WO2016074666A1 - Karosserie- oder fahrwerkbauteil eines kraftfahrzeugs mit korrosionsschutz sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Karosserie- oder fahrwerkbauteil eines kraftfahrzeugs mit korrosionsschutz sowie verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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WO2016074666A1
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WO
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chassis component
layer
sheet metal
surface portion
percent
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PCT/DE2015/100461
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Inventor
Andreas Frehn
Georg Frost
Andreas Tomitz
Sven BABEL
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Benteler Automobiltechnik Gmbh
Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Hoesch Hohenlimburg Gmbh
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Publication date
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    • B62D25/04Door pillars ; windshield pillars

Definitions

  • the invention relates to a body or chassis component for a motor vehicle with corrosion protection and a method for producing a body or chassis component.
  • crash-sensitive components are used for the body, which give the vehicle stability and rigidity and absorb crash energy in the event of an accident and secure the occupants a survival space.
  • chassis of a motor vehicle highly stressed components used, which have a high rigidity and dynamic load capacity.
  • these body or chassis components are also subject to high demands on corrosion protection and cost-effectiveness.
  • a body or chassis component for a motor vehicle with improved corrosion protection comprising at least one surface portion of a multilayer, in particular three-layer sheet metal composite with a central position and two outwardly limiting the center layer outer layers.
  • the outer layers consist of a ferritic stainless steel alloy and the middle layer of a heat-treatable steel alloy. This allows the highest level of protection against corrosion during the entire life of the vehicle, even taking into account rough processing and operating conditions.
  • a heat treatable steel alloy is particularly suitable a manganese-boron steel such as 22MnB5.
  • connection of the outer layers and the middle layer can take place in a planar manner through a material bond such that there are essentially no inclusions or contaminants between the layers.
  • a metallurgical connection is formed.
  • the individual layers are preferably bonded to one another in a material-bonded and metallurgical manner over the entire surface.
  • the starting material used for the invention can be produced, for example, by hot rolling three previously mechanically and / or cohesively prefixed connected slabs, or a multi-stage cast slab, or an order-welded slab.
  • the heat treatable steel alloy of the middle layer ensures maximum tensile strength.
  • the middle layer of the surface section preferably has an ultra high-strength structure with at least 80 percent martensite.
  • the tensile strength Rm within the area section with a three-layer composite is greater than 1300 megapascals (MPa).
  • the surface section is completely hardened. It is also possible that the middle layer of a surface portion has a structure selected from a group of tempered martensite with a share of at least 80 percent or a mixed structure with at least 70 percent levels of ferrite and perlite and residual martensite, retained austenite and / or bainite.
  • the percentages of the structural components relate to metallographically easily ascertainable area proportions.
  • the surface portion with the three-layer sheet metal composite has a total thickness and the outer layer has a thickness, wherein the thickness of the outer layer corresponds to at least 3 percent and at most 10 percent, preferably 4 percent to 10 percent of the total thickness of this surface section.
  • a thicker outer layer hardly brings any advantages under anticorrosive aspects, but significantly reduces the overall strength of the surface section.
  • a thinner outer layer is currently difficult to produce reliably by means of rolling technology.
  • the body or chassis component Due to the ferritic stainless outer layer, the body or chassis component has a very high corrosion resistance.
  • the corrosion rate at normal atmosphere is in the thickness direction of the three-layer composite sheet at most 10 microns per year or at sea atmosphere at most 50 microns per year.
  • Marine atmosphere in this context means that the environmental conditions in marine coastal areas and overseas transport conditions are used or adjusted to determine the corrosion rate.
  • the maximum penetration depth is measured from a surface of the outer layer in the direction of the thickness of the sheet metal composite.
  • the bodywork or chassis component has a second area section.
  • the surface sections of the bodywork or chassis component can be butt welded to each other.
  • the second surface portion has a low alloy steel alloy.
  • the body or chassis component on a second surface portion of a three-layer sheet metal composite has a first central layer with a structure of at least 80 percent martensite, while the second surface section has a structure of tempered martensite with a proportion of at least 80 percent or a mixed structure with at least 70 percent amounts of ferrite and Perlite and residual martensite, retained austenite and / or bainite.
  • components can be produced with softer and more ductile surface sections.
  • first middle layer and the second middle layer each have a thickness and the thickness of the first middle layer differs from the thickness of the second middle layer.
  • a particularly thick surface section can thus be arranged in zones of highest stress and load capacity or where a material reinforcement in the middle of a thinner surface section is required for joining, for example by means of rivet or screw.
  • the first surface portion may have an overall thickness that differs from the total thickness of the second or further surface portion by at least 10 percent, in particular between 20 and 50 percent.
  • the body or chassis component has a second surface section or further surface sections made of a ferritic stainless steel alloy.
  • the surface sections of the bodywork or chassis component can be butt welded to each other.
  • the body or chassis component has a second surface portion of a low-alloy steel alloy, in particular, the surface portions are in turn butt welded together.
  • the bodywork or chassis component has an edge and the edge in an end face in the area section with a three-layered sheet metal composite is encompassed at least in sections by the outer layer. that the end face of the central layer is shielded from the environment by the outer layer.
  • Body or chassis components of a motor vehicle according to the invention are in particular door pillars, especially in the form of a center column, roof frame, sill, bumper cross member, side member, floor cross member and wishbone, trailing arm, stabilizer and composite link.
  • the second surface section or another surface section with low tensile strength is preferable for the second surface section or another surface section with low tensile strength to be arranged in the edge.
  • the procedural part of the object is achieved by a method for producing a body or chassis component with the following steps:
  • Providing a sheet metal blank comprising at least one surface section of a three-layer sheet metal composite with a middle layer of a heat-treatable steel alloy and an outer layer defining the middle layer,
  • the heating and hot forming of the sheet metal blank is carried out in a single press with multiple tool stages.
  • at least one sheet metal blank is heated, thermoformed and hardened simultaneously in a single press cycle.
