WO2005078143A1 - Verfahren zur herstellung eines dreidimensional geformten panzerungsbauteils für fahrzeugkarosserien - Google Patents

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WO2005078143A1
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steel
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Meinhard Schröder
Thomas Müller
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y10T29/49622—Vehicular structural member making

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a three-dimensionally shaped armor component for vehicle bodies by producing sheet metal parts from hardenable steel, with thermal pretreatment of these steel blanks, the heating rate and temperature being selected until the alloy content-dependent austenitic state is reached, and a subsequent compression molding and hardening treatment of the molded armor components.
  • Technical solutions of this type are required, for example, in the construction of armored limousines in motor vehicles.
  • DE 198 21 797 Cl discloses a method for producing hardened parts made of steel. This process is used in particular to obtain preliminary products, for example for the production of Rolling bearings and gear parts, on the one hand, should be particularly fatigue-proof, highly resilient and wear-resistant, and, on the other hand, should be particularly adaptable in the interest of minimal mechanical reworking.
  • an air-hardening steel is used, which, after heating to at least 1100 ° C, is first subjected to hot working to a temperature of at least 800 ° C and then cooled by air to about 280 ° C with simultaneous thermomechanical treatment by calibration, followed by cooling in air to room temperature and subsequent relaxation treatment at a temperature of 150 to 250 ° C.
  • US Pat. No. 5,454,883 A also discloses a method by means of which hardened steel plates are produced by optimizing the heating rates during thermal treatment and the holding times at selected treatment temperatures. Furthermore, this technical solution in a variant suggests that calibration is not required when the components cool down.
  • the task is therefore to create a technical solution with which the shortcomings of the known prior art are overcome.
  • a method is to be developed which is suitable for the production of armor components for vehicle bodies while avoiding weak points in the armored area.
  • the armored components should be repeatable with minimal post-processing requirements and with significantly smaller dimensional tolerances than comparable welded constructions.
  • the object is achieved by the features of claims 1 and 2.
  • Advantageous refinements are described in the subclaims.
  • the method then provides for the production of a three-dimensionally shaped armor component for vehicle bodies by producing sheet metal parts from hardenable steel. For this purpose, the steel blanks are thermally pretreated, the heating rate and the heating temperature being chosen so that the alloy-dependent austenitic or partially austenitic state is reached.
  • the majority of the alloy elements contained in the steel plate material are dissolved in the austenite.
  • the heat treatment time is selected in the austenitization depending on the carbon content and the amount and type of alloy elements as well as the sheet thickness so that scaling, decarburization and grain growth are minimized. This is followed by press molding followed by any heat treatment that may be necessary, as a result of which the desired three-dimensionally shaped armor components are obtained.
  • the process provides for the hot forming and quench hardening of the steel blanks to be carried out in one operation.
  • the tempered steel plate is shaped as directly as possible, preferably still in the austenitic or partially austenitic state, using a press tool, and the desired hardness structure in the formed steel plate is achieved as a result of the desired high cooling rate.
  • the required critical cooling rate is chosen so that a hardness structure is created.
  • the formed component is held in full contact with the pressing tool.
  • the full-surface contact of the formed steel plate with the pressing tool ensures, on the one hand, the avoidance of deformations due to thermal stresses up to the partial or complete structural transformation of the formed steel plate and serves to form the necessary hardness structure in all sub-areas of the armor-made component. This reliably prevents weak points within the armor component.
  • the cooling of the formed component is part of the hardening treatment and therefore takes place in the closed press tool.
  • the forming in the pressing tool is preferably carried out in such a way that the speed of the cooling of the austenitized or partially austenitized steel plate during the pressing process is as far as possible above the critical cooling speed while the formed steel plate is in full contact with the engraving of the pressing tool.
