EP3414350A1 - Wärmebehandlungsverfahren und wärmebehandlungsvorrichtung - Google Patents

Wärmebehandlungsverfahren und wärmebehandlungsvorrichtung

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EP3414350A1
EP3414350A1 EP17703347.9A EP17703347A EP3414350A1 EP 3414350 A1 EP3414350 A1 EP 3414350A1 EP 17703347 A EP17703347 A EP 17703347A EP 3414350 A1 EP3414350 A1 EP 3414350A1
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EP
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steel component
regions
heat treatment
temperature
treatment
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EP3414350C0 (de
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Frank WILDEN
Jörg Winkel
Andreas Reinartz
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Schwartz GmbH
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Publication date
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Application filed by Schwartz GmbH filed Critical Schwartz GmbH
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Publication of EP3414350C0 publication Critical patent/EP3414350C0/de
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    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for targeted
  • Ratio of strength to weight include in particular A and B pillars, side impact protection in doors, sills, frame parts,
  • Bumper cross member for floor and roof, front and rear
  • the raw ka rosse with a safety cage usually consists of a hardened steel sheet with about 1, 500 MPa strength. In many cases Al-Si-coated steel sheets are used. For the production of a component from hardened steel sheet the process of the so-called press hardening was developed. This steel sheets are first on
  • Warmed austenitemperatur then placed in a press tool, quickly formed and rapidly through the water-cooled tool to less than
  • first areas solid areas
  • second areas rather expandable areas
  • components with high strength are basically desirable in order to obtain components of high mechanical strength with low weight.
  • high-strength components should be able to have partially soft areas. This brings the desired, partially increased
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device for targeted component zone-specific heat treatment of a steel component, wherein areas of different hardness and ductility can be achieved, in which the influence on the cycle time of the entire heat treatment apparatus is minimized.
  • this object is achieved by a method having the features of independent claim 1.
  • Advantageous developments of the method will become apparent from the dependent claims 2 to 6.
  • the object is further by a Device according to claim 8 solved.
  • Advantageous embodiments of the device will become apparent from the dependent claims 9 to 16.
  • the steel component is first heated to above Austenitmaschinestemperatur AC3, so that the structure can completely convert into austenite.
  • the press hardening process is then quenched so fast that primarily forms martensitic microstructure and strengths of about 1, 500MPa be achieved.
  • the quenching takes place advantageously from the fully austenitized microstructure. This must be
  • Cooling rate to be cooled For example, at the
  • This temperature profile is common in the press hardening process especially for fully hardened components.
  • a second area or a plurality of second areas are also initially heated to above the austenitizing temperature AC3, so that the structure can completely transform into austenite.
  • a treatment time t B is cooled to a Abkühlstopptemperatur ⁇ 2 , which should be, for example, in the material 22MnB5 below 650 ° C.
  • the martensite start temperature is approximately 410 ° C for 22 nB5.
  • a slight settling in temperature ranges below the martensite start temperature is also possible.
  • it is not cooled further quickly, so that bainitic structure is formed in the majority.
  • Microstructure transformation does not happen abruptly, but requires a treatment time.
  • the conversion is exothermic.
  • in the treatment station during the treatment time t B no active heating of the second or the second areas.
  • a possible increase in temperature of the second region (s) occurs at most during this time by recalescence.
  • the second region or the second regions are additionally actively heated in this phase. This can be done, for example
  • the cooling stop temperature d 2 is selected above the martensite start temperature M s . In an alternative embodiment, the cooling stop temperature £ 2 is selected below the martensite start temperature M s .
  • the heat treatment of the first and second regions is in principle
  • Austenitization temperature downstream treatment station within a treatment time t B of a few seconds partially cooled to Abkühlstopptemperatur d 2 .
  • this treatment station it is ensured, if necessary by supplying heat, that the first region or the first regions do not fall below a temperature during the treatment period, under which none
  • the treatment station may be at least partially heated for this purpose.
  • Heat radiation can be used.
  • Heat radiation can also be additionally or exclusively a heating via laser radiation for
  • the components remain for a short time, for example a few seconds in the treatment station, to allow the structural transformation of the second regions to take place. If the residence time for sufficient structural transformation in the
  • the chambers are arranged one above the other. It is irrelevant whether the treatment stations are moved vertically to overcome the vertical offset or the feed system performs the necessary vertical movement.
  • a furnace for example, a continuous furnace or a batch furnace, such as
  • a chamber furnace for example, a chamber furnace.