  • FIG. 1 a) and b) show two application examples for body and chassis components according to the invention
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a three-layer sheet-metal composite for a surface section of the body or chassis component according to the invention in a technically simplified cross-section
  • Figure 3 shows a body component according to the invention in modified
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a three-layer sheet-metal composite for a surface section of the body or chassis component according to the invention
  • FIG. 5 shows a third embodiment of a three-layer sheet-metal composite for a surface section of the body or chassis component according to the invention
  • FIG. 7 shows a fourth embodiment of a three-layer sheet-metal composite for a surface section of the body or chassis component according to the invention
  • FIG. 8 shows a fifth embodiment of a three-layered sheet metal composite for a surface section of the body or chassis component according to the invention
  • FIG. 9 shows a sixth embodiment of a three-layer sheet-metal composite for a surface section of the body or chassis component according to the invention
  • FIG. 10 shows a body or chassis component according to the invention in a marginal detail
  • FIG. 1 a shows a first method sequence for carrying out the production method according to the invention and FIG. 11 b) shows a modification of the first method sequence
  • FIG. 12 shows an alternative method sequence for carrying out the production method according to the invention
  • FIGS. 13a) to d) show a further embodiment of a device according to the invention
  • Body or chassis component in a top view and cross section.
  • Figure 1 shows two advantageous examples of application for body and chassis components 1 according to the invention in each case in a plan view and cross-sectional views.
  • Figure 1 a shows a center column 20 for the side structure of a motor vehicle, which is used between sill and roof frame and above all the overall stability of the vehicle body and the Kollisionsenergyabbau and intrusion protection during a side impact is used.
  • FIG. 1 b illustrates a transverse link 30 of a wheel suspension of a motor vehicle chassis.
  • Both examples are body or chassis components 1 made of sheet metal, which were formed three-dimensionally by means of compression molding.
  • Both the center column 20 and the wishbone 30 comprise at least one surface portion 2 of a three-layer sheet metal composite 10 with, as Figure 2 shows in more detail, a central position 1 1 and two the center layer 1 1 outwardly bounding outer layers 12, 13, wherein the outer layers 12, 13 consist of a ferritic stainless steel alloy and the middle layer 1 1 made of a heat-treatable steel alloy.
  • the tensile strength Rm within the area section 2 with a three-layered sheet metal composite 10 is more than 1300 MPa.
  • section B and C of Figure 1 a) and 1 b) is indicated in each case a section, which is shown enlarged in the figure 2 and describes the structure of the three-layer sheet metal composite 10 in more detail.
  • Figure 2 shows a first embodiment of the three-layer sheet metal composite 10 for a surface portion 2 of the body or chassis component 1 according to the invention in sections in cross section.
  • a central position 1 1 of the surface portion 2 is bounded at its upper side 7 located in the image plane top by an outer layer 12, and located in the middle of the image bottom underside 8 limited by a further outer layer 13.
  • the composite sheet 10 has a total thickness D2 and a thickness of the central layer Dm and a thickness of the outer layer Da on.
  • FIG. 3 shows a body component 1 according to the invention in the form of the center pillar 20 'according to FIG. 1 in a modified embodiment.
  • the center pillar 20 ' is formed from a first surface portion 2 with a three-layered sheet metal composite 10 in an upper portion 21 of the center pillar 20' and from a second surface portion 3 with a three-layer sheet metal composite 15 in a second portion 22 of the center column.
  • the second portion 22 of the center pillar 20 ' extends approximately to just below a door lock connection for a vehicle door (not shown).
  • a weld 40 is formed, wherein both surface portions 2, 3 are butt joined butting each other, in particular before a three-dimensional molding to the body component. 1
  • section B-B at the level of the weld 40 is indicated the section of the sheet metal composite 10, 15, which is considered in more detail in Figures 4 and 5.
  • FIG. 4 shows the construction of the sheet-metal composite according to FIG. 3, which has a central layer 16 of a low-alloy steel alloy and outer layers 17, 18 of a ferritic stainless steel alloy in the second surface section 3.
  • the outer layers 12, 13 of the first surface portion 2 correspond As with the sheet metal composite according to Figure 2, there is also a metallurgical connection between the middle layer 2 and the outer layers 12, 13.
  • the outer layers 17 and 18 metallurgically and permanently fixed to the Center layer 16 connected.
  • This sheet metal composite has a uniform total thickness D2.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the surface sections of the center pillar 20 'from FIG. 3.
  • the second surface section 3 has a single homogeneous layer of a low-alloy steel alloy.
  • the outer layers 12, 13 of the first surface portion 2 correspond in terms of the material of the steel alloy of the second surface portion 3.
  • the two surface sections 2, 3rd are already welded together before forming the bodywork or chassis component and then together deformable.
  • the second surface portion 3 is arranged in the vehicle in the so-called dry area, thus outside of corrosion prone areas.
  • the second surface portion with low-alloy steel alloy is preferably heated below 700 ° C during the heating of the sheet metal plate, so that a scale formation does not occur in this section.
  • FIG 6a shows a body component according to the invention in the form of the center pillar 20 "according to FIG 1 or 3.
  • the center pillar 20 is formed from a first surface portion 2 with a three-layered sheet metal composite 10 in an upper portion 21 of the center pillar 20 "and a second surface portion 3 with a three-layer sheet metal composite 15 in a second portion 22 of the center pillar.
  • the second portion 22 of the center pillar 20 "runs approximately to just below a door lock connection for a vehicle door (not shown).
  • a transition region 41 is formed, wherein both surface portions 2, 3 are formed in one piece in the individual layers of material or welded analogously to the embodiment of Figure 3 and 4.
  • the transition region 41 of the weld with respect to their location correspond.
  • the second surface portion 3 has in its central position 16, shown in Figure 7 to 9, a higher ductility and lower tensile strength than in the first surface portion 2, which counteracts a delayed cracking and associated problems in a side impact and a targeted deformation, in the case of Center column 20 "in a safe for the occupants area of the vehicle seat allowed.
  • FIG. 6b shows a center pillar 20 "'with a second surface section 3 which, in addition to the second section 22, also extends to a part of the edges 42 of the upper section of the center pillar 20"'. Furthermore, the center pillar 20 "'has a plurality of attachment points 43 for attachment to a vehicle stowage Below the second surface portion 3 in the second subregion 22 extends another surface portion 4, which in turn has a higher strength and less ductility compared to the second surface portion 3 Both surface portions 2, 3, a further transition region 41 is formed.
  • section B-B the section is indicated, which is considered in more detail in Figures 7 and 9.