  • the steel plate which has been tempered is shaped first after being placed in the pressing tool and is kept in full contact with the pressing tool, the pressing tool being cooled to at least about 70 ° C. before the forming process. After the forming process, the formed steel plate is cooled further with the pressing tool open or outside of the pressing tool in the ambient air. It is assumed here that the shock-like cooling of the austenitized formed steel plate in the pre-cooled press tool not only leads to the formation of the basic structure of hardness, but also to a sufficient dimensional stability of the three-dimensional armor component produced, in this case the press tool can be used at a higher frequency for generating Use repeatable components.
  • Sheets made of hardenable and martensite hardenable steels are preferably used as steel blanks.
  • the method provides that the cracking hardness of the armored steel when hardened in hardening oil is greater than 45 HRC or the hardness after hot aging is greater than 45 HRC.
  • Three-dimensionally shaped armor components of high dimensional accuracy are obtained in particular by holding the press tool closed for a period of 50 to 500 seconds after the shaping process until the desired cooling temperature has been reached.
  • the component is kept in the calibration until the hardness structure is completely formed, whereby deformations due to thermal stresses can be largely excluded.
  • the cooling rate via the contact of the formed steel plate with the pressing tool is influenced in that the pressing tool consists of a good heat-conducting material, for example steel, and / or by means of coolants, preferably e.g. B. water, ammonia and / or compressed air can be cooled. It is possible to subject the cooled and formed steel blanks to a final heat treatment in the form of a relaxation and / or tempering process, tempering or aging treatment.
  • coolants preferably e.g. B. water, ammonia and / or compressed air
  • thermal after-treatment procedures are possible as thermal after-treatment procedures depending on the alloy composition. These measures serve to compensate for possible uneven distributions of the degrees of hardness in the component and thus to rule out uncertainties in the security against the effects of bombardment or sprinkling. As is known, the thermal distortion that occurs during the thermal aftertreatment is only about 10% of the armoring components produced by means of welding technology.
  • the body of a vehicle of the special protection class is rejected completely or at least with regard to the loaded armor components after an initial loading by shelling or sprinkling.
  • the armor components to be produced must in particular be of continuous or full-surface quality and, if possible, do not require mechanical reworking of the surface of the three-dimensionally shaped armor component.
  • the proposed procedure takes these special requirements into account to a high degree.
  • three-dimensionally shaped armor components of high quality are obtained in a comparatively simple manner by combining a hot forming process with a hardening process, starting from sheet metal plates which have previously been pretreated in an austenitized or partially austenitized state.
  • the desired protection class which is characterized by defined bullet security and possible security against sprinkling, the required heat treatment parameters are sought.
  • Some tempered steels for use in protection class VR 6 achieve all protection requirements with the help of the proposed method, even without subsequent heat treatment, including protection against sprinkling with grenades of type DM 51 without splinter exits on the back of the armor elements.
  • care must be taken to ensure that adequate heat dissipation can be ensured at every point on the formed steel plate.
  • the flow properties of the material must be taken into account so that on the one hand the component completely and evenly contacts the engraving of the tool during the forming process with uniform surface pressure and thinning of the material thickness is avoided.
  • beads or stabilizing shapes encircling the board can be embossed.
  • the final shape of the component is cut out using a laser or preferably a water jet.
  • the proposed method can now be used to produce three-dimensionally shaped armor components for different protection classes, the wall thickness of which can also be more than 10 mm.
  • armor components for vehicle bodies can be realized, which previously could only be produced as complex welded structures with ballistic weak points in the area of the weld seam.
  • the high level of process reliability means that the process can be used as standard for the manufacture of three-dimensionally shaped armor components with high dimensional accuracy.
  • Example 1 The invention will be explained in more detail below with exemplary embodiments.
  • Example 1 The invention will be explained in more detail below with exemplary embodiments.
  • Example 1
  • a steel sheet with a thickness of 6.5 mm has the following content of alloy elements:
  • a sheet is obtained from this steel sheet and heated to an austenitizing temperature of 950 ° C.
  • the blank is placed in the press tool and shaped by closing the press tool.
  • the formed steel blank is cooled to the mold temperature within 300 seconds.