  • Continuous furnaces usually have a large capacity and are particularly well suited for mass production, since they can be fed and operated without much effort.
  • the component is blown only from one side.
  • the treatment station has a device for rapid cooling of one or more second regions of the steel component.
  • the device has a nozzle for blowing the or the second regions of the steel component with a gaseous fluid
  • the blowing of the second or the second regions takes place by blowing with a gaseous fluid, wherein the gaseous fluid water, for example in fogged form, is attached.
  • the device has one or more nebulizing nozzles.
  • the second or the second regions are cooled via heat conduction, for example by contacting them with one or more punches, which has or have a significantly lower temperature than the steel component.
  • the stamp can be made of a good heat-conducting material and / or be cooled directly or indirectly. A combination of the types of cooling is conceivable.
  • Heat treatment device can be stamped steel components with one or more first and / or second areas, which may also be complex shaped, economically a corresponding temperature profile, as the different areas contour sharp very quickly to the necessary
  • Process temperatures can be brought. Between the two areas are clearly defined boundaries of the individual areas can be realized. low
  • Heat treatment apparatus possible to set almost any number of second areas, which in addition to each other within a steel component still different Festig keits- and elongation values may have.
  • the selected geometry of the sections is freely selectable. Dot or line areas are as well as e.g. large areas representable. The location of the areas is irrelevant. The second areas may be completely enclosed by first areas or located at the edge of the steel component. Even a full-surface treatment is conceivable.
  • a limitation of the number of simultaneously treated steel components is possibly given by the press hardening tool or the conveying technique of the entire heat treatment apparatus.
  • the application of the method to already preformed steel components is also possible. Due to the three-dimensionally shaped surfaces of already preformed steel components, only a higher constructive effort for the representation of the mating surfaces results.
  • Heat treatment systems can be adapted to the method according to the invention.
  • a conventional heat treatment device with only one oven behind this only the treatment station must be provided and the feeders to be adjusted.
  • Fig. 1 is a typical temperature curve in the heat treatment of a steel component having a first and a second region
  • Fig. 2 shows a thermal heat treatment apparatus according to the invention in a plan view as a schematic drawing
  • FIG. 3 shows a further plan view of a further inventive thermal heat treatment device in a plan view
  • FIG. 4 shows a further thermal heat treatment device according to the invention in a top view as a schematic drawing
  • FIG. 1 is a typical temperature curve in the heat treatment of a steel component 200 having a first region 210 and a second region 220 according to the inventive method.
  • the steel component 200 is heated in the furnace 1 10 according to the schematically drawn temperature run ⁇ 2 ⁇ , ⁇ ⁇ during the residence time in the furnace t 110 to a temperature above the AC3 temperature.
  • Treatment station 150 transferred.
  • the steel component loses heat.
  • a second region 220 of the steel component 200 is rapidly cooled, wherein the second region 220 rapidly loses heat in accordance with the indicated curve ⁇ 22 ⁇ , ⁇ 5 ⁇ .
  • the cooling ends after the expiry of the
  • Treatment time t B which is only a few seconds, depending on the thickness of the steel component 200, the desired material properties and the size of the second region 220.
  • the second area 220 now has the
  • Cooling stop temperature ⁇ 2 is reached above the martensite start temperature M s .
  • the temperature of the first region 210 of the steel component 200 may fall below the AC3 temperature, but this does not necessarily have to occur.
  • the temperature of the second region 220 of the steel component 200 may be in accordance with
  • Treatment station it is during the transfer time t 131 in a press hardening tool
  • FIG. 2 shows a heat treatment device 100 according to the invention in a 90 ° arrangement.
  • the heat treatment apparatus 100 has a loading station 101, via which steel components are fed to the furnace 110. Furthermore, the heat treatment apparatus 100 has the treatment station 150.
  • Next arranged in the main flow direction D behind the furnace 1 10 is a
  • Removal station 131 which is equipped with a positioning device (not shown).
  • the main flow direction now bends substantially 90 ° to allow a press hardening tool 160 to follow in a press (not shown) in which the steel component 200 is press hardened.
  • a press not shown
  • In the axial direction of the furnace 1 10 is a container
  • FIG. 3 shows a heat treatment apparatus 100 according to the invention in a straight arrangement.
  • the heat treatment apparatus 100 has a loading station 101, via which steel components are fed to the furnace 110. Furthermore, the heat treatment apparatus 100 has the treatment station 150.
  • Next arranged in the main flow direction D behind the furnace 1 10 is a
  • Removal station 131 which is equipped with a positioning device (not shown). Further follows in now straight main flow direction
  • Press hardening tool 160 in a press in which the steel component 200 is press-hardened.