  • the first surface portion 2 has the central position 1 1, which is bounded by two outer layers 12 and 13 up and down.
  • the first surface portion 2 has a first center layer 1 1 of ultra-high-strength structure with at least 80 percent martensite, which was adjusted by thermoforming and press hardening a heat treatable steel alloy, wherein the tensile strength within the first surface portion 2 with three-layer composite sheet is greater than 1300 MPa.
  • the body or chassis component 1 in the form of the center pillar 20 "or 20"' has a second surface portion 3 of a three-layer sheet metal composite 15, wherein the second surface portion 3, a second middle layer 16 with a structure of tempered martensite with a share of at least 80th Percent or mixed structure with at least 70 percent shares of ferrite and perlite and residual martensite, retained austenite and / or bainite.
  • the surface sections 2, 3 correspond to each other in the individual layers, wherein the outer layers 12, 13, 17, 18 each consist of a ferritic stainless steel alloy.
  • a transition region 41 between the first center layer 11 and the second center layer 16 has a width B1 which is between 10 mm and 150 mm, but preferably below 50 mm, since a mechanically difficult to determine and inhomogeneous state is present in the transition region.
  • FIG. 8 shows a layer structure of an alternative embodiment of the invention. As before, this is a section to illustrate the relevant component properties in cross section.
  • a first surface portion 2 has the central position 1 1, which is bounded by two outer layers 12 and 13 up and down.
  • the first surface portion 2 has a first center layer 1 1 of ultra-high-strength structure with at least 80 percent martensite, wherein the tensile strength within the first surface portion 2 with three-layer composite sheet 10 is greater than 1300 MPa.
  • the body or chassis component 1 has a second surface section 3 made of the same material of the same three-layer sheet metal composite 15, the second surface section 3 having a second center layer 16 with approximately the same metallic microstructure. With respect to the material, the surface portions correspond to each other in the individual layers, wherein the outer layers 12, 13, 17, 18 each consist of a ferritic stainless steel alloy.
  • a transition region 44 between the first and the second surface portion 2, 3 has a width B2 which is between 50 millimeters (mm) and 250 mm, but preferably below 200 mm, since the coupling is difficult with other components in uneven sections.
  • the total thickness D3 of the sheet metal composite 15 in the second surface portion 3 is greater than the total thickness D2 of the sheet metal composite 10 in the first surface portion 2, wherein the ratios of the thickness of the layers to each other within a composite sheet do not change.
  • the bodywork or chassis component 1 comprises further surface portions which adjoin the second surface portion 3 and allow a further increase in the total thickness and thus a strengthening of the load-compatible construction.
  • the different thickness is preferably already present in the three-dimensional component geometry before the press forming.
  • FIG. 9 shows an alternative embodiment and a combination of the embodiments of FIGS. 7 and 8.
  • a first surface section 2 of total thickness D2 from a middle layer 11 and two outer layers 12 and 13 passes over a transition region 44 of width B2 into a second surface section 3 of the total thickness D3, wherein the second surface portion 3 in turn has a central layer 16 and two outer layers 17 and 18, and the central layer 16 of ultra-high-strength structure having at least 80 percent martensite.
  • the middle layer 1 1 of the first surface section 2 however, has a ductile mixed structure of tempered martensite with a share of at least 80 percent and mixed structure with at least 70 percent proportions of ferrite and pearlite and residual martensite, retained austenite and / or bainite.
  • transition region 41 of the width B1 which is formed only over part of the width B2 of the transition region 44.
  • the transition region 41 which is undefined in terms of its mechanical properties and its microstructure composition, is accordingly smaller than the transition region 44 characterized by its thickness discontinuity.
  • the result is a body or chassis component 1 with a very good design potential with regard to a targeted deformation process, energy absorption capability and good coupling by welding , Gluing, riveting and / or screwing to the vehicle body or other attachments.
  • FIG. 10 shows a detail of the cross-section of a body or chassis component 1 according to the invention with a three-layered sheet metal composite 10 with a rim 42.
  • the edge 42 is at least partially encompassed by an outer layer 12 in its front side 9 in the surface portion 2 with dreilagigem sheet metal composite 10, such that the end face 9 of the central layer 1 1 of the edge 42 is shielded from the environment by the outer layer 12 and the outer layer 13.
  • the outer layers 12, 13 limit as in the previous embodiments This can for example be accomplished such that when trimming the sheet metal composite before or after the press forming a separation with combined or subsequent rolling of the outer layer 12 of the Edge 42 in the direction of the other outer layer 13 takes place under displacement of material from the upper side 7 via the end face 9 of the edge 42.
  • Figure 1 1 shows a press 50 for carrying out the procedural part of the invention for the production of bodywork or chassis components.
  • one or more sheet metal blanks 5 are provided which comprise at least one surface section of a three-layer sheet metal composite with a middle layer of a heat-treatable steel alloy and two outer layers limiting the middle layer to the outside.
  • the heating of the sheet metal composite takes place at least in sections on Austenitmaschinestemperatur in the press 50 by contact heating 51 by at least one heatable contact plate 56.
  • the contact plate 56 touched during the heating of the outer layers of the metal laminate of the sheet metal blank, wherein at least a surface portion of the sheet metal plate heated in the shortest time austenitizing becomes.
  • a transfer of the hot metal sheet takes place in an at least partially cooled mold 52 and the hot forming of the metal sheet 5 is carried out therein.
  • the sheet metal plate 5 is also already cooled slightly. If a previously homogeneously austenitized sheet metal blank 5 is formed in a partially heated die 52, a reduced cooling rate can be effected in a surface section, so that the critical cooling rate for martensitic transformation of the microstructure in this area section is excluded.
  • a decisive advantage of the method according to the invention is that the outer layers made of ferritic stainless steel alloy preclude scaling or oxidation during heating and hot forming, thereby avoiding a complex coating, final cleaning of the surface, surface defects and a protective gas enclosure of the press or contact heating.
  • one or more sheet metal blanks 5 are provided which comprise at least one surface section of a three-layer sheet metal composite with a middle layer of a heat-treatable steel alloy and two Subsequently, the heating of the sheet metal composite takes place in sections at austenitizing temperature in the press 50 "by contact heating 51 between at least one heatable contact plate 56.
