WO2015014902A9

WO2015014902A9 - Baugruppe von gehärteten Bauteilen und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: WO2015014902A9
Application number: PCT/EP2014/066410
Authority: WO
Inventors: Andreas Breidenbach; Jörg GORSCHLÜTER; Michael BRÜGGENBROCK; Ralf Stegmeyer; René HAMPE
Original assignee: Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2015-05-21
Also published as: WO2015014902A1; JP2016534932A; CN105452093A; US20160186280A1; DE102013108265B4; DE102013108265A1; KR20160038023A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe aufweisend mindestens zwei gefügte metallische Bauteile, wobei mindestens eines der Bauteile aus einem Vergütungsstahl besteht, bei welchem die Bauteile unter Verwendung eines thermischen Fügeverfahrens miteinander zu einer Baugruppe gefügt werden. Daneben betrifft die Erfindung eine Baugruppe aufweisend mindestens zwei gefügte metallische Bauteile, wobei mindestens eines der Bauteile aus einem Vergütungsstahl besteht und die Bauteile unter Verwendung eines thermischen Fügeverfahrens miteinander zu einer Baugruppe gefügt sind. Die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe aufweisend mindestens zwei gefügte metallische Bauteile zur Verfügung zu stellen, mit welchem eine entsprechende Baugruppe trotz der vorhandenen Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Bauteilen der Baugruppe, eine homogene, hohe Festigkeit gezielt eingestellt werden kann, wird dadurch gelöst, dass die Baugruppe nach dem Fügen bereichsweise gehärtet wird, so dass mindestens eine der Fügeverbindung der Baugruppe zumindest teilweise gehärtetes Gefüge aufweist.

Description

Baugruppe von gehärteten Bauteilen und Verfahren zur Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe aufweisend mindestens zwei gefügte metallische Bauteile, wobei mindestens eines der Bauteile aus einem Vergütungsstahl besteht, bei welchem die Bauteile unter Verwendung eines thermischen Fügeverfahrens miteinander zu einer Baugruppe gefügt werden.

Daneben betrifft die Erfindung eine Baugruppe aufweisend mindestens zwei gefügte metallische Bauteile, wobei mindestens eines der Bauteile aus einem Vergütungsstahl besteht und die Bauteile unter Verwendung eines thermischen Fügeverfahrens miteinander zu einer Baugruppe gefügt sind.

Baugruppen aufweisend mindestens zwei gefügte metallische Bauteile werden üblicherweise verwendet, um komplexe Konstruktionen aus Metall beispielsweise Stahl, bereitzustellen, welche einstückig gar nicht oder nur auf sehr aufwändige Art und Weise hergestellt werden können. Üblicherweise werden die Bauteile dann zu einer Baugruppe thermisch geschweißt, so dass zwischen den Fügepartnern eine stoffschlüssige Fügeverbindung mit einer hohen Belastbarkeit entsteht. Mit der zunehmenden Anforderung, dass Gewicht entsprechender Baugruppen,

beispielsweise im Kraftfahrzeugbau, zu verringern, werden Vergütungsstähle verwendet, welche sich durch ein thermisches Behandlungsverfahren härten lassen, so dass sehr hohe Festigkeitswerte bereitgestellt werden können. Typische Beispiele für entsprechende Vergütungsstähle sind Mangan-Bor-Stähle. Dualphasen- oder TRIP- Stähle lassen sich ebenfalls durch eine Wärmebehandlung, welche eine

Gefügeumwandlung zu gehärtetem Gefüge zur Folge hat, härten. Üblicherweise werden die gehärteten Bauteile nach dem Härten zu einer Baugruppe verschweißt. Die Schweißnähte zwischen den Bauteilen der Baugruppe führen allerdings insbesondere bei den gehärteten Werkstoffen zu einer erneuten Gefügeumwandlung und einer Schwächung im Bereich der Schweißnaht Um dennoch ausreichende Festigkeiten bereitzustellen, wurden die Bauteile bisher in ihrer Wandstärke größer dimensioniert, so dass bisher nicht das gesamte Gewichtseinsparungspotential der eingesetzten hochfesten Werkstoffe genutzt werden konnte. Insbesondere im