  • the tool can be cooled by coolant.
  • the closing pressure of the press tool is maintained over the entire cooling time. This is followed by heat treatment by tempering to HRC 50 quality.
  • the three-dimensionally shaped armor component corresponds to bullet class VR 6, which has been demonstrated by bullet tests.
  • a steel plate with a thickness of 6.5 mm has the following proportions of alloy elements:
  • This steel blank is heated to the austenitizing temperature of 970 ° C and immediately placed in the press tool and formed by closing the press tool.
  • the pressing tool was previously cooled to approx. 70 ° C.
  • the pressing tool can be opened and the further cooling of the three-dimensionally shaped armor component can be carried out at room temperature.
  • the three-dimensionally shaped armor component obtained corresponds to the bullet class VR 6, which was proven by bullet tests.

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Abstract

Es handelt sich um ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien. Die Panzerungsbauteile sollen bei minimierten Nachbearbeitungserfordernissen wiederholgenau und mit geringeren Masstoleranzen als vergleichbare Schweisskonstruktionen herstellbar sein. Dies erfolgt durch Herstellen von Blechformteilen aus härtbarem Stahl unter thermischer Vorbehandlung, wobei die Aufheizgeschwindigkeit und -temperatur wenigstens bis zum Erreichen des legierungsgehaltsabhängigen austenitischen oder teilaustenischen Zustand gewählt werden, und eine darauf folgende Pressformgebung und gegebenenfalls anschliessende Härte- bzw. Wärmebehandlung der geformten Panzerungsbauteile erfolgt, und das Warmumformen und das Abschreckhärten der Stahlplatinen in einem Arbeitsgang durchgeführt werden, die austenitisierte Stahlplatine innerhalb einer Zeit von maximal 90 Sekunden mittels Presswerkzeug umgeformt wird, das umgeformte Bauteil im vollflächigen Kontakt mit dem Presswerkzeug gehalten wird, die Abkühlung des umgeformten Bauteils im geschlossenen Presswerkzeug erfolgt und die Abkühlung des umgeformten Bauteils im geschlossenen Presswerkzeug mit einer Abkühlgeschwindigkeit erfolgt, die wenigstens der materialspezifischen kritischen Abkühlgeschwindigkeit entspricht.

Description

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien durch Herstellen von Blechformteilen aus härtbarem Stahl, unter thermischen Vorbehandlung dieser Stahlplatinen, wobei die Aufheizgeschwindigkeit und -temperatur bis zum Erreichen des legierungsgehaltsabhängigen austenitischen Zustand gewählt werden, und einer darauf folgenden Preßformgebung und Härtebehandlung der geformten Panzerungsbauteile. Derartige technische Lösungen werden beispielsweise im Kraftfahrzeugbau von gepanzerten Limousinen benötigt.
Bei der Herstellung von Sonderschutzfahrzeugen werden Panzerungen eingesetzt, die in die Außenbeplankung von Fahrzeugkarosserien eingefügt werden. Wegen der schweren Verarbeitbarkeit der hochfesten Stähle werden diese Panzerungen meist als Schweißbaugruppen ausgelegt. Die bekannte Verzugsanfälligkeit sowie die beachtliche Temperaturempfindlichkeit, die bereits oberhalb einer Temperatur von 200 °C einen Festigkeitsabfall bewirken kann, fuhren oft zu Rißbildungen und Spannungsproblemen im direkten Schweißnahtbereich sowie zu Festigkeitsproblemen in den Wärmeeinflußzonen. Diese unerwünschten Wirkungen erhöhen sich mit zunehmenden Gehalt an Legierungselementen und Panzerungshärte. Dies führt zur Beeinträchtigung der erforderlichen Schutzwirkung.