  • a container 161 is arranged can be spent in the rejects. 4 shows a further variant of an inventive
  • Heat treatment apparatus 100 again has a loading station 101, via the steel components of the furnace 1 10th be supplied.
  • the furnace 1 10 is preferably in this embodiment as
  • the heat treatment apparatus 100 has the treatment station 150.
  • the removal device 131 may, for example, have a gripping device (not shown).
  • the removal station 131 removes the steel components 200 from the furnace 1 10, for example, by means of the gripping device.
  • the treatment station 150 is arranged on the furnace 110. This arrangement saves installation area. The main flow direction changes at this
  • Embodiment the level in which the steel member 200 is lifted from the removal station after leaving the furnace 1 10 and inserted into the treatment station 150.
  • the removal station 131 removes the steel component 200 back to the treatment station 150 and places it in a press-hardening tool 160 installed in a press.
  • the press is placed in line with the oven 110, while a bin 161 is disposed at an angle to the oven axis. The positions of the press with tool 160 and container 161 can also be reversed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gezielten bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines Stahlbauteils. In einem oder mehreren ersten Bereichen des Stahlbauteils ist ein vorrangig austenitisches Gefüge einstellbar, aus dem durch Abschrecken ein mehrheitlich martensitisches Gefüge darstellbar ist, und in einem oder mehreren zweiten Bereichen des Stahlbauteils ist ein mehrheitlich bainitisches Gefüge, wobei das metallische Bauteil zunächst in einem Ofen auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur aufgeheizt wird, das Stahlbauteil anschließend in eine Behandlungsstation transferiert wird, wobei es während des Transfers abkühlen kann, und in der Behandlungsstation die ein oder mehreren zweiten Bereiche des Stahlbauteils während einer Behandlungszeit auf eine Abkühlstopptemperatur ϑ2 abgekühlt werden.

Description

Wärmebehandlungsverfahren und Wärmebehandlungsvorrichtung Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gezielten
bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines Stahlbauteils.
In der Technik besteht bei vielen Anwendungsfällen in unterschiedlichen Branchen der Wunsch nach hochfesten Metallblechteilen bei geringem Teilegewicht.
Beispielsweise ist es in der Fahrzeugindustrie das Bestreben, den
Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen zu reduzieren und den CO2-Ausstoß zu senken, dabei aber gleichzeitig die Insassensicherheit zu erhöhen. Es besteht daher ein stark zunehmender Bedarf an Karosseriebauteilen mit einem günstigen
Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Zu diesen Bauteilen gehören insbesondere A- und B-Säulen, Seitenaufprallschutzträger in Türen, Schweller, Rahmenteile,
Stoßstangenfänger, Querträger für Boden und Dach, vordere und hintere
Längsträger. Bei modernen Kraftfahrzeugen besteht die Roh ka rosse mit einem Sicherheitskäfig üblicherweise aus einem gehärteten Stahlblech mit ca. 1 .500MPa Festigkeit. Dabei werden vielfach Al-Si-beschichtete Stahlbleche verwendet. Zur Herstellung eines Bauteils aus gehärtetem Stahlblech wurde der Prozess des so genannten Presshärtens entwickelt. Dabei werden Stahlbleche zuerst auf
Austenittemperatur erwärmt, dann in ein Pressenwerkzeug gelegt, schnell geformt und durch das wassergekühlte Werkzeug zügig auf weniger als
M a rten s itsta rttem pera tu r abgeschreckt. Dabei entsteht hartes, festes
Martensitgefüge mit ca. 1 .SOOMPa Festigkeit. Ein solcherart gehärtetes Stahlblech weist aber nur eine geringe Bruchdehnung auf. Die kinetische Energie eines
Aufpralls kann deshalb nicht ausreichend in Verformungswärme umgesetzt werden. Für die Automobilindustrie ist es daher wünschenswert, Karosseriebauteile herstellen zu können, die mehrere unterschiedliche Dehnungs- und Festigkeitszonen im Bauteil aufweisen, so dass eher feste Bereiche (im Folgenden erste Bereiche) einerseits und eher dehnfähige Bereiche (im Folgenden zweite Bereiche) andererseits in einem Bauteil vorliegen. Einerseits sind Bauteile mit hoher Festigkeit grundsätzlich wünschenswert, um mechanisch hoch belastbare Bauteile mit geringem Gewicht zu erhalten. Auf der anderen Seite sollen auch hochfeste Bauteile partiell weiche Bereiche haben können. Dieses bringt die gewünschte, partiell erhöhte
Deformierbarkeit im Crashfall. Nur damit kann die kinetische Energie eines Aufpralls abgebaut werden und so die Beschleunigungskräfte auf Insassen und das übrige Fahrzeug minimiert werden. Zudem erfordern moderne Fügeverfahren entfestigte Stellen, die das Fügen artgleicher oder unterschiedlicher Materialien ermöglichen. Oft müssen beispielsweise Falz- Crimp- oder Nietverbindungen zum Einsatz kommen, die verformbare Bereiche im Bauteil voraussetzen.
