EP3414027A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen gehärteter stahlbauteile - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erzeugen gehärteter stahlbauteile

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EP3414027A1
EP3414027A1 EP17703743.9A EP17703743A EP3414027A1 EP 3414027 A1 EP3414027 A1 EP 3414027A1 EP 17703743 A EP17703743 A EP 17703743A EP 3414027 A1 EP3414027 A1 EP 3414027A1
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EP
European Patent Office
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oxygen
edge
forming
hardening
inserts
Prior art date
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Granted
Application number
EP17703743.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3414027B1 (de
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Johannes HASLMAYR
Siegfried Kolnberger
Harald Schwinghammer
Andreas Sommer
Benedikt TUTEWOHL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voestalpine Stahl GmbH
Voestalpine Metal Forming GmbH
Original Assignee
Voestalpine Stahl GmbH
Voestalpine Metal Forming GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP3414027A1 publication Critical patent/EP3414027A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3414027B1 publication Critical patent/EP3414027B1/de
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    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • C21D1/613—Gases; Liquefied or solidified normally gaseous material
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for producing hardened steel components.
  • Hardened steel components have the advantage in particular in car body of motor vehicles that, by their outstanding mechanical properties is a possibility to create a particularly stable passenger cell, without construction ⁇ parts must be used, which are formed in normal strength much more massive and thus heavy become.
  • steel grades which are curable by quench hardening are used.
  • Such steels are, for example, boron-alloyed manganese carbon steels, with the most widely used steel being 22MnB5. But other boron-alloyed manganese carbon steels are also used for this purpose.
  • the steel material In order to produce hardened components from these grades of steel, the steel material must be heated to the austenitizing temperature (> AC 3 ) and waited until the steel material is austenitized. Depending on the desired degree of hardness partial or full austenitisings can be achieved here.
  • a sheet steel plate is cut from a steel strip and then deep-drawn in a übli ⁇ chen, for example, five-stage deep drawing process to the finished component.
  • This finished component is hereby dimensioned slightly smaller in order to compensate for a subsequent thermal expansion during austenitizing.
  • the device thus produced is then austenitized and then inserted into a shape hardening tool, in the pressed it, but is converted into very low and the heat from the component flowing through the pressure in the pressing tool, with the above the critical Härtegeschwindig ⁇ not or speed.
  • the other process route is the so called press hardening, in which a blank is cut from a sheet steel strip, and then the board is austenitized and formed the hot plate in a single step and at the same ⁇ tig with a higher than the critical hardening speed ⁇ speed is cooled.
  • press hardening in which a blank is cut from a sheet steel strip, and then the board is austenitized and formed the hot plate in a single step and at the same ⁇ tig with a higher than the critical hardening speed ⁇ speed is cooled.
  • circuit boards provided with metallic anti-corrosive coatings eg zinc.
  • Form hardening is also referred to as an indirect process and press hardening as a direct process.
  • the advantage of the indirect process is that more complex workpiece geometries can be realized.
  • first-order microcracks and second-order microcracks.
  • Microcracks of the first order are attributed to the so-called liquid metal embrittlement. It is believed that liquid zinc phases are formed during forming, i. while tensile stresses are applied to the material, they interact with remaining austenite phases, producing microcracks with depths of up to a few 100 ⁇ m in the material.
  • the Applicant has succeeded, by cooling the material between the removal from the heating furnace and before a ⁇ place in the forming tool to temperatures at which no liquid zinc phases are no longer present to prevent this. This means that hot working takes place at temperatures below about 750 ° C.
  • the second order microcracks to date in the Warmumfor ⁇ tion despite pre-cooling can not be controlled and are also formed in Warmumformtemperaturen below 600 ° C.
  • the crack depths here are a few 10 pm.
  • microcracks first order still microcracks second Ord ⁇ voltage be accepted by the users, as this is one possible source of damage.
  • the workpiece-facing surface of the material applied in the draw ⁇ edge region or the arranged Einsat zers should have a extending over the drawing edge transverse dimension, which is in the range of 1.6 times to 10 times the positive drawing radius of the die. This makes the flow characteristics of workpieces made of sheet steel is to be improved during the hot forming and thus the risk of occurrence of cracks during hot forming of work pieces made of sheet steel, preferably galvanized steel plates, are fixed ⁇ Lich reduced. With such a tool microcracks second kind can not be avoided depending ⁇ yet.
  • the object of the invention is to avoid microcracks of the second kind in directly hot-formed, ie press-hardened components.