Bekannt ist das Herstellen von dreidimensionalen Bauteilen durch Warmumformung mit nachfolgender Wärmebehandlung. So wird mit der DE 198 21 797 Cl ein Verfahren zur Herstellung von gehärteten Teilen aus Stahl bekannt gemacht. Dieses Verfahren dient insbesondere der Gewinnung von Vorprodukten, die beispielsweise für die Herstellung von Wälzlagern und Getriebeteilen einerseits besonders ermüdungsfest, hoch belastbar und verschleißfest und andererseits im Interesse minimaler mechanischer Nachbearbeitung besonders paßfahig herstellbar sein sollen. Dazu wird ein lufthärtender Stahl eingesetzt, der nach dem Erwärmen auf wenigstens 1100 °C zunächst einer Warmumformung bis auf eine Temperatur von wenigstens 800 °C und einer anschließenden Abkühlung mittels Luft auf etwa 280 °C bei gleichzeitiger thermomechanischer Behandlung durch Kalibrieren, anschließender Abkühlung an Luft auf Raumtemperatur und abschließender Entspannungsbehandlung bei einer Temperatur von 150 bis 250 °C gewonnen wird.
Mit der US 5, 454, 883 A wird weiterhin ein Verfahren bekannt gemacht, mit dessen Hilfe gehärtete Stahlplatten dadurch hergestellt werden, daß die Aufheizraten beim thermischen Behandeln, sowie die Haltezeiten auf ausgewählten Behandlungstemperaturen optimiert werden. Weiterhin legt diese technische Lösung in einer Variante den Verzicht auf das Kalibrieren beim Abkühlen der Bauteile nahe.
Der gemeinsame Mangel der bekannten technischen Lösungen besteht darin, daß sie für das Herstellen von dreidimensional geformten Blechformteilen aus härtbaren Stahlblechen ungeeignet sind, insbesondere dann, wenn eine spanende Oberflächennachbehandlung der gehärteten Blechformlinge vermieden werden soll. Insofern sind die bekannten technischen Lösungen für das Herstellen von Halbzeugen, wie sie im Maschinenbau für die Herstellung hochfester Stahlkonstruktionen, hochbelasteter Maschinenbauelemente in Form von Wälzlager- und Getriebeteilen benötigt werden, für die Herstellung von dreidimensional geformten Panzerungsbauteilen für Fahrzeugkarosserien ungeeignet.
Die Aufgabe besteht deshalb im Schaffen einer technischen Lösung, mit deren Hilfe die Mängel des bekannten Standes der Technik überwunden werden. Insbesondere ist ein Verfahren zu entwickeln, das für die Herstellung von Panzerungsbauteilen für Fahrzeugkarosserien unter Vermeidung von Schwachstellen im gepanzerten Bereich geeignet ist. Die Panzerungsbauteile sollen bei minimierten Nachbearbeitungserfordernissen wiederholgenau und mit deutlich geringeren Maßtoleranzen als vergleichbare Schweißkonstruktionen herstellbar sein. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Danach sieht das Verfahren die Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien durch das Herstellen von Blechformteilen aus härtbarem Stahl vor. Die Stahlplatinen werden dazu thermisch vorbehandelt, wobei die Aufheizgeschwindigkeit und die Aufheiztemperatur so gewählt werden, daß der legierungsgehaltsabhängige austenitische bzw. teilaustenistische Zustand erreicht ist. Im austenitisierten Zustand wird der überwiegende Teil der im Material der Stahlplatine enthaltenen Legierungselemente im Austenit gelöst. Die Wärmebehandlungszeit wird bei der Austenitisierung in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt und von Menge und Art der Legierungselemente sowie von der Blechdicke so gewählt, daß sowohl Verzunderung, Randentkohlung und Kornwachstum minimiert werden. Anschließend erfolgt die Preßformgebung mit anschließender eventuell notwendiger Wärmebehandlung, in deren Ergebnis die gewünschten dreidimensional geformten Panzerungsbauteile gewonnen werden. Das Verfahren sieht vor, das Warmumformen und das Abschreckhärten der Stahlplatinen in einem Arbeitsgang durchzuführen. Die austemtisierte Stahlplatine wird möglichst unmittelbar, vorzugsweise noch im austenitischen bzw. teilaustenitischen Zustand mittels Preßwerkzeug umgeformt und im Ergebnis der angestrebten hohen Abkühlgeschwindigkeit wird das gewünschte Härtegefüge in der umgeformten Stahlplatine erreicht. Die erforderliche kritische Abkühlgeschwindigkeit wird dabei so gewählt, daß ein Härtegefüge entsteht.