  • the two contact plates 56 shown here touches during heating the outer layers of the sheet metal composite of the sheet metal blank (not shown), wherein one or all surface portions of the sheet metal blank are heated in a very short time.
  • a transfer of the so-heated sheet metal plate in a tempering 55 so that either the homogeneously heated metal sheet is cooled down from a Austenitmaschinestemperatur in a surface portion to less than 700 ° C, or a surface portion is heated from less than 700 ° C to at least Austenitmaschinestemperatur.
  • the tempering stage can turn Have contact plates for heating and / or cooling, which are adjusted by burners, inductors or resistance heating to the required temperature.
  • the so differently tempered sheet metal plate is introduced into a cooled mold 52 and a hot forming of the sheet metal blank is performed therein.
  • the sheet metal plate 5 is also already cooled slightly.
  • FIG. 13a shows a further embodiment of the invention in the form of a cross-sectionally round bodywork or chassis component 1 made from a sheet metal blank 5 or a sheet metal strip in a plan view.
  • This is an A-pillar 25 with a curved in the image plane lower portion 22 and a straight wider in cross section upper portion 21st FIGS. 13b) to 13d) show different cross-sectional geometries that can be used for the A-pillar of FIG. 13a).
  • a weld seam 23 closes the formed as a hollow profile component 1 in a rim 42, 42 ', which extends in the axial direction of the component 1.
  • the body or chassis component 1 in the form of the A-pillar has two edges 42 ', which contact one another in parallel and are coupled in a material-locking manner by the weld seam 23.
  • the edge represents a two-walled flange.
  • a rim 42 with its end face 9 is designed to make contact with a side face of a second edge 42 'and is joined in a material-bonded manner to a weld seam 23.
  • the edge 42 ' represents a single-walled flange.

Abstract

Es wird ein Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) für ein Kraftfahrzeug mit verbessertem Korrosionsschutz vorgeschlagen, umfassend wenigstens einen Flächenabschnitt (2, 3) aus einem dreilagigen Blechverbund (10) mit einer Mittellage (11) und zwei die Mittellage (11) nach außen begrenzenden Außenlagen (12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass die Außenlagen (12, 13) aus einer ferritischen Stahllegierung und die Mittellage (11) aus einer vergütbaren Stahllegierung bestehen.

Description

Karosserie- oder Fahrwerkbauteil eines Kraftfahrzeugs mit Korrosionsschutz sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Karosserie- oder Fahrwerkbauteil für ein Kraftfahrzeug mit Korrosionsschutz sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Karosserie- oder Fahrwerkbauteil.
In der Fahrzeugindustrie werden für die Karosserie crashrelevante Bauteile eingesetzt, die dem Fahrzeug Stabilität und Steifigkeit verleihen und im Falle eines Unfalls Crashenergie aufnehmen und den Insassen einen Überlebensraum sichern. Ebenso werden im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs hochbeanspruchte Bauteile eingesetzt, die eine hohe Steifigkeit und dynamische Belastbarkeit besitzen. Neben den Anforderungen an die bestmöglichen statischen und dynamischen Eigenschaften unterliegen diese Karosserie- oder Fahrwerkbauteile auch hohen Anforderungen an den Korrosionsschutz sowie der Wirtschaftlichkeit.
Aus der DE 10 2008 022 709 A1 ist es bekannt, Karosserie- und Fahrwerkbauteile bereitzustellen aus einem Blechverbund, mit einer Mittellage und zwei die Mittellage nach außen begrenzenden Außenlagen. Dabei soll eine der Lagen aus einer hochfesten Stahllegierung bestehen und die Lagen durch Walzplattieren zu Blechbändern weiterverarbeitet und anschließend zu Bauteilen geformt werden. Es werden verschiedene Werkstoffkombinationen für einzelne Anwendungsfelder vorgeschlagen, die allesamt jedoch noch verbesserungswürdig hinsichtlich eines Fahrzeugleichtbaus sind.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Karosserie- oder Fahrwerkbauteil für ein Kraftfahrzeug mit einem qualitativ hochwertigen Korrosionsschutz sowie Leichtbaupotential vorzuschlagen, welches kostengünstig herstell- und verarbeitbar ist und ein Verfahren zu dessen Herstellung aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird gegenständlich gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 . Davon abhängige Ansprüche 2 bis 14 bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Verfahrensmäßig gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 15. Die Unteransprüche 16 und 17 stellen vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens dar.
Es wird ein Karosserie- oder Fahrwerkbauteil für ein Kraftfahrzeug mit verbessertem Korrosionsschutz vorgeschlagen, umfassend wenigstens einen Flächenabschnitt aus einem mehrlagigen, insbesondere dreilagigen Blechverbund mit einer Mittellage und zwei die Mittellage nach außen begrenzenden Außenlagen. Kennzeichen dabei ist, dass die Außenlagen aus einer ferritisch nichtrostenden Stahllegierung und die Mittellage aus einer vergütbaren Stahllegierung besteht. Dies erlaubt ein Höchstmaß an Korrosionsschutz während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs auch unter Berücksichtigung rauer Verarbeitungs- und Betriebsbedingungen. Als vergütbare Stahllegierung eignet sich besonders ein Mangan-Bor-Stahl wie zum Beispiel 22MnB5.
Die Verbindung von Außenlagen und Mittellage kann flächig durch einen Stoffschluss derart erfolgen, dass im Wesentlichen keine Einschlüsse oder Verunreinigungen zwischen den Lagen vorhanden sind. Dabei ist insbesondere eine metallurgische Verbindung ausgebildet. Die einzelnen Lagen sind erfindungsgemäß bevorzugt vollflächig miteinander stoffschlüssig und metallurgisch verbunden. Das für die Erfindung verwendete Ausgangsmaterial kann dabei beispielsweise durch Warmwalzen dreier vorher mechanisch und/oder stoffschlüssig vorfixiert verbundener Brammen, oder einer mehrstufig gegossenen Bramme, oder einer auftraggeschweißten Bramme erzeugt werden.