  • micro-cracks of the second type are ent ⁇ when entering tensile-strained areas occurring zinc vapor in sufficient concentration to the steel, so- ⁇ -called Vapor metal embrittlement (VME).
  • VME Vapor metal embrittlement
  • Zinc vapor is formed by tearing the zinc iron layer during stretching during the forming process.
  • Sufficient concentration occurs insbeson ⁇ particular in those areas in which to direct contact of the sheet with the tool predominates or a very low Ab ⁇ stand of the sheet to the tool exists.
  • a very small distance in the sense of the invention is less than 0.5 mm.
  • micro-cracks are to be avoided, with the largest possible working window in material and temperature is maintained and the reaction is kos ⁇ -effectively. At least the same cycle time should not result in a cycle time increase or throughput reduction in the ⁇ construction part.
  • the zinc vapor occurring or free zinc rapidly converted in the tensile-strained regions (Deh ⁇ voltage outer fiber) by contact with oxygen-containing fluids in a stable compound such as zinc oxide or ZnJ2.
  • the protection of the steel against microcracks second order also by forming a protective layer such as oxide may ⁇ layer, be achieved by supplying a fluid. The measures described have shown that microcracks are interpreting ⁇ Lich reduced.
  • inserts can also be provided at bottlenecks or contact areas of the sheet metal blank with the tool, these contact areas being defined as those areas in which the metal sheet has a maximum distance of 0.5 mm from the tool.
  • the corresponding material must be supported in the area of the positive radii, because these are the edges that cause the deformation and initiate the flow of material.
  • These means can be for example sintered metal inserts or porous ceramic inserts in which so much oxygen is stored after the moving apart and curing of the workpiece and before inserting a new Pla ⁇ tine that this zinc nascent of released ⁇ or liberated zinc phases can be dispensed.
  • the inserts may have cropped surfaces so that the material, after it has flowed to the edge in front of beige ⁇ is spaced used.
  • this Freistel ⁇ area is formed slotted, so that a minimum support ⁇ tion of the material is possible, however, the oxygen access is ensured.
  • fluid connection cables before ⁇ handen may be that flow into the crop or in the areas that are filled with sintered metal or porous ceramic so that oxygen is supplied sufficiently. In the simplest case, this can be air or, for example, steam.
  • Materials which by themselves have a high oxygen diffusion capacity for example certain ceramics, can also be of solid construction and are either applied while the press is open or acted upon from the back with fluids containing oxygen and store this solan ⁇ ge, until it can be released to released zinc-iron phases or released zinc.
  • inserts can be formed both on the die and on the male.
  • a loading with oxygen may also be called media by flooding the mold cavity ⁇ , for example with steam or the already ge ⁇ be performed.
  • FIG. 3 shows another tool insert with release
  • 4 shows a slotted tool insert in a mallli ⁇ chen-sectional view
  • FIG. 5 shows the slotted tool insert in a surface-side view.
  • An insert 1 according to the invention is formed, for example, from a ceramic and in particular an oxide ceramic.
  • the ceramic insert runs along the drawing edges 2 and is used in the tool instead of the metallic drawing edge 2, wherein it has a back 3 and a bottom 4, with which it is positively inserted in a recess in the metallic tool.
  • the ceramic insert 1 has an upper side 6 and a front side 5, the front side 5 and the upper side 6 are preferably aligned with the corresponding surfaces of the tool.
  • This ceramic insert may be solid or dense and hard or porous hard.
  • a gas port (not shown) may be provided, passing through the insert 1 oxygen in sufficient concentration in the range the surfaces 5 and the drawing edge 2 brings.
  • Figure 2 is in the area of the surface 5 adjacent to the drawing edge 2 a free-7 made.
  • the cutout 7 has, for example, a ne depth of 5 to 10 mm, while the entire use in ⁇ example has a height between the surfaces 4 and 6 of 35 to 50 mm and a width between the surfaces 3 and 5 of 15 to 30 mm.
  • the pulling edge 2 is designed so that the thickness of the pulling edge before the cutout 7 corresponds approximately to its radius.
  • Figure 3 instead of a cutout 7 is adjacent to the pulling edge 2 le ⁇ diglich an axis extending parallel to the surface 6 of the groove 8 EXISTING ⁇ , for example, has a depth of 5 to 8 mm, where ⁇ at the height of the Groove 8 between the pulling edge 2 and the surface 5 8 to 12 mm.
  • the surface 5 is formed with slots 9 which extend from a surface 4 in the direction of the drawing edge 2, but the drawing edge 2 still has a thickness corresponding to its radius.