Fahrzeugbau, beispielsweise bei der Bereitstellung von Knotenbereichen einer Fahrzeugstruktur kommt hinzu, dass die Knotenbereiche häufig hohen Kräften ausgesetzt sind, so dass hier die Dimensionierung der Wanddicke der eingesetzten hochfesten Werkstoffe besonders kritisch ist. Aufgrund der komplexen Geometrie der Knotenbereiche scheidet aber eine einstückige Herstellung aufgrund der notwendigen Anzahl an Umformoperationen häufig aus. Zudem führen viele Schweißverbindungen durch den Wärmeeintrag zu einem Verzug im Rohbau, der nur mit hohem apparativen Aufwand kompensiert werden kann.

Aus der europäischen Patentschrift EP 1 809 776 Bl ist ein Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugbauteilen bekannt, bei welchem mindestens ein Blech aus einem Bor legierten Vergütungsstahl mit einem weiteren Blech aus einem Dualphasen- oder TRIP-Stahl durch Schweißen und/oder Löten verbunden wird, die verbundenen Bleche warmumgeformt werden und ausschließlich der Bor legierte

Verbindungspartner pressgehärtet wird. Komplexe Baugruppen, beispielsweise Knotenbereiche einer Fahrzeugstruktur mit einem homogenen

Lastaufnahmevermögen können mit dem bekannten Verfahren daher nicht bereitgestellt werden, da insbesondere in den Schweißzonen nur deutlich geringere Festigkeiten bereitgestellt werden können.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe aufweisend mindestens zwei gefügte metallische Bauteile zur Verfügung zu stellen, mit welchem eine entsprechende Baugruppe trotz der vorhandenen Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Bauteilen der

Baugruppe, eine homogene, hohe Festigkeit gezielt eingestellt werden kann. Darüber hinaus sollen entsprechend hergestellte Baugruppen vorgeschlagen werden. Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Baugruppe nach dem Fügen bereichsweise gehärtet wird, so dass mindestens eine der Fügeverbindung der Baugruppe zumindest teilweise gehärtetes Gefüge aufweist. Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird die Baugruppe zunächst aus den entsprechenden Bauteilen durch thermisches Fügen hergestellt und anschließend in ihrer Gesamtheit einem Härten unterzogen. Hierdurch werden auch die vorhandenen Fügestellen gehärtet, so dass die Baugruppe insgesamt ein homogenes Lastaufnahmevermögen bzw. eine homogen verteilte Festigkeit aufweist. Das Gewichtsreduzierungspotential der eingesetzten Vergütungsstähle, beispielsweise eines Mangan-Bor-Stahls, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren voll ausgenutzt werden, da insbesondere die

Wanddicken der verwendeten Bauteile nicht mehr auf die Festigkeit der

Schweißstellen abgestimmt werden muss. Erfindungsgemäß weisen nämlich die Schweißstellen zumindest teilweise gehärtetes Gefüge auf und tragen damit zur gesamten Festigkeit der Baugruppe bei. Als thermisches Fügeverfahren kommt neben dem Schweißen, wie beispielsweise Schutzgasschweißen, Laserschweißen,

Laserhybrid auch ein Löten in Betracht, da auch dieses die Festigkeit der Fügepartner aufgrund der Wärmeeinwirkung und einer nachfolgenden Gefügeumwandlung verringern kann. Die Bauteile können beispielsweise mit Überlapp oder im

Stumpfstoß durch beispielsweise Punktschweißung, Step-Nähte und/oder

(durchgehende) Schweißnähte gefügt bzw. verschweißt werden.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens werden die Bauteile der Baugruppe durch mindestens eine Kaltumformung hergestellt. Als Kaltumformverfahren kommen beispielsweise ein Biegen, Tiefziehen, Streckziehen, Tiefen, Prägen oder ein Formen mit Wirkmedien in Betracht.