Dabei sollten die allgemeinen Ansprüche an eine Produktionsanlage weiterhin beachtet sein: so sollte es zu keiner Taktzeiteinbuße an der Presshärteanlage kommen, die Gesamtanlage sollte uneingeschränkt allgemein verwendet und schnell produktspezifisch umgerüstet werden können. Der Prozess sollte robust und wirtschaftlich sein und die Produktionsanlage nur minimalen Platz benötigen. Die Form und Kantengenauigkeit des Bauteils sollte hoch sein. Bei allen bekannten Verfahren erfolgt die gezielte Wärmebehandlung des Bauteils in einem zeitintensiven Behandlungsschritt, der wesentlichen Einfluss auf die Taktzeit der gesamten Produktionslinie hat.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gezielten bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines Stahlbauteils anzugeben, wobei Bereiche unterschiedlicher Härte und Duktilität erzielbar sind, bei dem der Einfluss auf die Taktzeit der gesamten Wärmebehandlungsvorrichtung minimiert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6. Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 9 bis 16.
Das Stahlbauteil wird zunächst bis oberhalb Austenitisierungstemperatur AC3 erwärmt, damit sich das Gefüge vollständig in Austenit umwandeln kann. Bei einem nachfolgenden Härteprozess, beispielsweise dem Presshärteprozess wird dann derart schnell abgeschreckt, dass sich vorrangig martensitisches Gefüge ausbildet und Festigkeiten von rund 1 ,500MPa erreicht werden. Das Abschrecken erfolgt dabei vorteilhafterweise aus dem vollständig austenitisierten Gefüge. Dazu muss
spätestens nach Unterschreiten der Gefügeumwandlungsstarttemperatur θι , bei der Gefügeumwandlungen starten können, mit mindestens der unteren kritischen
Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt werden. Beispielsweise sollten bei dem
üblicherweise zum Presshärten verwendeten Werkstoff 22MnB5 rund 660°C als Grenze d-\ angesehen werden. Ein zumindest teilweise martensitisches Gefüge kann zwar auch noch entstehen, wenn die Abschreckung bei tieferer Temperatur startet, es ist aber dann eine reduzierte Festigkeit des Bauteils in diesem Bereich zu erwarten.
Dieser Temperaturverlauf ist beim Presshärteverfahren insbesondere für vollständig gehärtete Bauteile üblich.
Ein zweiter Bereich oder mehrere zweite Bereiche werden zunächst ebenfalls bis oberhalb der Austenitisierungstemperatur AC3 erwärmt, damit sich das Gefüge vollständig in Austenit umwandeln kann. Anschließend wird möglichst rasch innerhalb einer Behandlungszeit tB bis zu einer Abkühlstopptemperatur θ2 abgekühlt, die beispielsweise, bei dem Werkstoff 22MnB5 unterhalb 650°C liegen sollte. Die Martensit-Starttemperatur liegt beispielsweise für 22 nB5 bei ca. 410 °C. Ein leichtes Einschwingen in Temperaturbereiche unterhalb der Martensits- Starttemperatur ist ebenfalls möglich. Anschließend wird nicht weiter schnell abgekühlt, so dass sich mehrheitlich bainitisches Gefüge ausbildet. Diese
Gefügeumwandlung erfolgt nicht schlagartig, sondern bedarf einer Behandlungszeit. Die Umwandlung erfolgt exotherm. In einer forteilhaften Ausführungsform erfolgt in der Behandlungsstation während der Behandlungszeit tB keine aktive Beheizung des oder der zweiten Bereiche. Eine mögliche Temperaturerhöhung des oder der zweiten Bereiche erfolgt während dieser Zeit allenfalls durch Rekaleszenz. Durch Einstellung der Abkühlgeschwindigkeit und/oder der Temperatur, auf die abgekühlt wird, sowie der Verweilzeit bis zum Abpressen des Bauteils, lassen sich grundsätzlich die gewünschten Festigkeits- und Dehnungswerte einstellen, die zwischen der maximal erreichbaren Festigkeit des Gefüges im ersten Bereich und den Werten des unbehandelten Bauteils liegen. Untersuchungen haben gezeigt, dass ein
Unterdrücken des Temperaturanstieges infolge der Rekaleszenz durch ein weiteres, erzwungenes Abkühlen eher nachteilig für die erreichbaren Dehnungswerte ist. Ein isothermes Halten auf der Abkühltemperatur scheint deshalb nicht vorteilhaft zu sein.