Nach Schließen des Preßwerkzeuges wird das umgeformte Bauteil im vollflächigen Kontakt mit dem Preßwerkzeug gehalten. Der vollflächige Kontakt der umgeformten Stahlplatine mit dem Preßwerkzeug gewährleistet einerseits das Vermeiden von Deformationen infolge thermischer Spannungen bis zur teilweisen oder vollständigen Gefügeumwandlung der umgeformten Stahlplatine und dient Ausbildung des erforderlichen Härtegefüges in allen Teilbereichen des erzeugten Panzerungsbauteils. Damit werden Schwachstellen innerhalb des Panzerungsbauteils sicher vermieden.
Die Abkühlung des umgeformten Bauteils ist Bestandteil der Härtebehandlung und erfolgt deshalb im geschlossenen Preßwerkzeug. Vorzugsweise erfolgt die Umformung im Preßwerkzeug so, daß die Geschwindigkeit der Abkühlung der austenitisierten bzw. teilaustenitisierten Stahlplatine während des Preßvorganges unter vollflächigem Anliegen der umgeformten Stahlplatine an die Gravur des Preßwerkzeuges möglichst oberhalb der kritischen Abkühlgeschwindigkeit liegt.
Alternativ zu dieser Verfahrensvariante ist es weiterhin möglich, daß die austemtisierte Stahlplatine nach dem Einlegen in das Preßwerkzeug zunächst umgeformt und im vollständigen Kontakt mit dem Preßwerkzeug gehalten wird, wobei das Preßwerkzeug vor dem Umformprozeß wenigstens auf ca. 70 °C gekühlt wird. Nach dem Umformprozeß wird die weitere Abkühlung der umgeformten Stahlplatine bei geöffneten Preßwerkzeug oder außerhalb des Preßwerkzeuges an der Umgebungsluft vorgenommen. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die schockartige Abkühlung der austenitisierten umgeformten Stahlplatine im vorgekühlten Preßwerkzeug nicht nur zur Ausbildung des grundsätzlichen Härtegefüges, sondern auch zu einer ausreichenden Formstabilität des erzeugten dreidimensionalen Panzerungsbauteils führt, fn diesem Falle läßt sich das Preßwerkzeug in höherer Frequenz für das Erzeugen von wiederholgenauen Bauteilen nutzen.
Bevorzugt werden als Stahlplatinen Bleche aus härtbaren und martensitaushärtbaren Stählen eingesetzt.
Das Verfahren sieht vor, daß die Ansprunghärte des Panzerungsstahls bei Härtung in Härteöl größer 45 HRC oder die Härte nach Warmauslagern größer 45 HRC ist.
Dreidimensional geformte Panzerungsbauteile hoher Maßhaltigkeit werden insbesondere dadurch gewonnen, in dem das Preßwerkzeug nach dem Umformvorgang bis zum Erreichen der gewünschten Kühltemperatur über einen Zeitraum von 50 bis 500 Sekunden geschlossen gehalten wird. Dadurch wird das Bauteil bis zur vollständigen Ausbildung des Härtegefüges in der Kalibrierung gehalten, wodurch Deformationen infolge von Thermospannungen weitgehend ausgeschlossen werden können.