Als ferritisch nichtrostenden Stahllegierung hat sich besonders vorteilhaft die Verwendung einer Legierung erwiesen, die neben erzschmelzungsbedingten Verunreinigungen und Eisen (Fe) folgende Legierungsbestanteile in Gewichtprozent (Gew.-%) umfasst:
Kohlenstoff (C): 0,08 % bis 0, 16 %
Silizium (Si): 0,5 % bis 1 ,8 %
Mangan (Mn): 0,8 % bis 1 ,4 %
Chrom (Cr): 13,0 % bis 22,0 %
Aluminium (AI): 0,5 % bis 1 ,5 %
Phosphor (P): maximal 0,06 %
Schwefel (S): maximal 0,02 %.
Während Chrom die Hitzebeständigkeit und damit eine zunderfreie Oberfläche bei der Erwärmung und Warmumformung sicherstellt, sorgt die vergütbare Stahllegierung der Mittellage für ein Höchstmaß an Zugfestigkeit.
Um das Leichtbaupotential der vergütbaren Stahllegierung maximal auszunutzen, weist erfindungsgemäß bevorzugt die Mittellage des Flächenabschnittes ein ultrahochfestes Gefüge mit mindestens 80 Prozent Martensit auf. Dabei beträgt die Zugfestigkeit Rm innerhalb des Flächenabschnitts mit dreilagigem Blechverbund größer als 1300 Megapascal (MPa). Der Flächenabschnitt ist vollständig gehärtet. Es ist weiterhin möglich, dass die Mittellage eines Flächenabschnitts ein Gefüge aufweist ausgewählt aus einer Gruppe aus angelassenem Martensit mit einem Anteil von mindestens 80 Prozent oder einem Mischgefüge mit mindestens 70 Prozent Anteilen an Ferrit und Perlit sowie Restanteil Martensit, Restaustenit und/oder Bainit.
Die Prozentangaben der Gefügebestandteile beziehen sich auf metallografisch leicht ermittelbare Flächenanteile.
Bevorzugt weist der Flächenabschnitt mit dem dreilagigen Blechverbund eine Gesamtdicke und die Außenlage eine Dicke auf, wobei die Dicke der Außenlage mindestens 3 Prozent und höchstens 10 Prozent, bevorzugt 4 Prozent bis 10 Prozent der Gesamtdicke dieses Flächenabschnitts entspricht. Eine dickere Außenlage bringt unter Korrosionsschutzaspekten kaum noch Vorteile, reduziert aber die Gesamtfestigkeit des Flächenabschnitts deutlich. Eine dünnere Außenlage ist aktuell nur schwer prozesssicher walztechnisch herzustellen.
Durch die ferritisch nichtrostende Außenlage weist das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Die Korrosionsgeschwindigkeit bei normaler Atmosphäre beträgt in Dickenrichtung des dreilagigen Blechverbundes höchstens 10 Mikrometer pro Jahr beziehungsweise bei Meeresatmosphäre höchstens 50 Mikrometer pro Jahr. Meeresatmosphäre bedeutet in dem Zusammenhang, dass die Umgebungsbedingungen in Meerküstengebieten und bei Überseetransportbedingungen zur Ermittlung der Korrosionsgeschwindigkeit genutzt oder nachgestellt werden. Dabei wird die maximale Eindringtiefe von einer Oberfläche der Außenlage in Richtung der Dicke des Blechverbundes gemessen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen werden, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil einen zweiten Flächenabschnitt aufweist. Besonders können die Flächenabschnitte des Karosserie- oder Fahrwerkbauteils miteinander stumpf verschweißt aneinander grenzen.
Dabei kann vorgesehen werden, dass der zweite Flächenabschnitt eine niedriglegierte Stahllegierung aufweist. In einer verbesserten Weiterbindung der Erfindung weist das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil einen zweiten Flächenabschnitt aus einem dreilagigen Blechverbund auf. Dabei weist der erste Flächenabschnitt eine erste Mittellage mit einem Gefüge mit mindestens 80 Prozent Martensit auf, während der zweite Flächenabschnitt eine zweite Mittellage mit einem Gefüge aufweist aus angelassenem Martensit mit einem Anteilen von mindestens 80 Prozent oder einem Mischgefüge mit mindestens 70 Prozent Anteilen an Ferrit und Perlit sowie Restanteil Martensit, Restaustenit und/oder Bainit. Somit lassen sich Bauteile erzeugen mit weicheren und duktileren Flächenabschnitten.
Weiterhin kann vorgesehen werden, dass die erste Mittellage und die zweite Mittellage jeweils eine Dicke aufweisen und die Dicke der ersten Mittellage sich von der Dicke der zweiten Mittellage unterscheidet. Ein besonders dicker Flächenabschnitt kann so in Zonen höchster Spannung und Belastbarkeit angeordnet werden oder da, wo eine Materialstärkung inmitten eines dünneren Flächenabschnittes zum Fügen beispielsweise mittels Niet oder Schraube erforderlich ist.
Der erste Flächenabschnitt kann dabei eine Gesamtdicke aufweisen, die sich von der Gesamtdicke des zweiten oder weiteren Flächenabschnittes um wenigstens 10 Prozent, insbesondere zwischen 20 und 50 Prozent unterscheidet.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen werden, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil einen zweiten Flächenabschnitt oder weiteren Flächenabschnitten aus einer ferritisch nichtrostenden Stahllegierung aufweist. Besonders können die Flächenabschnitte des Karosserie- oder Fahrwerkbauteils miteinander stumpf verschweißt aneinander grenzen.
Es ist aber auch möglich, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil einen zweiten Flächenabschnitt aus einer niedriglegierten Stahllegierung aufweist, insbesondere sind die Flächenabschnitte wiederum miteinander stumpf verschweißt.
Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil einen Rand aufweist und der Rand in einer Stirnseite im Flächenabschnitt mit dreilagigem Blechverbund wenigstens abschnittsweise von der Außenlage umgriffen ist, derart, dass die Stirnseite der Mittellage von der Umgebung durch die Außenlage abgeschirmt ist.
Karosserie- oder Fahrwerkbauteile eines Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung sind insbesondere Türsäulen, vor allem in Form einer Mittelsäule, Dachrahmen, Schweller, Stoßfängerquerträger, Längsträger, Bodenquerträger sowie Querlenker, Längslenker, Stabilisator und Verbundlenker.