In einer Ausführungsform werden der zweite Bereich oder die zweiten Bereiche in dieser Phase zusätzlich aktiv beheizt. Dies kann beispielsweise durch
Wärmestrahlung erfolgen.
In einer Ausführungsform wird die Abkühlstopptemperatur d2 oberhalb der Martensit- Starttemperatur Ms gewählt. In einer alternativen Ausführungsform wird die Abkühlstopptemperatur £2 unterhalb der Martensit-Starttemperatur Ms gewählt.
Die Wärmebehandlung der ersten und zweiten Bereiche ist prinzipiell
unterschiedlich, wobei in erster Linie die Behandlung des zweiten Bereichs oder der zweiten Bereiche eine Abhängigkeit zur Behandlungsdauer hat. Erfindungsgemäß werden zweite Bereiche in einem Ofen zur Erreichung der
Austenitisierungstemperatur nachgeordneten Behandlungsstation innerhalb einer Behandlungszeit tB von wenigen Sekunden partiell bis zur Abkühlstopptemperatur d2 abgekühlt. In dieser Behandlungsstation wird, nötigenfalls durch Wärmezufuhr, sichergestellt, dass der erste Bereich beziehungsweise die ersten Bereiche während der Behandlungsdauer nicht unter eine Temperatur fallen, unter der keine
ausreichende Martensitbildung beim nachfolgenden Presshärten zu erwarten wäre. Je nach Behandlungsdauer genügt es, die Abstrahlverluste des oder der ersten Bereiche zu minimieren, beispielsweise durch Wärmedämmung oder Reflektoren für Wärmestrahlung. Optional kann die Behandlungsstation zu diesem Zweck zumindest teilweise beheizt sein. Dazu kann beispielsweise die Wärmeeinbringung über Konvektion oder
Wärmestrahlung verwendet werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann hier auch zusätzlich oder ausschließlich eine Erwärmung über Laserstrahlung zum
Einsatz kommen.
Erfindungsgemäß verbleiben die Bauteile eine kurze Zeit, beispielsweise einige Sekunden in der Behandlungsstation, um die Gefügeumwandlung der zweiten Bereiche stattfinden zu lassen. Sollte die Verweildauer zur ausreichenden Gefügeumwandlung in der
Behandlungsstation so groß sein, dass die geforderte Taktzeit nicht mehr erreicht wird, empfiehlt es sich, zwei oder mehrere gleichartige Behandlungsstationen vorzusehen, die aufeinanderfolgend beschickt werden. In einer vorteilhaften
Ausführung sind die Kammern übereinander angeordnet. Dabei ist es unerheblich, ob für die Überwindung des Höhenversatzes die Behandlungsstationen vertikal bewegt werden oder das Beschickungssystem die notwendige Vertikalbewegung ausführt.
Als Ofen kann beispielsweise ein Durchlaufofen oder ein Batchofen, wie
beispielsweise ein Kammerofen, vorgesehen sein. Durchlauföfen weisen in der Regel eine große Kapazität auf und sind für die Massenproduktion besonders gut geeignet, da sie sich ohne großen Aufwand beschicken und betreiben lassen.
In vorteilhafter Ausführungsform wird das Bauteil nur von einer Seite her angeblasen. Dadurch wird eine klare Trennung von Fördertechnik, beispielsweise unterhalb des Bauteils, und Abkühleinrichtung, beispielsweise oberhalb des Bauteils, erreicht, was die konstruktive Gestaltung der Behandlungsstation oder der Behandlungsstationen erheblich vereinfacht.