Vorzugsweise wird gemäß einer weiteren Ausführungsform vor dem Härten die Baugruppe zumindest bereichsweise auf eine Temperatur oberhalb des Aci- Temperaturpunktes, vorzugsweise oberhalb des Ac -Temperaturpunktes des zu härtenden Vergütungsstahls eines Bauteils der Gruppe oder aller Bauteile der Gruppe erwärmt und mit einer definierten Abkühlrate abgekühlt, so dass zumindest teilweise gehärtetes Gefüge erzeugt wird. Durch die gezielte Umwandlung des oberhalb der Aci- Temperatur, vorzugsweise oberhalb der Ac₃-Temperatur des jeweiligen Werkstoffes vorliegenden austenitischen Gefüges in martensitisches Gefüge wird die Festigkeit der Baugruppe deutlich gesteigert. Dies gilt natürlich auch für die Bereiche der

Fügeverbindungen, welche ebenfalls martensitisches Gefüge zumindest teilweise ausbilden. Die Schweißstellen weisen damit, wie bereits ausgeführt, insofern ebenfalls hohe Festigkeitswerte auf.

Während des Härtens der Baugruppe kann darüber hinaus dadurch auf

unterschiedliche Belastungen der Baugruppe in der späteren Anwendung reagiert werden, dass während des Härtens in der Baugruppe bereichsweise ein an die

Belastung angepasster Anteil an gehärtetem Gefüge erzeugt wird, welcher optional bereichsweise variiert. Hierdurch ist es möglich, die Baugruppe mit verschiedenen Bereichen zu versehen, welche unterschiedliche Festigkeiten zur Verfügung stellen und somit optimal an den Anwendungsfall angepasst sind. Beispielsweise kann es die Anwendung erfordern, dass die Baugruppe einerseits einen duktileren, weicheren Bereich und andererseits einen hochfesten Bereich aufweisen muss. Dies ist unabhängig von der Position der jeweiligen Fügeverbindungen zwischen de

Bauteilen der Baugruppe unabhängig einstellbar mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.

Besonders präzise kann die Festigkeit der herzustellenden Baugruppe gemäß einer weiteren Ausgestaltung dadurch eingestellt werden, dass das Härten in einem temperierten Härtungswerkzeug erfolgt, mit welchem bereichsweise variierende Abkühlraten der Baugruppe durch bereichsweise variierende Werkzeugtemperaturen erreicht werden. Durch Variation der Abkühlrate kann Einfluss genommen werden auf die Bildung von martensitischem Gefüge. Es ist daher durch Variation der

Werkzeugtemperaturen auf einfache Weise möglich, die Abkühlrate an den gewünschten Anteil an martensitischem Gefüge in dem Bereich einzustellen.

Selbstverständlich kann auch eine im Wesentlichen konstante Abkühlrate durch das temperierte Härtungswerkzeug über die gesamte Baugruppe erreicht werden. Alternativ kann die herzustellende Baugruppe gemäß einer weiteren Ausgestaltung bereichsweise unterschiedlich erwärmt werden, um unterschiedliche Festigkeiten in der Baugruppe einzustellen, wobei Bereiche, in denen geringere Festigkeiten eingestellt werden sollen, beispielsweise nicht oberhalb des Aci-Temperaturpunktes des zu härtenden Vergütungsstahls eines Bauteils der Gruppe oder aller Bauteile der Gruppe erwärmt werden. Die unterschiedlich erwärmte Baugruppe wird in ein Härtungswerkzeug überführt und in den Bereichen gehärtet, in denen sich durch die Erwärmung austenisches Gefüge gebildet hat. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird im Härtungswerkzeug die Baugruppe während des Härtens warmumgeformt und/oder kalibriert. Bei dieser Ausgestaltung wird ausgenutzt, dass beispielsweise austenitisches Gefüge bei einer Temperatur oberhalb der Aci-Temperatur vorzugsweise oberhalb der Ac - Temperatur des Werkstoffes in warmem Zustand leichter umgeformt werden kann. Darüber hinaus besteht die einfache Möglichkeit, Bauteil übergreifende