Die Abkuhlgeschwindigkeit über den Kontakt der umgeformten Stahlplatine mit dem Preßwerkzeug wird dadurch beeinflußt, daß das Preßwerkzeug aus gut wärmeleitfahigem Material, beispielsweise Stahl besteht und/oder durch Kühlmittel, vorzugsweise z. B. Wasser, Ammoniak und/oder Druckluft, gekühlt werden kann. Es ist möglich, die abgekühlten und umgeformten Stahlplatinen einer abschließenden Wärmebehandlung in Form eines Entspannungs- und/oder Anlassprozesses, Vergütungs- oder Auslagerungsbehandlung zu unterziehen.
Alternativ dazu sind auch Maßnahmen, wie Härten, Auslagern oder Warmauslagern als thermische Nachbehandlungsprozeduren je nach legierungszusammensetzung möglich. Diese Maßnahmen dienen dazu, mögliche ungleichmäßige Verteilungen der Härtegrade im Bauteil auszugleichen und damit Unsicherheiten in der Sicherheit gegen Beschüß- oder Besprengwirkungen auszuschließen. Der bei der thermischen Nachbehandlung auftretende thermische Verzug ist bekanntermaßen etwa nur 10 % der bei mittels Schweißtechnik hergestellten Panzerungsbauteilen.
Besonders vorteilhaft ist, daß das Warmumformen und das Abschreckhärten der austenitisierten bzw. teilaustenitisierten Stahlplatinen in einem Arbeitsgang durchgeführt werden.
Die Vorteile der Erfindung bestehen zusammengefaßt darin, daß für den Sonderfall der Herstellung von dreidimensional geformten Panzerungsbauteilen für Fahrzeugkarosserien bestimmte Anforderungen an die Herstellung von gehärteten Stählen, wie sie für die Hersteilung von Werkzeugen oder Halbzeugen bekannt sind, nicht erfüllt werden müssen. Das betrifft beispielsweise die Festigkeit gegen Wälzermüdung, die Verschleißfestigkeit oder die Dauerwechselfestigkeit.
Es kann davon ausgegangen werden, daß die Karosserie eines Fahrzeuges der Sonderschutzklasse nach einer erstmaligen Belastung durch Beschüß oder Besprengung vollständig oder zumindest bezüglich der belasteten Panzerungsbauteile verworfen wird. Unter Berücksichtigung dieser besonderen Anforderungen müssen die herzustellenden Panzerungsbauteile insbesondere die durchgängige oder die vollflächige Qualität aufweisen und nach Möglichkeit eine mechanische Nachbearbeitung der Oberfläche des dreidimensional geformten Panzerungsbauteils nicht erfordern. Das vorgeschlagene Verfahren trägt diesen besonderen Anforderungen in hohem Maße Rechnung. Gegenüber bekannten Schweißkonstruktionen werden auf vergleichsweise einfache Weise durch das Verbinden eines Warmumformprozesses mit einem Härtungsprozeß, ausgehend von Blechplatinen, die zuvor in einen austenitisierten bzw. teilaustenitisierten Zustand vorbehandelt wurden, dreidimensional geformte Panzerungsbauteile hoher Qualität gewonnen. Entsprechend der gewünschten Schutzklasse, die durch definierte Beschußsicherheit und eventuelle Sicherheit gegen Besprengung gekennzeichnet sind, werden die erforderlichen die erforderlichen Wärmebehandlungsparameter angestrebt.