Erfindungsgemäß weist die die Behandlungsstation eine Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer zweiter Bereiche des Stahlbauteils auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Düse zum Anblasen des oder der zweiten Bereiche des Stahlbauteils mit einem gasförmigen Fluid,
beispielsweise Luft oder ein Schutzgas, wie beispielsweise Stickstoff auf. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Anblasen des zweiten oder der zweiten Bereiche durch Anblasen mit einem gasförmigen Fluid, wobei dem gasförmigen Fluid Wasser, beispielsweise in vernebelter Form, beigefügt ist. Dazu weist die Vorrichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform eine oder mehrere Vernebelungsdüsen auf. Durch das Anblasen mit dem mit Wasser versetzten gasförmigen Fluid wird die Wärmeabfuhr aus dem oder aus den zweiten Bereichen erhöht. Mit der Verdampfung des Wassers auf dem Stahlbauteil wird eine große Wärmeabfuhr und ein hoher Energietransport erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform wird der zweite beziehungsweise werden die zweiten Bereiche über Wärmeleitung, beispielsweise durch das Inkontaktbringen mit einem Stempel oder mehreren Stempeln gekühlt, der beziehungsweise die eine deutlich niedrigere Temperatur als das Stahlbauteil aufweist oder aufweisen. Dazu kann der Stempel aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff hergestellt sein und / oder direkt oder indirekt gekühlt sein. Auch eine Kombination der Kühlungsarten ist denkbar.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen
Wärmebehandlungsvorrichtung kann Stahlbauteilen mit jeweils einem oder mehreren ersten und/oder zweiten Bereichen, die auch komplex geformt sein können, wirtschaftlich ein entsprechendes Temperaturprofil aufgeprägt werden, da die unterschiedlichen Bereiche konturscharf sehr schnell auf die notwendigen
Prozesstemperaturen gebracht werden können. Zwischen den beiden Bereichen sind klar konturierte Abgrenzungen der einzelnen Bereiche realisierbar. Geringe
Spreizungen im Temperaturniveau des Bauteils wirken sich vorteilhaft bei der weiteren Verarbeitung in der Presse aus. Erfindungsgemäß ist es mit dem gezeigten Verfahren und mit der
erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung möglich, nahezu beliebig viele zweite Bereiche einzustellen, die innerhalb eines Stahlbauteils zudem jeweils untereinander noch unterschiedliche Festig keits- und Dehnungswerte aufweisen können. Auch ist die gewählte Geometrie der Teilbereiche frei wählbar. Punkt- oder linienförmige Bereiche sind ebenso wie z.B. großflächige Bereiche darstellbar. Auch die Lage der Bereiche ist unerheblich. Die zweiten Bereiche können vollständig von ersten Bereichen umschlossen sein oder sich am Rand des Stahlbauteils befinden. Selbst eine vollflächige Behandlung ist denkbar. Eine Begrenzung der Anzahl der gleichzeitig behandelten Stahlbauteile ist allenfalls durch das Presshärtewerkzeug oder die Fördertechnik der gesamten Wärmebehandlungsvorrichtung gegeben. Die Anwendung des Verfahrens auf bereits vorgeformte Stahlbauteile ist ebenfalls möglich. Durch die dreidimensional ausgeformten Oberflächen bereits vorgeformter Stahlbauteile ergibt sich lediglich ein höherer konstruktiver Aufwand zur Darstellung der Gegenflächen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass auch bereits vorhandene
Wärmebehandlungsanlangen auf das erfindungsgemäße Verfahren adaptiert werden können. Hierzu muss bei einer konventionellen Wärmebehandlungsvorrichtung mit nur einem Ofen hinter diesem nur die Behandlungsstation vorgesehen und die Beschickungseinrichtungen angepasst werden.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Von den Abbildungen zeigt: Fig. 1 eine typische Temperaturkurve bei der Wärmebehandlung eines Stahlbauteils mit einem ersten und einem zweiten Bereich
Fig. 2 eine erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung Fig. 4 eine weitere erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
In der Fig. 1 ist eine typische Temperaturkurve bei der Wärmebehandlung eines Stahlbauteils 200 mit einem ersten Bereich 210 und einem zweiten Bereich 220 gemäß dem erfinderischen Verfahren. Das Stahlbauteil 200 wird im Ofen 1 10 gemäß des schematisch eingezeichneten Temperaturlaufs θ2οο,ι ιο während der Verweilzeit im Ofen t110 aufgeheizt auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur.
