Teilbereich des Bauteils ein zumindest teilweise oder sogar mehrheitlich martensitisches Gefüge einstellen, das eine vergleichsweise hohe Festigkeit und eine vergleichsweise geringe Dukti l ität aufweist. In dem mindestens einen ersten Teilbereich des Bauteils hat im. Wesentlichen keine Gefügeumwandlung stattgefunden, da der mindestens eine erste Teilbereich des Bauteils zu keinem Zeitpunkt des Prozesses die AC1 -Temperatur überschritten hat, sodass in dem mindestens einen ersten Teilbereich des Bauteils ein mehrheitlich ferritisches Gefüge verbleibt, das eine vergleichsweise geringe Festigkeit und eine vergleichsweise hohe Duktiiität aufweist.
Fig. 4 zeigt schematisch einen weiteren mittels einem erfindungsgemäßen Verfahren erzieibaren Temperatur-Zeit- Verlauf. Zunächst wird das metallische Bauteil bis zum Zeitpunkt ti uniform auf eine Temperatur oberhalb der AC3- Temperatur erwärmt. Dieses Erwärmen erfolgt hier beispielhaft in einem ersten Ofen. Zwischen den Zeitpunkten tj und t2 wird das metallische Bauteil von dem ersten Ofen in eine Temperierstation transferiert. Hierbei kann die Bauteiltemperatur leicht abnehmen. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird mindestens ein erster Teilbereich des Bauteils in der Temperierstation (aktiv) gekühlt. Dies ist in Fig. 4 anhand des unteren Temperatur-Zeit-Verlaufs zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 veranschaulicht. Parallel kann die Temperatur mindestens eines zweiten Teilbereichs des Bauteils in der Temperierstation leicht abnehmen. Dies ist in Fig. 4 anhand des oberen Temperatur-Zeit- Verlaufs zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 veranschaulicht. Diese (passive) Temperaturabnahme in dem mindestens einen zweiten Teilbereich des Bauteils weist eine deutlich geringere Abkühlgeschw indigkeit auf, als das parallele (aktive) Abkühlen des mindestens einen ersten Teilbereichs des Bauteils. In Fig. 4 ist erkennbar, dass in der Temperierstation eine Temperaturdifferenz 5 zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einem zweiten Teilbereich des Bauteils eingestellt wird. Zwischen den Zeilpunkten t3 und wird das Bauteil von der Temperierstation in einen sich von dem ersten Ofen unterscheidenden zweiten Ofen transferiert.
Hierbei können die in der Temperierstation eingestellten, partiell unterschiedlichen Temperaturen leicht abnehmen. Vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5 wird das Bauteil in dem zw eiten Ofen derart erwärmt, dass die Temperatur des mindestens einen ersten Teilbereichs des Bauteils um mindestens 150 K. erhöht wird. Zudem erfolgt das Erwärmen im zweiten Ofen de art, dass gleichzeitig eine A b k ü h I gesch w i n d i gk e i t des mindestens einen zweiten Teilbereichs des Bauteils, im Vergleich zu einer A b k ü h 1 ges c h w i n d i g k e i t während einer Wärmeabgabe an die Umgebung reduziert ist.
Zw ischen den Zeitpunkten t5 und t6 wird das Bauteil von dem zweiten Ofen in ein Presshärtew erkzeug transferiert. Hierbei können die in dem zweiten Ofen eingestellten, partiell unterschiedlichen Temperaturen, beispielsweise durch Wärmeabgabc an die Umgebung leicht abnehmen.
Ab dem Zeitpunkt t6 bis zu einem Prozessende erfolgt ein Abschrecken des (gesamten) Bauteils in dem Presshärtewerkzeug. Hierbei kann sich in dem mindestens einen zweiten Teilbereich des Bauteils ein zumindest teilweise oder sogar mehrheitlich martensitisches Gefüge einstellen, das eine vergleichsweise hohe Festigkeit und eine vergleichsweise geringe Duktilität aufweist. In dem mindestens einen ersten Teilbereich des Bauteils kann sich ein zumindest teilweise oder sogar mehrheitlich bainitisches Gefüge einstellen, das eine vergleichsweise geringe Festigkeit und eine vergleichsweise hohe Duktilität aufweist.
Bezugszeichenliste
Bauteil
erster Teilbereich
Düse
Fluidstrom
Temperaturdifferenz
zweiter Teilbereich
erster Ofen
Temperierstation
zweiter Ofen
Presshärtewerkzeug
E rwärm u n gse i n r i c h t u n g
Vorrichtung
Kompressor

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils (1), wobei mindestens ein erster Teilbereich (2) des Bauteils (1) mittels mindestens einer Düse (3), die einen Fluidstrom (4) hin zu dem ersten Teilbereich (2) austrägt konvektiv gekühlt wird, sodass eine Temperaturdifferenz (5 ) von mindestens 100 K zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich (2) und mindestens einem zweiten Teilbereich (6) des Bauteils (1) eingestellt wird, wobei die mindestens eine Düse (3) mit einem Überdruck von mindestens 2 bar betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest der mindestens eine erste Teilbereich (2) des Bauteils (1) vor dem Kühlen um mindestens 500 K erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest der mindestens eine erste Teilbereich (2) des Bauteils (1) nach dem Kühlen um mindestens
100 K erwärmt wird.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines metallischen Bauteils (1) mit zumindest folgenden Schritten:
a) Erwärmen des Bauteils (1) in einem ersten Ofen (7),
b) Bewegen des Bauteils (1) in eine Temperierstation (8),
c) konvektives Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs (2) des Bauteils (1) in der Temperierstation (8) mittels mindestens einer Düse (3), die einen Fluidstrom (4) hin zu dem ersten Teilbereich (2) austrägt, wobei eine Temperaturdifferenz (5) zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich (2) und mindestens einem zweiten Teilbereich (6) des Bauteils (1) eingestellt wird und wobei die mindestens eine Düse (3) mit einem Uberdruck von mindestens 2 bar betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verfahren weiterhin zumindest folgende Schritte umfasst:
d) Bewegen des Bauteils (1) von der Temperierstation (8) in einen zweiten Ofen (9),
e) Erwärmen zumindest des mindestens einen ersten Teilbereichs (2) des Bauteils (1) in dem zweiten Ofen (9) um mindestens 100 K.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Verfahren weiterhin zumindest folgende Schritte umfasst:
f) Bewegen des Bauteils (1) von der Temperierstation (8) beziehungsweise von dem zweiten Ofen (9) in ein Presshärtewerkzeug (10),
g) Umformen und Kühlen des Bauteils (1) in dem Presshärtewerkzeug (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Bauteil (1) in Schritt a) auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Bauteil (1) in Schritt a) auf eine Temperatur oberhalb der AC3 -Temperatur erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der mindestens eine erste Teilbereich (2) in Schritt c) konvektiv auf eine Temperatur unterhalb der AC 1 -Temperatur gekühlt wird. Verwendung mindestens einer mit einem Uberdruck von mindestens 2 bar betriebenen Düse (3) zum konvektiven Kühlen mindestens eines ersten Teilbereichs (2) eines metallischen Bauteils (1), sodass eine Temperaturdifferenz (5) von mindestens 100 K zwischen dem mindestens einen ersten Teilbereich (2) und mindestens einem zweiten Teilbereich (6) des Bauteils (1) eingestellt wird.
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