  • the slot width is in this case 4 to 8 mm with a slot spacing of 7 to 11 mm, so that a web width of 2 to 5 mm is realized, with a slot depth of 5 to 9 mm. Again, it has been shown that the web width has no negative impact on the oxygen supply.
  • the recesses 7 and the groove 8 or the slots 9 are filled with a porous ceramic material or a porous sintered metal material, wherein at the remindsei- te 3 of the insert feed openings for the oxygen-containing fluids present can be and / or the sintered metal or ceramic inserts between the forming processes are so laden with oxygen, for example by flooding the Formenhohlrau ⁇ mes with water vapor, or ceramic and / or the Sinterme- tall as high Sauerstoffäffintician has that during the forming processes oxygen is received, which is released during the drawing process to be released zinc or zinc zinc phases.
  • an advantage that we can be prevented ⁇ fectively by relatively simple measures the formation of microcracks second order, whereby existing environmental forming tools by milling the positive radii areas or drawing edges inserting appropriately shaped inserts can be retrofitted.
  • the 20MnB8, 22MnB8 and other manganese boron steels are also used, especially in the direct compression hardening process.
  • Titanium (Ti) 0, 01-0, 08
  • Titanium (Ti) 0, 03-0, 04

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Presshärten von Stahlblechbauteilen, wobei einem Stahlblechband aus einer härtbaren Stahllegierung eine Platine ausgeschnitten wird und die Platine anschließend austenitisiert wird, indem sie auf eine Temperatur größer Ac3 erhitzt wird und anschließend in ein Umformwerkzeug eingelegt wird und in dem Umformwerkzeug umgeformt und beim Umformen mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Mikrorissen zweiter Art der umzuformenden Blechplatinen während des Umform- und Härtevorganges benachbart zu positiven Radien und/oder Ziehkanten Sauerstoff zugeführt wird und eine Vorrichtung hierzu.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen gehärteter Stahlbauteile Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen gehärteter Stahlbauteile.
Gehärtete Stahlbauteile haben insbesondere im Karosseriebau von Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass durch ihre herausragen- den mechanischen Eigenschaften eine Möglichkeit besteht, eine besonders stabile Fahrgast zelle zu erstellen, ohne dass Bau¬ teile verwendet werden müssen, die bei normalen Festigkeiten viel massiver und dadurch schwerer ausgebildet werden. Zur Erzeugung derartiger gehärteter Stahlbauteile werden Stahlsorten, die durch eine Abschreckhärtung härtbar sind, verwendet. Derartige Stahlsorten sind zum Beispiel borlegierte Mangankohlenstoffstähle, wobei der am weitesten eingesetzte Stahl der 22MnB5 ist. Aber auch andere borlegierte Mangankoh- lenstoffstähle werden hierfür verwendet.
Um aus diesen Stahlsorten gehärtete Bauteile zu erzeugen, muss das Stahlmaterial auf die Austenitisierungstemperatur erhitzt werden (>AC3) und abgewartet werden, bis der Stahlwerkstoff austenitisiert ist. Je nach gewünschtem Härtegrad können hier Teil- oder Vollaustenitisierungen erzielt werden.
Wird ein solches Stahlmaterial nach der Austenitisierung mit einer über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegenden Ge- schwindigkeit abgekühlt, wandelt die austenitische Struktur in eine martensitische, sehr harte Struktur um. Auf diese Weise sind Zugfestigkeiten Rm bis über 1500 MPa erzielbar. Zur Erzeugung der Stahlbauteile sind derzeit zwei Verfahrens¬ wege üblich.
Beim sogenannten Formhärten wird eine Stahlblechplatine aus einem Stahlband ausgeschnitten und anschließend in einem übli¬ chen, beispielsweise fünfstufigen Tiefziehprozess zum fertigen Bauteil tiefgezogen. Dieses fertige Bauteil wird hierbei etwas kleiner dimensioniert, um eine nachfolgende Wärmedehnung beim Austenitisieren zu kompensieren.
Das so erzeugte Bauteil wird anschließend austenitisiert und dann in ein Formhärtewerkzeug eingelegt, in dem es gepresst, aber nicht oder nur sehr gering umgeformt wird und durch die Pressung die Wärme aus dem Bauteil in das Presswerkzeug fließt, und zwar mit der über der kritischen Härtegeschwindig¬ keit liegenden Geschwindigkeit.