Verformungen, beispielsweise Sicken, Prägungen oder andere Nebenformelemente in die Baugruppe einzubringen. Durch einen zusätzlichen Kalibrierschritt kann nach dem Härten eine Baugruppe mit besonders geringen Maßtoleranzen zur Verfügung gestellt werden.

Vorzugsweise wird die Baugruppe durch thermisches Fügen mindestens eines Profils mit einem weiteren Bauteil hergestellt. Profile, insbesondere teilweise geschlossene Profile müssen zu deren Anwendung mit weiteren Bauteilen häufig thermisch gefügt werden, so dass Baugruppen, welche ein durch thermisches Fügen mit einem weiteren Bauteil verbundenes Profil aufweisen, von dem Verfahren besonders profitieren. Die Baugruppe inklusive gefügtem Profil kann nämlich auf einfache Weise mit homogenem Festigkeitsverlauf bereitgestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gilt dies insbesondere dann, wenn als Baugruppe ein Knotenbereich mindestens zweier Profile hergestellt wird und zumindest teilweise der Knotenbereich der Profile gehärtet wird. Die Knotenbereiche der Profile stellen häufig die Bereiche dar, in welchen die

Fügeverbindungen angeordnet sind und somit die Dimensionierung der Wandstärken der Knotenbereiche beeinflusst haben. Beispielsweise werden entsprechende Knotenbereiche insbesondere in Kraftfahrzeugen benötigt.

Vorzugsweise ist daher gemäß einer wetterten Ausführungsform des Verfahrens die Baugruppe eine A-, B-, oder C-Säule eines Kraftfahrzeuges, in welche Bereiche mit variierenden Festigkeiten durch den Härtungsschritt eingebracht werden. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, die Baugruppe an die im Anwendungsfall auftretenden Belastungen anzupassen. So ist beispielsweise der Dachbereich und der mittlere Bereich einer B-Säule mit Gefüge maximaler Festigkeit ausgestattet, wohingegen ein duktiler B-Säulenfuss Aufprallenergie absorbieren kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darüber hinaus eine Möglichkeit geschaffen werden, ein Auftrennen der Baugruppe, beispielsweise eines Profils der Baugruppe, dadurch zu erleichtern, dass zwischen zwei Bereichen mit gehärtetem Gefüge ein weicher Bereich mit geringerer Festigkeit in der Baugruppe erzeugt wird. Der weiche, duktile Bereich kann beispielsweise in einer B-Säule vorgesehen sein, welche dann von Rettungskräften, im Falle eines Unfalles, einfacher aufgetrennt werden kann.

Schließlich wird vorzugsweise als Baugruppe ein Knotenbereich einer

Rahmenstruktur eines Kraftfahrzeugs hergestellt, insbesondere ein Knotenbereich eines Dachrahmens bestehend aus einem profilartigen Dachrahmen,

Dachquerträgerprofil und/oder Säulenprofil. Die Rahmenstruktur eines

Kraftfahrzeugs, beispielsweise der Dachrahmen muss insbesondere in den

Knotenbereichen sehr hohe Kräfte aufnehmen und umleiten, so dass hier die hochfesten und gehärteten Gefüge zu einer deutlichen Gewichtsreduzierung genutzt werden können. Vor allem weisen die kritischen thermischen Fügestellen, beispielsweise Schweißnähte gehärtetes Gefüge auf, so dass diese zu einem hohen Lastaufnahmevermögen beitragen können. Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch eine Baugruppe aufweisend mindestens zwei gefügte, metallische Bauteile, wobei mindestens eines der Bauteile aus einem Vergütungsstahl besteht und die Bauteile unter Verwendung eines thermischen Fügeverfahrens miteinander zu einer Baugruppe gefügt sind, dadurch gelöst, dass die Baugruppe nach dem Fügen zumindest bereichsweise gehärtet worden ist und mindestens eine Fügeverbindung zumindest teilweise gehärtetes Gefüge aufweist. Die erfindungsgemäße Baugruppe unterscheidet sich von den konventionellen