Bei einer Türsäule oder einem Dachrahmen des Kraftfahrzeugs ist bevorzugt, dass der zweite Flächenabschnitt oder ein weiterer Flächenabschnitt mit niedriger Zugfestigkeit im Rand angeordnet ist.
Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Karosserie- oder Fahrwerkbauteils mit den Schritten:
• Bereitstellen einer Blechplatine umfassend wenigstens einen Flächenabschnitt aus einem dreilagigen Blechverbund mit einer Mittellage aus einer vergütbaren Stahllegierung und je einer die Mittellage begrenzenden Außenlage,
• Erwärmen des Blechverbunds wenigstens abschnittsweise auf Austenitisierungstemperatur,
• Warmumformen der Blechplatine in einem wenigstens bereichsweise gekühlten Pressformwerkzeugs und
• wenigstens teilweises Härten der geformten Blechplatine im Pressformwerkzeug oder in einer nachfolgenden Kühlwerkzeugstufe.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei dem Verfahren dann, wenn das Warmumformen und Härten der Blechplatine in einer einzigen Presse mit mehreren Werkzeugstufen durchgeführt wird. Alternativ oder bevorzugt zugleich kann vorgesehen werden, dass das Erwärmen und Warmumformen der Blechplatine in einer einzigen Presse mit mehreren Werkzeugstufen durchgeführt wird. Somit wird in einem einzelnen Pressentakt gleichzeitig jeweils wenigstens eine Blechplatine erwärmt, warmgeformt und gehärtet. Es versteht sich, dass bei Anwendung von mit Servomotor betriebenen oder mechanischen Pressen eine extrem hohe Taktzeit und damit ein hoher Durchsatz ermöglicht werden.
Bei der Erwärmung der Blechplatine ist eine Kontakterwärmung besonders günstig. Eine Kontakterwärmung zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad und niedrige Wärmeverluste aus. Weiterhin besteht die Möglichkeit, durch unterschiedlich temperierte Kontaktplatten vor dem Warmformen einen ersten Flächenabschnitt der Blechplatine auf mehr als Austenitisierungstemperatur und einen zweiten Flächenabschnitt auf weniger als 700°C einzustellen. Dies gilt auch für eine Temperierstufe nach dem Erwärmen und vorgeschaltet dem Pressformenwerkzeug.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen anhand von schematischen Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Dabei zeigen:
Figur 1 a) und b) zwei Anwendungsbeispiele für erfindungsgemäße Karosserie- und Fahrwerkbauteile,
Figur 2 eine erste Ausführungsform eines dreilagigen Blechverbundes für einen Flächenabschnitt des erfindungsgemäßen Karosserieoder Fahrwerkbauteils in einem technisch vereinfachten Querschnitt,
Figur 3 ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil in modifizierter
Ausführungsform,
Figur 4 eine zweite Ausführungsform eines dreilagigen Blechverbundes für einen Flächenabschnitt des erfindungsgemäßen Karosserieoder Fahrwerkbauteils,
Figur 5 eine dritte Ausführungsform eines dreilagigen Blechverbundes für einen Flächenabschnitt des erfindungsgemäßen Karosserieoder Fahrwerkbauteils,
Figur 6a) und b) zwei weitere Ausführungsbeispiele für ein erfindungsgemäßes
Karosseriebauteil,
Figur 7 eine vierte Ausführungsform eines dreilagigen Blechverbundes für einen Flächenabschnitt des erfindungsgemäßen Karosserieoder Fahrwerkbauteils,
Figur 8 eine fünfte Ausführungsform eines dreilagigen Blechverbundes für einen Flächenabschnitt des erfindungsgemäßen Karosserieoder Fahrwerkbauteils,
Figur 9 eine sechste Ausführungsform eines dreilagigen Blechverbundes für einen Flächenabschnitt des erfindungsgemäßen Karosserieoder Fahrwerkbauteils, Figur 10 ein erfindungsgemäßes Karosserie- oder Fahrwerkbauteil in einem Randausschnitt,
Figur 1 1 a) ein erster Verfahrensablauf zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens und Figur 1 1 b) eine Abwandlung des ersten Verfahrensablaufes,
Figur 12 ein alternativer Verfahrensablauf zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens,
Figur 13a) bis d) eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Karosserie- oder Fahrwerkbauteils in einer Draufsicht und in einem Querschnitt.
Figur 1 zeigt zwei vorteilhafte Anwendungsbeispiele für erfindungsgemäße Karosserie- und Fahrwerkbauteile 1 jeweils in einer Draufsicht sowie Querschnittsdarstellungen.
Figur 1 a) zeigt eine Mittelsäule 20 für die Seitenstruktur eines Kraftfahrzeugs, welche zwischen Schweller und Dachrahmen einsetzbar ist und vor allem der Gesamtstabilität der Fahrzeugkarosse sowie dem Kollisionsenergieabbau und Intrusionsschutz während eines Seitenaufpralls dient.
Figur 1 b) stellt einen Querlenker 30 einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugfahrwerks dar.
Beide Beispiele stellen Karosserie- oder Fahrwerkbauteile 1 aus Blech dar, die mittels Pressformen dreidimensional geformt wurden. Sowohl die Mittelsäule 20 als auch der Querlenker 30 umfassen wenigstens einen Flächenabschnitt 2 aus einem dreilagigen Blechverbund 10 mit, wie Figur 2 näher zeigt, einer Mittellage 1 1 und zwei die Mittellage 1 1 nach außen begrenzenden Außenlagen 12, 13, wobei die Außenlagen 12, 13 aus einer ferritisch nichtrostenden Stahllegierung und die Mittellage 1 1 aus einer vergütbaren Stahllegierung bestehen. Die Zugfestigkeit Rm innerhalb des Flächenabschnitts 2 mit dreilagigem Blechverbund 10 beträgt mehr als 1300 MPa. Im Schnitt B und C der Figur 1 a) und 1 b) ist jeweils angedeutet ein Ausschnitt, der in der Figur 2 vergrößert gezeigt wird und den Aufbau des dreilagigen Blechverbunds 10 näher beschreibt.
Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform des dreilagigen Blechverbundes 10 für einen Flächenabschnitt 2 des erfindungsgemäßen Karosserie- oder Fahrwerkbauteils 1 ausschnittsweise in Querschnitt. Eine Mittellage 1 1 des Flächenabschnitts 2 ist an ihrer in der Bildebene oben befindlichen Oberseite 7 begrenzt durch eine Außenlage 12, und an in der Bildmitte unten befindlichen Unterseite 8 begrenzt durch eine weitere Außenlage 13. Es besteht eine metallurgische Verbindung zwischen Mittellage 1 1 und den Außenlagen 12, 13, so dass eine Ablösung der Außenlagen 12, 13 von der Mittellage 1 1 ausgeschlossen, die Schweißbarkeit, Umformbarkeit und sonstige mechanische Bearbeitbarkeit jedoch recht einfach möglich sind. Der Blechverbund 10 weist eine Gesamtdicke D2 sowie eine Dicke der Mittellage Dm und eine Dicke der Außenlage Da auf.
In Figur 3 ist ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil 1 in Form der Mittelsäule 20' nach Figur 1 in modifizierter Ausführungsform dargestellt. Hier wird die Mittelsäule 20' gebildet aus einem ersten Flächenabschnitt 2 mit einem dreilagigem Blechverbund 10 in einem oberen Teilbereich 21 der Mittelsäule 20' sowie aus einem zweiten Flächenabschnitt 3 mit einem dreilagigen Blechverbund 15 in einem zweiten Teilbereich 22 der Mittelsäule. Der zweite Teilbereich 22 der Mittelsäule 20' verläuft etwa bis knapp unterhalb einer Türschlossanbindung für eine Fahrzeugtür (nicht gezeigt). Zwischen dem ersten Flächenabschnitt 2 und dem zweiten Flächenabschnitt 3 ist eine Schweißnaht 40 ausgebildet, wobei beide Flächenabschnitte 2, 3 stumpf aneinander stoßend gefügt sind, insbesondere vor einer dreidimensionalen Pressformgebung zum Karosseriebauteil 1 . Im Querschnitt B-B auf Höhe der Schweißnaht 40 angedeutet ist der Ausschnitt des Blechverbunds 10, 15, welcher in den Figuren 4 und 5 näher betrachtet wird.
In Figur 4 ersichtlich ist der Aufbau des Blechverbundes gemäß Figur 3, welcher im zweiten Flächenabschnitt 3 eine Mittellage 16 aus einer niedriglegierten Stahllegierung sowie Außenlagen 17, 18 aus einer ferritisch nichtrostenden Stahllegierung aufweist. Die Außenlagen 12, 13 des ersten Flächenabschnittes 2 entsprechen hinsichtlich des Werkstoffs den Außenlagen 17, 18 des zweiten Flächenabschnitts 3. Wie beim Blechverbund gemäß Figur 2 besteht auch hier eine metallurgische Verbindung zwischen der Mittellage 2 und den Außenlagen 12, 13. Zudem sind auch die Außenlagen 17 und 18 metallurgisch und dauerhaft fest mit der Mittellage 16 verbunden. Dieser Blechverbund weist eine einheitliche Gesamtdicke D2 auf.
In Figur 5 ersichtlich ist eine alternative Ausführungsform der Flächenabschnitte der Mittelsäule 20' aus Figur 3. Hier weist der zweite Flächenabschnitt 3 eine einzige homogene Lage aus einer niedriglegierten Stahllegierung auf. Die Außenlagen 12, 13 des ersten Flächenabschnittes 2 entsprechen hinsichtlich des Werkstoffs der Stahllegierung des zweiten Flächenabschnitts 3. Wie beim Blechverbund gemäß Figur 2 besteht auch hier eine metallurgische Verbindung zwischen der Mittellage 1 1 und den Außenlagen 12, 13. Die zwei Flächenabschnitte 2, 3 sind bereits vor der Formgebung zum Karosserie- oder Fahrwerkbauteil miteinander verschweißt und sodann gemeinsam umformbar. Der zweite Flächenabschnitt 3 ist im Fahrzeug im so genannten Trockenbereich angeordnet, mithin außerhalb korrosionsgefährdeter Bereiche. Der zweite Flächenabschnitt mit niedriglegierter Stahllegierung wird während der Erwärmung der Blechplatine bevorzugt unterhalb 700°C erwärmt, so dass eine Zunderbildung in diesem Abschnitt nicht einritt.
Figur 6a zeigt ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil in Form der Mittelsäule 20" nach Figur 1 bzw. 3 in modifizierter Ausführungsform. Hier wird die Mittelsäule 20" gebildet aus einem ersten Flächenabschnitt 2 mit einem dreilagigem Blechverbund 10 in einem oberen Teilbereich 21 der Mittelsäule 20" sowie aus einem zweiten Flächenabschnitt 3 mit einem dreilagigen Blechverbund 15 in einem zweiten Teilbereich 22 der Mittelsäule. Der zweite Teilbereich 22 der Mittelsäule 20" verläuft etwa bis knapp unterhalb einer Türschlossanbindung für eine Fahrzeugtür (nicht gezeigt). Zwischen dem ersten Flächenabschnitt und dem zweiten Flächenabschnitt 3 ist ein Übergangsbereich 41 ausgebildet, wobei beide Flächenabschnitte 2, 3 in den einzelnen Lagen jeweils werkstoffeinheitlich einteilig ausgebildet sind oder analog der Ausführungsform gemäß Figur 3 und 4 verschweißt sind. Im letzteren Fall kann der Übergangsbereich 41 der Schweißnaht hinsichtlich deren Lage entsprechen. Der zweite Flächenabschnitt 3 weist in seiner Mittellage 16, dargestellt in Figur 7 bis 9, eine höhere Duktilität und niedrigere Zugfestigkeit als im ersten Flächenabschnitt 2 auf, was einer verzögerten Rissbildung und damit verbundenen Problemen bei einem Seitenaufprall entgegenwirkt und eine gezielte Deformation, im Falle der Mittelsäule 20" in einen für den Insassen ungefährlichen Bereich des Fahrzeugsitzes, erlaubt.