Der weitere Verfahrensweg ist das sogenannte Presshärten, bei dem eine Platine aus einem Stahlblechband ausgeschnitten wird, anschließend die Platine austenitisiert wird und die heiße Platine in einem einstufigen Schritt umgeformt und gleichzei¬ tig mit einer über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegen¬ den Geschwindigkeit abgekühlt wird. In beiden Fällen können mit metallischen Korossionsschut z- schichten, z.B. Zink, versehene Platinen verwendet werden. Das Formhärten wird auch als indirekter Prozess bezeichnet und das Presshärten als direkter Prozess. Der Vorteil des indirekten Prozesses ist, dass aufwändigere Werkstücksgeometrien reali- sierbar sind.
Der Vorteil des direkten Prozesses ist, dass ein höherer Mate¬ rialnutzungsgrad allerdings bei geringerer Bauteilkomplexität erreicht werden kann. Beim Presshärten ist jedoch von Nachteil, dass es insbesondere bei verzinkten Stahlblechplatinen dazu kommt, dass Mikrorisse in der Oberfläche gebildet werden.
Hierbei wird zwischen Mikrorissen erster Ordnung und Mikroris- sen zweiter Ordnung unterschieden.
Mikrorisse erster Ordnung werden auf das sogenannte Liquid Me- tal Embrittlement zurückgeführt. Man vermutet, dass flüssige Zinkphasen während des Umformens, d.h. während Zugspannungen auf das Material aufgebracht werden, mit noch bestehenden Aus- tenitphasen in Wechselwirkung geraten, wodurch Mikrorisse mit Tiefen bis zu einigen 100 pm im Material erzeugt werden.
Der Anmelderin ist es gelungen, durch Kühlen des Materials zwischen der Entnahme aus dem Erhitzungsofen und vor dem Ein¬ legen in das Umformwerkzeug auf Temperaturen, bei denen keine flüssigen Zinkphasen mehr vorhanden sind, dies zu unterbinden. Dies bedeutet, dass die Warmumformung bei Temperaturen unter etwa 750°C stattfindet.
Die Mikrorisse zweiter Ordnung sind bislang bei der Warmumfor¬ mung trotz Vorkühlung nicht beherrschbar und entstehen auch bei Warmumformtemperaturen unter 600 °C. Die Risstiefen hierbei betragen einige 10 pm.
Weder Mikrorisse erster Ordnung noch Mikrorisse zweiter Ord¬ nung werden von den Anwendern akzeptiert, da dies eine mögli- che Schadensquelle darstellt.
Mit den bisherigen Methoden kann eine Produktion von Bauteilen ohne Mikrorisse zweiter Ordnung aber nicht gesichert darge¬ stellt werden. Aus der DE 10 2011 055 643 AI ist ein Verfahren und Umform- werkzeug zum Warmumformpresshärten von Werkstücken aus Stahl¬ blech bekannt, und insbesondere aus verzinkten Werkstücken aus Stahlblech. Hierbei soll die zum Warmumformen und Presshärten verwendete Matrize in ihrem durch einen positiven Ziehradius definierten Ziehkantenbereich mit einem Materialstoff flüssig beschichtet sein oder mit einem Einsatzteil versehen sein, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die um mindestens 10 W/ (m x K) geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit des dem Ziehkanten¬ bereich benachbarten Abschnitts der Matrize, der beim Warmum¬ formen und Presshärten des Werkstücks mit demselben in Kontakt gelangt. Die dem Werkstück zugewandte Oberfläche des im Zieh¬ kantenbereich aufgetragenen Materials oder des angeordneten Einsat zteiles soll ein sich über die Ziehkante erstreckendes Quermaß besitzen, das im Bereich des 1,6-fachen bis 10-fachen des positiven Ziehradius der Matrize liegt. Hierdurch sollen die Fließeigenschaften von Werkstücken aus Stahlblech während des Warmumformens verbessert werden und damit die Gefahr des Auftretens von Rissen bei der Warmumformung von Werkstücken aus Stahlblech, vorzugsweise verzinkten Stahlplatinen, erheb¬ lich reduziert werden. Mit einem solchen Werkzeug können je¬ doch Mikrorisse zweiter Art nicht vermieden werden. Aus der DE 10 2011 052 773 AI ist ein Werkzeug für ein Press¬ härtewerkzeug bekannt, wobei die formgebende Oberfläche des Werkzeugs bereichsweise durch in die Formoberfläche zwei ein¬ gebrachte Mikrovertiefungen mikrostrukturiert. Durch diese Maßnahme