Baugruppen dadurch, dass die thermischen Fügestellen, welche durch Schweißen oder Löten, insbesondere Laserschweißen erzeugt werden, durch den nachfolgenden Härtungsprozess ebenfalls mit gehärtetem Gefüge ausgestattet werden. Dies bedeutet, dass auch die Fügezonen zu dem gewünschten Lastaufnahmevermögen beitragen können. Die bereichsweise Härtung der Baugruppe wird daher beispielsweise Bauteil übergreifend durchgeführt, so dass die Bereiche der Fügeverbindungen sowie

Bereiche beider Bauteile von der Gefügeumwandlung in gehärtetes Gefüge profitieren.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Baugruppe weist diese mindestens ein Profil oder einen Knotenbereich mindestens zweier Profile auf. Profile, zumindest teilweise geschlossene oder auch offene Profile, werden häufig dazu verwendet, hohe Kräfte aufzunehmen. Sie werden in der Regel über thermische Fügestellen, insbesondere Schweißnähte miteinander verbunden. Die Knotenbereiche stellen besonders stark belastete Bereiche beispielsweise einer Fahrzeugrahmenstruktur dar, da in den Knotenbereichen die Kräfte mehrerer Profile aufgenommen und weitergeleitet werden müssen, so dass hier die Bereitstellung von gehärtetem Gefüge in den

Fügeverbindungen ein besonders großes Gewichteinsparungspotenzial eröffnet.

Um in einer B-Säule eines Kraftfahrzeugs einen Bereich bereitzustellen, in welchen die B-Säule ohne wesentliche Einbuße in Bezug auf ihre tragende Funktion im

Kraftfahrzeug durchtrennt werden kann, weist die Baugruppe zwischen zwei gehärteten Bereichen einen weichen Bereich mit geringerer Festigkeit auf. Dieser nicht gehärtete Bereich kann dazu dienen, beispielsweise eine B-Säule im Falle eines Unfalls an dieser Stelle aufzutrennen, um die Insassen zu bergen. Darüber hinaus gibt es noch andere Anwendungsmöglichkeiten, in welchen eine Anordnung von einem weicheren, duktileren Gefüge zwischen zwei gehärteten Bereichen notwendig sein kann.

Bevorzugt ist die Baugruppe gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine A-, B-, oder C- Säule eines Kraftfahrzeuges und Bereiche mit variierenden Festigkeiten auf. Die Vorteile entsprechend ausgestalteter A-, B- oder C-Säulen eines Kraftfahrzeugs wurden oben bereits erläutert.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Baugruppe weist diese mindestens einen Knotenbereich einer Rahmenstruktur eines Kraftfahrzeuges auf. Wie bereits zuvor ausgeführt, sind die Knotenbereiche einer Rahmenstruktur eines Kraftfahrzeugs besonders hohen Kräften ausgesetzt. Die üblicherweise vorhandenen Schweißstellen mit verringerten Festigkeiten sind in der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe nicht vorhanden, so dass eine deutliche Verringerung der Wanddicke bei identischem Kraftaufnahmevermögen möglich ist. Hierdurch wird ein großes

Gewichtseinsparungspotential ermöglicht.