Einige Vergütungsstähle für den Einsatz in der Schutzklasse VR 6 erreichen dabei mit Hilfe der Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens auch ohne nachfolgende Wärmebehandlung alle Schutzanforderungen, einschließlich der Sicherheit gegen Besprengung mit Handgranaten der Type DM 51 ohne Splitterabgänge auf der Rückseite der Panzerungselemente. Bei der Auslegung der Preßwerkzeuge muß darauf geachtet werden, daß an jeder Stelle der umgeformten Stahlplatine eine ausreichende Wärmeableitung gewährleistet werden kann. Weiterhin müssen die Fließeigenschaften des Materials beachtet werden, damit sich einerseits das Bauteils während des Umformvorganges bei gleichmäßiger Flächenpressung vollständig und gleichmäßig an die Gravur des Werkzeuges anlegt und Ausdünnungen der Materialdicke vermieden werden. Zur Stabilisierung des Bauteils während der Wärmebehandlung können in die Platine umlaufende Sicken oder Stabilisierungsformen mit eingeprägt werden. Nach dem Warmpressen oder der eventuellen Wärmebehandlung wird die Endform des Bauteils mittels Laser oder vorzugsweise Wasserstrahl ausgeschnitten.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren sind nun dreidimensional geformte Panzerungsbauteile für unterschiedliche Schutzklassen herstellbar, wobei deren Wanddicke auch mehr als 10 mm betragen kann. Nun sind auf dem Wege der Warmumformung Panzerungsbauteile für Fahrzeugkarosserien realisierbar, die bisher nur als aufwendige Schweißkonstruktionen mit ballistischen Schwachstellen im Schweißnahtbereich hergestellt werden konnten. Durch die hohe Prozeßsicherheit ist der serienmäßige Einsatz des Verfahrens für das Herstellen von dreidimensional geformten Panzerungsbauteilen hoher Maßhaltigkeit möglich.
Die Erfindung soll nachstehend mit Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Ausführungsbeispiel 1:
Ein Stahlblech mit einer Dicke von 6,5 mm weist folgenden Gehalt an Legierungselementen auf:
0,5 % C
1,1 - 1,3 % Ni
1,0 - 1,5 % Si
0,5 - 0,6 % Mn
0,1 - 0,5 % Mo.
Aus diesem Stahlblech wird eine Platine gewonnen und auf eine Austenitisierungstemperatur in Höhe von 950 °C erwärmt. In diesem Zustand wird die Platine in das Preßwerkzeug eingelegt und durch Schließen des Preßwerkzeuges umgeformt. Innerhalb von insgesamt 300 Sekunden erfolgt die Schreckabkühlung der umgeformten Stahlplatine auf Werkzeugtemperatur. Das Werkzeug kann dabei durch Kühlmittel gekühlt werden. Der Schließdruck des Preßwerkzeuges wird über die gesamte Abkühlzeit aufrechterhalten. Anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung durch Vergüten auf die Qualität HRC 50. Das dreidimensional geformte Panzerungsbauteil entspricht der Beschußklasse VR 6, was durch Beschußversuche nachgewiesen wurde.
Ausführungsbeispiel 2:
Eine Stahlplatine mit einer Dicke von 6,5 mm weist folgende Anteile an Legierungselementen auf:
0,25 - 0,4 % C
0,0 - 1,0 % Ni
0,2 - 0,4 % Si
0,0 - 2,0 % Mn
0,0 - 0,55 % Mo
0,0 - 1,1 % Cr. Diese Stahlplatine wird bis auf Austenitisierungstemperatur in Höhe von 970 °C erwärmt und sofort in das Preßwerkzeug eingelegt und durch Schließen des Preßwerkzeuges umgeformt. Das Preßwerkzeug wurde zuvor auf ca. 70°C abgekühlt. Infolge der schockartigen Abkühlung durch optimierte Wärmeableitung eines Großteils der Wärme der Stahlplatine auf das Preßwerkzeug kommt es zur Ausbildung eines ausreichenden Härtegefüges. Deshalb kann nach Abschluß des Umformvorganges das Preßwerkzeug geöffnet und die weitere Abkühlung des dreidimensional geformten Panzerungsbauteils bei Raumtemperatur durchgeführt werden.
Auf eine nachfolgende Wärmebehandlung wird verzichtet. Das gewonnene dreidimensional geformte Panzerungsbauteil entspricht der Beschußklasse VR 6, was durch Beschußversuche nachgewiesen wurde.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für FahrzeugkarosserienPatentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten
Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien durch Herstellen von
Blechformteilen aus härtbarem Stahl unter thermischer Vorbehandlung dieser Stahlplatinen, wobei die Aufheizgeschwindigkeit und -temperatur wenigstens bis zum Erreichen des legierungsgehaltsabhängigen austenitischen oder teilaustenischen Zustand gewählt werden, und darauf folgender Preßformgebung und gegebenenfalls anschließender Härte- bzw.