soll die für die Umformung eines Rohlings effektive Kontaktfläche zwischen der Formoberfläche mit einem Rohling auf die zwischen den Vertiefungen befindlichen Flächenanteile vier beschränkt werden. Hierdurch soll die Reibung vermindert werden . Aus der DE 10 2004 038 626 B3 ist ein Verfahren zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus Stahlblech bekannt, wobei vor, beim oder nach dem Formen des Formteils ein notwendiger Endbe¬ schnitt des Formteils und gegebenenfalls erforderliche Ausst- anzungen bzw. die Erzeugung eines Lochbildes vorgenommen wird und das Formteil anschließend zumindest teilbereichsweise auf eine Temperatur erhitzt wird, welche eine Austenitisierung des Stahlwerkstoffs ermöglicht, und wobei das Bauteil anschließend in ein Formhärtewerkzeug überführt wird und im Formhärtewerk- zeug eine Formhärtung durchgeführt wird, bei der durch das zu¬ mindest teilbereichsweise Anlegen und Pressen des Bauteils durch die Formhärtewerkzeuge das Bauteil gekühlt und dadurch gehärtet wird, wobei das Bauteil vom Formhärtewerkzeug im Be¬ reich der positiven Radien gestützt wird, teilbereichsweise zumindest und im Bereich der Beschnittkanten vorzugsweise von zwei Klemmen festgehalten wird und in Bereichen, in denen das Bauteil nicht geklemmt wird, das Bauteil zumindest zu einer Formwerkzeughälfte mit einem Spalt beabstandet ist. Diese Ma߬ nahme dient dazu, das Bauteil verzugsfrei klemmen zu können und unterschiedliche Härtegradienten durch unterschiedliche Härtegeschwindigkeiten einzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, Mikrorisse zweiter Art in direkt warmumgeformten, also pressgehärteten Bauteilen zu vermeiden.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des An¬ spruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ge- kennzeichnet.
Es ist darüber hinaus eine Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaf¬ fen, mit der Stahlblechplatinen im Presshärteverfahren warmum- geformt und gehärtet werden können und bei dem Mikrorisse ver¬ mieden werden.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in hier¬ von abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfinder haben erkannt, dass Mikrorisse zweiter Art ent¬ stehen, wenn in zugbelasteten Bereichen der auftretende Zink- dampf in hinreichender Konzentration zum Stahl gelangt, soge¬ nanntes Vapour Metal Embrittlement (VME) . Zinkdampf entsteht durch Aufreißen der Zinkeisenschicht bei der Dehnung während des Umformvorgangs. Hinreichende Konzentration tritt insbeson¬ dere in jenen Bereichen auf in welchen direkter Kontakt des Blechs mit dem Werkzeug vorherrscht oder ein sehr geringer Ab¬ stand des Blechs zum Werkzeug vorliegt. Ein sehr geringer Ab¬ stand im Sinne der Erfindung ist weniger als 0,5 mm.
Erfindungsgemäß sollen Mikrorisse zweiter Ordnung vermieden werden, wobei ein möglichst großes Arbeitsfenster hinsichtlich Material und Temperatur erhalten bleibt und die Umsetzung kos¬ tengünstig ist. Bei mindestens gleicher Durchlaufzeit soll keine Takt zeiterhöhung bzw. Durchsatzreduktion bei der Bau¬ teilherstellung resultieren. Erfindungsgemäß wird bei den zugbelasteten Bereichen (Deh¬ nungsrandfaser) der auftretende Zinkdampf bzw. freies Zink durch Zutritt von Sauerstoffhaltigen Fluiden rasch in eine stabile Verbindung wie Zinkoxid oder ZnJ2 umgewandelt. Des Weiteren kann der Schutz des Stahls gegen Mikrorisse zweiter Ordnung auch durch Erzeugung einer Schutzschicht wie zB Oxid¬ schicht, mittels Zuführen eines Fluids erreicht werden. Die beschriebenen Maßnahmen haben gezeigt, dass Mikrorisse deut¬ lich reduziert werden. -B€5so~ici^sITs k)€5"vo zu. ~t s imci 9.s fo-tmicj€5 s9.u.€5 st.offIn3.11.1c^€? F1u.ici^s wie beispielsweise Luft oder Sauerstoff da diese das Werkzeug nicht über Gebühr verunreinigen können bzw. auch eine allfäl¬ lige unerwünschte massive Kühlwirkung wie durch bsp. Wasser durch Temperierung des Fluids leichter reguliert werden kann.