Im Weiteren soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Baugruppe bestehend aus drei

Bauteilen in einer perspektivischen, schematischen Darstellung,

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung ein Bauteil der Baugruppe in einer Einzelansicht, Fig. 3 das Ausführungsbeispiel der Baugruppe aus Fig. 1 in eingebautem Zustand im Kraftfahrzeug,

Fig. 4 schematisch die Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Baugruppe sowie

Fig. 5 in einer Seitenansicht ein zweites Ausführungsbeispiel einer Baugruppe in Form einer B-Säule eines Kraftfahrzeugs. In Fig. 1 ist in einer perspektivischen, schematischen Darstellung ein

Ausführungsbeispiel einer Baugruppe aufweisend ein geschlossenes Profil 1, ein Verbindungsstück 2 sowie ein offenes Profil 3 dargestellt. Mindestens eines der Bauteile, beispielsweise das geschlossene Profil 1 besteht aus einem Vergütungsstahl und kann durch eine Wärmebehandlung gehärtet werden. Vorliegend sind die Bauteile 1, 2 und 3 die Teile einer B-Säule und bestehen allesamt aus einem

Vergütungsstahl, beispielsweise aus einem Bor legierten Stahl, vorzugsweise einem Stahl vom Typ 22 MnB 5. Die Bauteile 1, 2 und 3 sind zuvor durch Kaltumformungen, beispielsweise Ziehen, Biegen oder durch eine Wirkmedienumformung hergestellt worden. Neben monolithischen Halbzeugen ist auch die Verwendung von Halbzeugen aus mehrlagigen metallischen Verbundwerkstoffen denkbar, wobei insbesondere mindestens eine der Lagen aus einem Vergütungsstahl besteht.

Das Verbindungsstück 2 weist sowohl zu dem offenen Profil 3 als auch zu dem geschlossenen Profil 1 Fügenähte 4, 5 auf, über welche das Verbindungsstück 2 die beiden Profile 3 und 1 miteinander verbindet.

Fig. 2 zeigt noch einmal das Verbindungsstück 2, welches beispielsweise wie auch das Profil 1 und das Profil 3 durch eine Kaltumformung hergestellt worden ist.

In Fig. 3 ist die Baugruppe aus Fig. 1 schematisch in ihrer Position im Kraftfahrzeug dargestellt. Der Dachrahmen 6 stellt mit der als B-Säule ausgebildeten Baugruppe aus den Bauteilen 1, 2 und 3 einen Knotenbereich 7 dar, welcher den Dachrahmen 6 mit der B-Säule bestehend aus den Bauteilen 1, 2 und 3 verbindet. Da die in Fig. 3 dargestellte B-Säule mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist, weist diese vorzugsweise im Anbindungsbereich an den Dachrahmen 6 einen Bereich bestehend aus gehärtetem Gefüge auf. Die in Fig. 3 dargestellten Bereiche der B-Säule können beispielsweise allesamt aus einem gehärteten Gefüge bestehen. Aufgrund des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens weisen insbesondere die Schweißnähte 4, 5 ebenso in den Schweißzonen gehärtetes Gefüge auf, so dass ein Knotenbereich mit maximaler Festigkeit bereitgestellt werden kann.

Fig. 4 zeigt schematisch die Verfahrensschritte A', A, B, C und D eines

Ausführungsbeispiel des Verfahrens sowie die dazugehörigen perspektivischen Darstellungen einer beispielhaften Baugruppe in Form einer B-Säule. Zunächst wird im Verfahrensschritte A die Baugruppe bestehend aus einem geschlossenen Profil 1, einem Verbindungsstück 2 und einem offenen Profil 3 zu einer einzigen Baugruppe thermisch durch ein Schweißverfahren gefügt. Denkbar ist auch der Einsatz eines thermischen Lötverfahrens. Die so hergestellte Baugruppe wird im Verfahrensschritt B dann einer Erwärmung unterzogen, bei welcher die Baugruppe, im vorliegenden Beispiel vollständig, auf eine Temperatur oberhalb des Ac3-Temperaturpunktes des jeweiligen Werkstoffs erwärmt wird. Hierdurch wird das Gefüge der Baugruppe vollständig in Austenit umgewandelt. Nach dem Einlegen in das Härtungswerkzeug 8 wird die Baugruppe gemäß Verfahrensschritt C warmumgeformt und rasch abgekühlt, so dass im Verfahrensschritt D eine vollständig gehärtete Baugruppe hergestellt worden ist, deren Schweißnähte 4, 5 ebenfalls gehärtetes Gefüge aufweisen.