Wärmebehandlung der geformten Panzerungsbauteile, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmumformen und das Abschreckhärten der Stahlplatinen in einem Arbeitsgang durchgeführt werden, daß die austemtisierte Stahlplatine innerhalb einer Zeit von maximal 90
Sekunden mittels Preßwerkzeug umgeformt wird, daß das umgeformte Bauteil im vollflächigen Kontakt mit dem
Preßwerkzeug gehalten wird, daß die Abkühlung des umgeformten Bauteils im geschlossenen
Preßwerkzeug erfolgt und daß die Abkühlung des umgeformten Bauteils im geschlossenen
Preßwerkzeug mit einer Abkühlgeschwindigkeit erfolgt, die wenigstens der materialspezifischen kritischen Abkühlgeschwindigkeit entspricht.
2. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten
Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien durch Herstellen von Blechformteilen aus härtbarem Stahl unter thermischer Vorbehandlung dieser Stahlplatinen, wobei die Aufheizgeschwindigkeit und -temperatur wenigstens bis zum Erreichen des legierungsgehaltsabhängigen austenitischen oder teilaustenischen Zustand gewählt werden, und darauf folgender Preßformgebung und gegebenenfalls anschließender Härte- bzw.
Wärmebehandlung der geformten Panzerungsbauteile, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmumformen und das Abschreckhärten der Stahlplatinen in einem Arbeitsgang durchgeführt werden, daß die austemtisierte Stahlplatine noch im austenischen oder teilaustenischen Zustand mittels Preßwerkzeug umgeformt wird, daß das umgeformte Bauteil im vollflächigen Kontakt mit dem
Preßwerkzeug gehalten wird, daß das Preßwerkzeug vor dem Umformprozeß wenigstens auf ca. 70 °C gekühlt wird und daß nach dem Umformprozeß die weitere Abkühlung der umgeformten
Stahlplatine ohne Kalibrierung jedoch bei Aufrechterhaltung des
Preßdruckes zwecks Wärmeableitung aus der Platine im Preßwerkzeug erfolgt.
3. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten
Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stahlplatinen Bleche aus härtbaren und martensitaushärtbaren Stählen eingesetzt werden.
4. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten
Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stähle mit einer Ansprunghärte des Panzerungsstahls bei Härtung in Härteöl größer 45 HRC oder die Härte nach Warmauslagern größer 45 HRC ist, verwendet werden.
5. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten
Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aufheizung auf die Austenitisierungstemperatur die Legierungselemente überwiegend im Austenit gelöst werden.
6. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten
Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmbehandlungszeit und - temperatur für die Austenitisierung zur Minimierung von Verzunderung, Randentkohlung und Kornwachstum in Abhängigkeit vom Bauteilwerkstoff und Werkstoffdicke gewählt wird.
7. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten
Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung der austenitisierten Stahlplatine etwa bei der legierungsgehaltsabhängigen Austenitisierungstemperatur erfolgt bzw. bei Temperaturen, bei denen sich die Stahlplatine im teilaustenitisierten Zustand befindet.
8. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten
Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßwerkzeug nach dem Umformvorgang bis zum Erreichen der gewünschten Abkühltemperatur über einen Zeitraum von mindestens 50 bis 500 Sekunden geschlossen gehalten wird.
9. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten
Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßwerkzeug durch Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, Ammoniak und/oder Druckluft, gekühlt werden kann
10. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten
Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die abgekühlten und umgeformten Stahlplatinen einer abschließenden Wärmebehandlung in Form von Entspannen und/oder Anlassen unterzogen werden.
11. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten
Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die abgekühlten und umgeformten Stahlplatinen abschließend durch Anlassen, Härten und Anlassen, Auslagern oder Warmauslagern nachbehandelt werden.
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