Erfindungsgemäß werden im Werkzeug vorzugsweise im Bereich der positiven Radien oder benachbart zu den positiven Radien Eins¬ ätze eingesetzt, die einen Sauerstoffzutritt dann zulassen, wenn die Blechplatine verformt wird, also wenn das Platinenma¬ terial fließt. Weiters können Einsätze auch an Engstellen bzw. Kontaktbereichen der Blechplatine mit dem Werkzeug vorgesehen sein, wobei diese Kontaktbereiche als jene Bereiche definiert sind, in welchem das Blech maximal 0,5 mm Abstand zum Werkzeug aufweist .
Hierzu muss das entsprechende Material selbstverständlich im Bereich der positiven Radien gestützt werden, denn dies sind die Kanten, die die Verformung bewirken und den Materialfluss einleiten.
Benachbart zu diesen Kanten und von diesen so beabstandet, dass die Einsätze nicht beschädigt werden, besitzen die Eins¬ ätze Mittel, die einen Sauerstoffzutritt ermöglichen. Diese Mittel können beispielsweise Sintermetalleinsätze oder poröse Keramikeinsätze sein, in denen nach dem Auseinanderfahren und Aushärten des Werkstücks und vor dem Einlegen einer neuen Pla¬ tine so viel Sauerstoff gespeichert wird, dass dieser an frei¬ werdendes Zink oder freiwerdendes Zinkphasen abgegeben werden kann.
Darüber hinaus können die Einsätze über freigestellte Flächen verfügen, so dass das Material, nachdem es an der Kante vor¬ beigeflossen ist, zum Einsatz beabstandet ist. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist dieser Freistel¬ lungsbereich geschlitzt ausgebildet, so dass eine Mindeststüt¬ zung des Materials möglich ist, jedoch der Sauerstoffzutritt gewährleistet wird.
In all diesen Fällen können zudem Fluidanschlussleitungen vor¬ handen sein, die in die Freistellungen oder in die Bereiche münden, die mit Sintermetall oder poröser Keramik aufgefüllt sind, so dass ausreichend Sauerstoff zugeführt wird. Dies kann im einfachsten Fall Luft oder auch zum Beispiel Wasserdampf sein .
Materialien, die von sich aus ein hohes Sauerstoffdiffusions- vermögen haben, beispielsweise bestimmte Keramiken, können auch massiv ausgebildet sein und werden entweder während die Presse offen ist oder von der Rückseite her mit Fluiden, die Sauerstoff enthalten, beaufschlagt und speichern diesen solan¬ ge, bis dieser an freiwerdende Zinkeisenphasen oder freiwer- dendes Zink abgegeben werden kann.
Diese Einsätze können sowohl an der Matrize als auch an der Patrize ausgebildet sein. Eine Beladung mit Sauerstoff kann auch durch Fluten des Form¬ hohlraums, beispielsweise mit Wasserdampf oder den bereits ge¬ nannten Medien, durchgeführt werden.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläu- tert . Es zeigen dabei: beispielhaft einen Werkzeugeinsatz in massiver Ausge Figur 2 einen Werkzeugeinsatz mit Freistellung;
Figur 3 einen weiteren Werkzeugeinsatz mit Freistellung; Figur 4 einen geschlitzten Werkzeugeinsatz in einer seitli¬ chen Schnittansicht;
Figur 5 den geschlitzten Werkzeugeinsatz in einer formflä- chenseitigen Ansicht.
Ein erfindungsgemäßer Einsatz 1 ist beispielsweise aus einer Keramik und insbesondere einer Oxidkeramik ausgebildet. Der keramische Einsatz verläuft entlang von Ziehkanten 2 und ist im Werkzeug anstelle der metallischen Ziehkante 2 eingesetzt, wobei er eine Rückseite 3 und eine Unterseite 4 besitzt, mit denen er in einer Aussparung in dem metallischen Werkzeug formschlüssig eingesetzt ist. Zudem besitzt der keramische Einsatz 1 eine Oberseite 6 und eine Formvorderseite 5, wobei die Formvorderseite 5 und die Oberseite 6 vorzugsweise mit den entsprechenden Flächen des Werkzeugs fluchten.