Anschließend wird das Stahlbauteil 200 mit einer Transferzeit t12o in die
Behandlungsstation 150 transferiert. Dabei verliert das Stahlbauteil Wärme. In der Behandlungsstation wird ein zweiter Bereich 220 des Stahlbauteils 200 schnell abgekühlt, wobei der zweite Bereich 220 schnell gemäß des eingezeichneten Verlaufs θ22ο,ΐ5ο an Wärme verliert. Das Abkühlen endet nach Ablauf der
Behandlungszeit tB, die in Abhängigkeit der Dicke des Stahlbauteils 200, den gewünschten Materialeigenschaften und der Größe des zweiten Bereichs 220 nur einige wenige Sekunden beträgt. Der zweite Bereich 220 hat nun die
Abkühlstopptemperatur θ2 oberhalb der Martensitstarttemperatur Ms erreicht. Dabei kann die Temperatur des ersten Bereichs 210 des Stahlbauteils 200 unter die AC3- Temperatur fallen, was aber nicht zwingend erfolgen muss. Dahingegen kann die Temperatur des zweiten Bereichs 220 des Stahlbauteils 200 gemäß dem
eingezeichneten Temperaturverlauf θ22ο,ΐ 3ο während der Verweilzeit t150 aufgrund der Rekaleszenz leicht wieder ansteigen, ohne die AC3-Temperatur zu erreichen, bevor sie dann langsam weiter fällt.
Nach Beendigung der Verweilzeit t150 des Stahlbauteils 200 in der
Behandlungsstation wird es während der Transferzeit t131 in ein Presshärtewerkzeug
160 transferiert, wo es während der Verweilzeit t16o umgeformt und gehärtet wird.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsvorrichtung 100 in 90°- Anordnung. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 weist eine Beladungsstation 101 auf, über die Stahlbauteile dem Ofen 1 10 zugeführt werden. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 die Behandlungsstation 150auf. Weiter in Hauptdurchflussrichtung D hinter Ofen 1 10 angeordnet befindet sich eine
Entnahmestation 131 , die mit einer Positioniervorrichtung (nicht gezeigt) ausgerüstet ist. Die Hauptdurchflussrichtung knickt nun um im Wesentlichen 90° ab, um ein Presshärtewerkzeug 160 in einer Presse (nicht gezeigt) folgen zu lassen, in dem das Stahlbauteil 200 pressgehärtet wird. In Achsrichtung des-Ofens 1 10 ist ein Behälter
161 angeordnet, in den Ausschussteile verbracht werden können.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsvorrichtung 100 in gerader Anordnung. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 weist eine Beladungsstation 101 auf, über die Stahlbauteile dem Ofen 1 10 zugeführt werden. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 die Behandlungsstation 150 auf. Weiter in Hauptdurchflussrichtung D hinter Ofen 1 10 angeordnet befindet sich eine
Entnahmestation 131 , die mit einer Positioniervorrichtung (nicht gezeigt) ausgerüstet ist. Weiter folgt in nun weiter gerader Hauptdurchflussrichtung ein
Presshärtewerkzeug 160 in einer Presse (nicht gezeigt), in dem das Stahlbauteil 200 pressgehärtet wird. Im Wesentlich in 90° zu der Entnahmestation 131 ist ein Behälter 161 angeordnet, in den Ausschussteile verbracht werden können. Fig 4 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen
Wärmebehandlungsvorrichtung 100. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 weist wieder eine Beladungsstation 101 auf, über die Stahlbauteile dem Ofen 1 10 zugeführt werden. Der Ofen 1 10 ist bei dieser Ausführung vorzugsweise als
Durchlaufofen ausgebildet. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 die Behandlungsstation 150 auf. Die Entnahmevorrichtung 131 kann beispielsweise über eine Greifvorrichtung (nicht gezeigt) verfügen. Die Entnahmestation 131 entnimmt beispielsweise mittels der Greifvorrichtung die Stahlbauteile 200 aus dem Ofen 1 10. Im Gegensatz zu der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist hier die Behandlungsstation 150 auf dem Ofen 1 10 angeordnet. Diese Anordnung spart Aufstellungsfläche. Die Hauptdurchflussrichtung wechselt bei dieser
Ausführungsform die Ebene, in dem das Stahlbauteil 200 von der Entnahmestation nach dem Verlassen des Ofens 1 10 angehoben und in die Behandlungsstation 150 eingelegt wird. Nach Ablauf der Verweilzeit 1 150 des Stahlbauteils 200 in der Behandlungsstation 150 entnimmt die Entnahmestation 131 das Stahlbauteil 200 wieder der Behandlungsstation 150 und legt es in ein in einer Presse eingebautes Presshärtewerkzeug 160 ein. In der gezeigten Ausführungsform ist die Presse in Linie mit dem Ofen 1 10 angeordnet, während ein Behälter 161 für Ausschuss im Winkel zur Ofenachse angeordnet ist. Die Positionen von Presse mit Werkzeug 160 und Behälter 161 können auch vertauscht werden.
Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind
gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
Bezugszeichenliste:
100 Wärmebehandlungsvorrichtung
1 10 Ofen
131 Entnahmestation
150 Behandlungsstation
160 Presshärtewerkzeug
161 Behälter
200 Stahlbauteil
210 erster Bereich
220 zweiter Bereich
D Hauptdurchflussrichtung
Ms Martensit-Starttemperatur
tB Behandlungszeit
t1 10 Verweilzeit im Ofen
t12o Transferzeit Stahlbauteil in Behandlungsstation
t131 Transferzeit Stahlbauteil in Presshärtewerkzeug
ti 5o Verweilzeit in Behandlungsstation
t160 Verweilzeit im Presshärtewerkzeug
d† Gefügeumwandlungsstarttemperatur
d2 Abkühlstopptemperatur
$3 Innentemperatur Ofen
2oo,i io Temperaturverlauf des Stahlbauteils im Ofen
#210,150 Temperaturverlauf des ersten Bereichs des Stahlbauteils in der
Behandlungsstation
$220,150 Temperaturverlauf des zweiten Bereichs des Stahlbauteils in der
Behandlungsstation
$2oo,i6o Temperaturverlauf des Stahlbauteils in dem Presshärtewerkzeug

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur gezielten bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines
Stahlbauteils (200), wobei in dem Stahlbauteil (200) in einem oder mehreren ersten Bereichen (210) ein vorrangig austenitisches Gefüge einstellbar ist, aus dem durch Abschrecken ein mehrheitlich martensitisches Gefüge darstellbar ist, und in einem oder mehreren zweiten Bereichen (220) ein mehrheitlich bainitisches Gefüge einstellbar ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das Stahlbauteil (200) zunächst in einem Ofen (110) auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur aufgeheizt wird, das Stahlbauteil (200) anschließend in eine Behandlungsstation (150) transferiert wird und in der Behandlungsstation (150) die ein oder mehreren zweiten Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) während einer Behandlungszeit tB auf eine
Abkühlstopptemperatur d2 abgekühlt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Abkühlstopptemperatur d2 oberhalb der Martensitstarttemperatur Ms gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Abkühlstopptemperatur d2 unterhalb der Martensitstarttemperatur Ms gewählt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass in der Behandlungsstation der eine oder die mehreren ersten Bereiche (210) bis auf eine Temperatur oberhalb der
Gefügeumwandlungsstarttemperatur θι abkühlen.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der oder die zweiten Bereiche (220) durch einseitiges Anblasen mit einem Fluid abgekühlt werden.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass während der Behandlungszeit tB keine aktive Beheizung des oder der zweiten Bereiche (220) in der Behandlungsstation (150) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass während der Behandlungszeit tBder oder die zweiten Bereiche (220) in der Behandlungsstation (150) aktiv beheizt werden.
8. Wärmebehandlungsvorrichtung (100), aufweisend einen Ofen (110) zur
Aufheizung eines Stahlbauteils (200) auf eine Temperatur oberhalb AC3- Temperatur,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Wärmebehandlungsvorrichtung (100) weiterhin eine
Behandlungsstation (150) aufweist, wobei die Behandlungsstation (150) eine Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer zweiter Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) aufweist.
9. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer zweiter Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) eine Düse zum Anblasen des oder der zweiten Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) mit einem gasförmigen Fluid aufweist.
10. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer zweiter Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) eine Düse zum Anblasen des oder der zweiten Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) mit einem gasförmigen Fluid, dem Wasser beigemischt ist, aufweist.
11. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Düse zum Anblasen des oder der zweiten Bereiche (220) des
Stahlbauteils (200) ausschließlich auf einer Seite der Behandlungsstation ( 50) angeordnet ist, so dass das Stahlbauteil (200) ausschließlich einseitig anblasbar ist.
12. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer zweiter Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) einen Stempel zum Kontaktieren des oder der zweiten Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) aufweist.
13. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der Stempel zum Kontaktieren des oder der zweiten Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) temperierbar ausgeführt ist.
14. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 12 oder 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der Stempel zum Kontaktieren des oder der zweiten Bereiche (220) des Stahlbauteils (200) ausschließlich auf einer Seite der Behandlungsstation (150) angeordnet ist, so dass das Stahlbauteil (200) ausschließlich einseitig kontaktierbar ist. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Behandlungsstation (150) Wärmereflektoren aufweist.
Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Behandlungsstation (150) wärmegedämmte Wandungen aufweist.
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