In dem Härtungswerkzeug 8, welches lediglich schematisch dargestellt ist, werden beispielsweise Bauteil übergreifende Sicken 2a und Ausbuchtungen la in das geschlossene Profil 1 eingebracht und pressgehärtet. Die Fügenähte, welche oberhalb der Ac3-Temperatur des jeweiligen Werkstoffs ebenfalls austenitisches Gefüge aufweisen, kann in dem Härtungswerkzeug 8 durch rasches Abkühlen, beispielsweise bei einer Abkühlrate von mehr als 27 K/s für Mangan-Bor-Stähle, in gehärtetes Gefüge umgewandelt werden. Vorzugsweise findet dabei im Verfahrensschritt C zusätzlich eine Kalibrierung der Baugruppe statt, so dass im Verfahrensschritt D eine hochfeste Baugruppe mit gehärteten Fügenähten zur Verfügung gestellt werden kann. In dem vorgelagerten, schematisch dargestellten Verfahrensschritt A' können die Bauteile 1, 2 und 3 vor deren Montage durch eine Kaltumformung soweit umgeformt werden, dass diese nahezu die Endform der fertigen Baugruppe ergeben, miteinander gefügt werden können. Selbstverständlich sind auch andere Umformverfahren zur

Bereitstellung der Bauteile 1, 2 und 3 denkbar. In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe dargestellt, welches ebenfalls als eine B-Säule ausgebildet ist. Die B-Säule 9 aus Fig. 5 besteht aus den Bauteilen 14, 15 und 16, welche über die Schweißnähte 17 und 18 miteinander verbunden sind. Die so hergestellte Baugruppe wird dann nach der Lehre der vorliegenden Erfindung auf eine Temperatur oberhalb der Ac3-Temperatur des Werkstoffs der Bauteile erwärmt. In dem Härtungswerkzeug können dann über unterschiedlich temperierte Bereiche der Anteil an gehärtetem Gefüge an die vorliegende Anwendung angepasst werden. So weist beispielsweise das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Baugruppe unabhängig von der Position der jeweiligen Schweißnaht 17, 18 in Längsrichtung gesehen Bauteil übergreifende Bereiche 10, 11, 12 und 13 auf, welche zum Teil unterschiedliche Anteile an gehärtetem Gefüge aufweisen. So werden vorzugsweise die Bereich 10 und 12 mit einem möglichst hohen Anteil an gehärtetem Gefüge ausgestattet, so dass diese Bereiche aufgrund ihrer extrem hohen Festigkeit die Insassen eines Kraftfahrzeugs im Falle eines Seitenaufpralls möglichst gut schützen. Der B-Säulenfuss 13 wird üblicherweise duktiler gestaltet, was durch eine erhöhte Werkzeugtemperatur in diesem Bereich eingestellt werden kann. Die niedrigere Abkühlrate führt dazu, dass trotz der Erwärmung auf die Ac₃-Temperatur es zu keiner oder nur zur geringen Ausbildung von gehärtetem Gefüge kommt. Der Bereich 11, welcher zwischen den gehärteten Bereichen 10 und 12 angeordnet ist, ist ebenfalls mit einem weichen bzw. duktilen Gefüge ausgestattet, welches ebenfalls durch die gezielte Einstellung der

Werkzeugtemperatur erreicht werden kann. Dieser Bereich dient dazu, die B-Säule im Falle eines Unfalls durch die Rettungskräfte leichter auftrennen zu können. Ist der Bereich 11 der B-Säule 9 entsprechend klein ausgebildet, ist der Einfluss auf die gesamte Festigkeit der B-Säule 9 gering.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können jedenfalls komplizierte Baugruppen bestehend aus hochfesten Werkstoffen hergestellt werden, welche auch in den Fügestellen keine geringeren Festigkeitswerte bereitstellen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe aufweisend mindestens zwei gefügte metallische Bauteile, wobei mindestens eines der Bauteile aus einem