Dieser keramische Einsatz kann massiv oder dicht und hart oder porös hart ausgebildet sein. Im Bereich der Flächen 3 oder 4 kann aus dem metallischen Formwerkzeug dem entsprechend, insofern die Keramik sauer¬ stoffleitend ausgebildet ist oder porös ausgebildet ist, ein Gasanschluss (nicht gezeigt) vorhanden sein, der durch den Einsatz 1 hindurch Sauerstoff in ausreichender Konzentration an den Bereich der Flächen 5 und der Ziehkante 2 bringt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Figur 2) ist im Bereich der Fläche 5 benachbart zur Ziehkante 2 eine Freis- parung 7 vorgenommen. Die Freisparung 7 hat beispielsweise ei- ne Tiefe von 5 bis 10 mm, während der gesamte Einsatz bei¬ spielsweise eine Höhe zwischen den Flächen 4 und 6 von 35 bis 50 mm und eine Breite zwischen den Flächen 3 und 5 von 15 bis 30 mm besitzt .
Vorzugsweise ist die Ziehkante 2 dabei so ausgebildet, dass die Dicke der Ziehkante vor der Freisparung 7 in etwa ihrem Radius entspricht. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist anstelle einer Freisparung 7 benachbart zur Ziehkante 2 (Figur 3) le¬ diglich eine parallel zur Fläche 6 verlaufende Nut 8 vorhan¬ den, die beispielsweise eine Tiefe von 5 bis 8 mm besitzt, wo¬ bei die Höhe der Nut 8 zwischen der Ziehkante 2 und der Fläche 5 8 bis 12 mm beträgt.
Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass bereits eine solche Nut 8 bei dieser Dimensionierung so viel Sauerstoff nach dem Ausformen eines Bauteils und dem Einlegen einer neuen Platine als Gas bevorratet, dass die ausreichende Sauer¬ stoffVersorgung bei der Umformung gewährleistet ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Figuren 4, 5) ist die Fläche 5 mit Schlitzen 9 ausgebildet, die von einer Fläche 4 in Richtung zur Ziehkante 2 verlaufen, jedoch die Ziehkante 2 nach wie vor eine Dicke besitzt, die ihrem Radius entspricht .
Die Schlitzbreite beträgt hierbei 4 bis 8 mm bei einem Schlitzabstand von 7 bis 11 mm, so dass eine Stegbreite von 2 bis 5 mm realisiert wird, bei einer Schlitztiefe von 5 bis 9 mm. Auch hierbei hat sich gezeigt, dass die Stegbreite keinen negativen Einfluss auf die SauerstoffVersorgung besitzt. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (nicht ge¬ zeigt) sind die Freisparungen 7 bzw. die Nut 8 oder die Schlitze 9 mit einem porösen keramischen Material oder einem porösen Sintermetallmaterial aufgefüllt, wobei an der Rücksei- te 3 des Einsatzes Zufuhröffnungen für Sauerstoff enthaltende Fluide vorhanden sein können und/oder die Sintermetall- oder Keramikeinsätze zwischen den Umformvorgängen so mit Sauerstoff beladen werden, beispielsweise durch Fluten des Formenhohlrau¬ mes mit Wasserdampf, oder die Keramik und/oder das Sinterme- tall eine so hohe Sauerstoffäffinität besitzt, dass während der Umformvorgänge Sauerstoff aufgenommen wird, der während des Ziehvorganges an freiwerdende Zinkeisen oder Zinkphasen abgegeben wird. Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch relativ einfache Maßnahmen die Entstehung von Mikrorissen zweiter Ordnung wir¬ kungsvoll unterbunden werden kann, wobei auch bestehende Um- formwerkzeuge durch Ausfräsen der positiven Radienbereiche bzw. Ziehkanten das Einsetzen entsprechend geformter Einsätze nachgerüstet werden können.
Neben dem 22MnB5 finden auch - vor allem beim direkten Press- härteprozess - der 20MnB8, 22MnB8 und andere Mangan-Bor-Stähle Anwendung .
Für die Erfindung sind somit Stähle dieser Legierungszusammen¬ setzung geeignet (alle Angaben in Masse-%) :
C Si Mn P S AI Cr Ti B N
[%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%]
0,20 0,18 2,01 0,0062 0,001 0,054 0,03 0,032 0,0030 0,0041 Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, wobei als Umwandlungsverzogerer in derartigen Stählen insbesondere die Legierungselemente Bor, Mangan, Kohlenstoff und optional Chrom und Molybdän verwendet werden.
Für die Erfindung sind auch Stähle der allgemeinen Legierungs¬ zusammensetzung geeignet (alle Angaben in Masse-%) :
Kohlenstoff (C) 0 08-0, 6
Mangan (Mn) 0,8-3, 0
Aluminium (AI) 0, 01-0, 07
Silizium (Si) 0, 01-0, 8
Chrom (Cr) 0, 02-0, 6
Titan (Ti) 0, 01-0, 08
Stickstoff (N) < 0, 02
Bor (B) 0, 002-0, 02
Phosphor (P) < 0,01
Schwefel (S) < 0,01
Molybdän (Mo) < 1
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
Insbesondere als geeignet erwiesen haben sich Stahlanordnungen wie folgt (alle Angaben in Masse-%) :
Kohlenstoff (C) 0, 08-0,35
Mangan (Mn) 1, 00-3, 00
Aluminium (AI) 0,03-0,06
Silizium (Si) 0, 01-0,20
Chrom (Cr) 0, 02-0, 3
Titan (Ti) 0, 03-0, 04
Stickstoff (N) < 0, 007
Bor (B) 0, 002-0, 006
Phosphor (P) < 0,01
Schwefel (S) < 0,01
Molybdän (Mo) < 1
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Presshärten von Stahlblechbauteilen, wobei einem Stahlblechband aus einer härtbaren Stahllegierung eine Platine ausgeschnitten wird und die Platine anschließend aus- tenitisiert wird, indem sie auf eine Temperatur größer Ac3 er¬ hitzt wird und anschließend in ein Umformwerkzeug eingelegt wird und in dem Umformwerkzeug umgeformt und beim Umformen mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Mikrorissen zweiter Art der umzuformenden Blechplatine während des Umform- und Härtevorganges
- an und/oder benachbart zu positiven Radien und/oder Ziehkan¬ ten und/oder
- an Kontaktbereichen
Sauerstoff zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffzutritt durch im Formwerkzeug benachbart zu den oder im Bereich der Ziehkanten und/oder positiven Radien Eins¬ ätze (1) aus Sauerstoff speichernden Materialien vorgesehen werden, welche so dimensioniert sind, dass das Tiefziehen nicht beeinträchtigt wird und die Einsätze (1) ein Reservoir für Sauerstoff bildet.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einsätze (1) aus Sintermetallen, porösen Keramiken oder dichten Keramiken verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (1) von der Formwerkzeugsei¬ te her mit Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Fluiden ge¬ speist werden oder die Einsätze (1) oder der Formenhohlraum zwischen zwei Umformvorgängen mit Sauerstoff oder einem Sauer¬ stoff enthaltendem Fluid geflutet werden.
5. Vorrichtung zum Presshärten oder Warmumformen und Härten von Stahlblechplatinen mit zwei Formwerkzeughälften, wobei die zwei Formwerkzeughälften eine Platine tiefziehend zusammenwir¬ ken und aufeinander zufahrbar und auseinanderfahrbar ausgebil¬ det sind, wobei entsprechend einer gewünschten Umformkontur zumindest ein positiver Radius oder ein Ziehkantenbereich mit einer Ziehkante (2) vorhanden ist, der keramische Einsatz an¬ stelle einer metallischen Ziehkante (2) eingestellt ist, wobei der er formschlüssig in der jeweiligen Formwerkzeughälfte ein¬ gesetzt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, in dem keramischen Einsatz eine Freisparung (7) angeordnet ist, die so dimensioniert ist, dass die verbleibende Dicke der Ziehkante (2) zwischen einer die Ziehkante (2) begrenzenden Fläche und der Freisparung (5) in etwa ihrem Radius ent- spricht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Freisparung (5) zwischen der Ziehkante (2) und einer Formwerkzeugfläche (4) eine Höhe besitzt, die etwa 25 bis 35 mm bei einer Tiefe von 5 bis 9 mm beträgt oder als Nut (8) ausgebildet ist, welche eine Höhe zwischen der Fläche (4) und der Ziehkante (2) besitzt, die in etwa 8 bis 12 mm beträgt bei einer Tiefe von 5 bis 9 mm oder im Bereich der Wandung (4) benachbart zur Ziehkante (2) eine Mehrzahl von in Ziehrichtung verlaufenden Schlitzen (9) als Freisparungen vorhanden sind, wobei die Schlitze (9) eine Schlitzbreite von 4 bis 8 mm und ein Schlitzabstand von 7 bis 11 mm besitzen, so dass die ver¬ bleibenden Stege eine Breite von 1 bis 5 mm besitzen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freisparungen (7), die Nuten (8) oder die Schlitz (9) rückseitig, d.h. vom Werkzeug her, mittels Zuführungen und entsprechend gebohrter Leitungen mit einem sauerstoffhaltigen Fluid versorgbar sind.
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