Vergütungsstahl besteht, bei welchem die Bauteile unter Verwendung eines thermischen Fügeverfahrens miteinander zu einer Baugruppe gefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass

die Baugruppe nach dem Fügen bereichsweise gehärtet wird, so dass mindestens eine der Fügeverbindung der Baugruppe zumindest teilweise gehärtetes Gefüge aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Bauteile der Baugruppe durch mindestens eine Kaltumformung hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

vor dem Härten die Baugruppe zumindest bereichsweise auf eine Temperatur oberhalb des Aci-Temperaturpunktes des zu härtenden Vergütungsstahls eines Bauteils der Baugruppe oder aller Bauteile der Baugruppe erwärmt wird und mit einer definierten Abkühlrate abgekühlt wird, so dass zumindest teilweise gehärtetes Gefüge erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

während des Härtens in der Baugruppe bereichsweise ein an die Belastung angepasster Anteil an gehärtetem Gefüge erzeugt wird, welcher optional bereichsweise variiert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Härten in einem temperierten Härtungswerkzeug erfolgt, mit welchem bereichsweise variierende Abkühlraten der Baugruppe durch bereichsweise variierende Werkzeugtemperaturen erreicht werden.

Verfahren nach nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

im Härtungswerkzeug die Baugruppe während des Härtens warmumgeformt und/oder kalibriert wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Baugruppe durch thermisches Fügen mindestens eines Profils mit einem weiteren Bauteil hergestellt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

als Baugruppe ein Knotenbereich mindestens zweier Profile hergestellt wird und zumindest teilweise der Knotenbereich der Profile gehärtet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Baugruppe eine A-, B-, oder C-Säule eines Kraftfahrzeuges ist und Bereiche mit variierenden Festigkeiten durch den Härtungsschritt in die Säulen eingebracht werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

zwischen zwei Bereichen mit gehärtetem Gefüge ein Bereich mit weichem, duktilem Gefüge in der Baugruppe erzeugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

als Baugruppe ein Knotenbereich einer Rahmenstruktur eines Kraftfahrzeugs hergestellt wird.

Baugruppe (9) aufweisend mindestens zwei gefügte metallische Bauteile (1, 2, 3, 14, 15, 16), wobei mindestens eines der Bauteile (1, 2, 3, 14, 15, 16) aus einem Vergütungsstahl besteht und die Bauteile (1, 2, 3, 14, 15, 16) unter Verwendung eines thermischen Fügeverfahrens miteinander zu einer Baugruppe gefügt sind, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass

die Baugruppe (9) nach dem Fügen zumindest bereichsweise gehärtet worden ist und mindestens eine Fügeverbindung (4, 5, 17, 18) zumindest teilweise gehärtetes Gefüge aufweist.

Baugruppe nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens eines der Bauteile (1, 2, 3, 14, 15, 16) der Baugruppe Bereiche mit an die Belastung angepasstem Anteil an gehärtetem Gefüge aufweist.

Baugruppe nach Anspruch 12 oder 13,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Baugruppe mindestens ein Profil (1, 3, 14, 15) oder einen Knotenbereich (7) mindestens zweier Profile aufweist.

Baugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Baugruppe (9) zwischen zwei gehärteten Bereichen (10, 12) einen weiteren Bereich (11) mit weichem, duktilem Gefüge aufweist.

16. Baugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 15,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Baugruppe (9) eine A-, B-, oder C-Säule eines Kraftfahrzeuges ist und Bereiche mit variierenden Festigkeiten aufweist.

17. Baugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 16,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Baugruppe (9) mindestens einen Knotenbereich (7) einer Rahmenstruktur (6) eines Kraftfahrzeuges aufweist.