Im Unterschied zu Figur 6a zeigt Figur 6b eine Mittelsäule 20"' mit einem zweiten Flächenabschnitt 3, welcher sich neben dem zweiten Teilbereich 22 auch auf einen Teil der Ränder 42 des oberen Teilbereichs der Mittelsäule 20"' erstreckt. Weiterhin weist die Mittelsäule 20"' mehrere Anbindungspunkte 43 zur Befestigung an einem Fahrzeugschweiler auf. Unterhalb des zweiten Flächenabschnitts 3 im zweiten Teilbereich 22 erstreckt sich ein weiterer Flächenabschnitt 4, der wiederum eine höhere Festigkeit und weniger Duktilität aufweist im Vergleich zum zweiten Flächenabschnitt 3. Zwischen beiden Flächenabschnitten 2, 3 ist ein weiterer Übergangsbereich 41 ausgebildet.
Im Querschnitt B-B ist der Ausschnitt angedeutet, welcher in den Figuren 7 und 9 näher betrachtet wird.
In Figur 7 ersichtlich ist ein Schichtaufbau der alternativen Ausführungsformen gemäß der Mittelsäule 20" und 20"' aus Figur 6. Der erste Flächenabschnitt 2 weist die Mittellage 1 1 auf, die von zwei Außenlagen 12 und 13 nach oben und unten begrenzt ist. Der erste Flächenabschnitt 2 weist eine erste Mittellage 1 1 aus ultrahochfestem Gefüge mit mindestens 80 Prozent Martensit auf, die durch Warmformen und Presshärten einer vergütbaren Stahllegierung eingestellt wurde, wobei die Zugfestigkeit innerhalb des ersten Flächenabschnitts 2 mit dreilagigem Blechverbund größer als 1300 MPa beträgt. Das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil 1 in Form der Mittelsäule 20" bzw. 20"' weist einen zweiten Flächenabschnitt 3 aus einem dreilagigen Blechverbund 15 auf, wobei der zweite Flächenabschnitt 3 eine zweite Mittellage 16 mit einem Gefüge aus angelassenem Martensit mit einem Anteil von mindestens 80 Prozent oder Mischgefüge mit mindestens 70 Prozent Anteilen an Ferrit und Perlit sowie Restanteil Martensit, Restaustenit und/oder Bainit aufweist. Bezüglich des Werkstoffes entsprechen die Flächenabschnitte 2, 3 einander in den einzelnen Lagen, wobei die Außenlagen 12, 13, 17, 18 jeweils aus einer ferritisch nichtrostenden Stahllegierung bestehen.
Ein Übergangsbereich 41 zwischen der ersten Mittellage 1 1 und der zweiten Mittellage 16 weist eine Breite B1 auf, die zwischen 10 mm und 150 mm, bevorzugt aber unterhalb 50 mm beträgt, da im Übergangsbereich ein mechanisch schwer zu bestimmender und inhomogener Zustand vorliegt. Selbstverständlich ist dieser Schichtaufbau von der beschriebenen Mittelsäule 20", 20"' auch auf andere Karosserie- und Fahrwerkbauteile, wie in Anspruch 15 aufgeführt, übertragbar, wo eine gezielt belastungsgerechte Bauteilgestaltung zweckdienlich ist.
In Figur 8 ersichtlich ist ein Schichtaufbau einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. Es handelt sich wie zuvor um einen Ausschnitt zur Illustration der relevanten Bauteileigenschaften im Querschnitt.
Ein erster Flächenabschnitt 2 weist die Mittellage 1 1 auf, die von zwei Außenlagen 12 und 13 nach oben und unten begrenzt ist. Der erste Flächenabschnitt 2 weist eine erste Mittellage 1 1 aus ultrahochfestem Gefüge mit mindestens 80 Prozent Martensit auf, wobei die Zugfestigkeit innerhalb des ersten Flächenabschnitts 2 mit dreilagigem Blechverbund 10 größer als 1300 MPa beträgt. Das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil 1 weist einen zweiten Flächenabschnitt 3 aus werkstofflich demselben dreilagigen Blechverbund 15 auf, wobei der zweite Flächenabschnitt 3 eine zweite Mittellage 16 mit näherungsweise demselben metallischen Mikrogefüge aufweist. Bezüglich des Werkstoffes entsprechen die Flächenabschnitte einander in den einzelnen Lagen, wobei die Außenlagen 12, 13, 17, 18 jeweils aus einer ferritisch nichtrostenden Stahllegierung bestehen.
Ein Übergangsbereich 44 zwischen dem ersten und dem zweiten Flächenabschnitt 2, 3 weist eine Breite B2 auf, die zwischen 50 Millimetern (mm) und 250 mm, bevorzugt aber unterhalb 200 mm beträgt, da die Kopplung mit weiteren Bauteilen in unebenen Abschnitten erschwert ist. Zu erkennen ist, dass die Gesamtdicke D3 des Blechverbundes 15 im zweiten Flächenabschnitt 3 größer ist als die Gesamtdicke D2 des Blechverbunds 10 im ersten Flächenabschnitt 2, wobei sich die Verhältnisse der Dicke der Lagen zueinander innerhalb eines Blechverbunds nicht ändern. Selbstverständlich ist es möglich, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil 1 weitere Flächenabschnitte umfasst, die sich an den zweiten Flächenabschnitt 3 anschließen und eine weitere Erhöhung der Gesamtdicke und damit eine Stärkung der belastungsgerechten Konstruktion erlauben. Auch sei angemerkt, dass die unterschiedliche Dicke bevorzugt bereits vor dem Pressumformen in die dreidimensionale Bauteilgeometrie vorliegt.
In Figur 9 schließlich stellt eine alternative Ausführungsform und eine Kombination der Ausführungsformen von Figur 7 und 8 dar. Ein erster Flächenabschnitt 2 der Gesamtdicke D2 aus einer Mittellage 1 1 und zwei Außenlagen 12 und 13 geht über einen Übergangsbereich 44 der Breite B2 in einen zweiten Flächenabschnitt 3 der Gesamtdicke D3 über, wobei der zweite Flächenabschnitt 3 wiederum eine Mittellage 16 und zwei Außenlagen 17 und 18 aufweist, und die Mittellage 16 aus ultrahochfestem Gefüge mit mindestens 80 Prozent Martensit aufweist. Die Mittellage 1 1 des ersten Flächenabschnitts 2 weist dagegen ein duktileres Mischgefüge auf, aus angelassenem Martensit mit einem Anteil von mindestens 80 Prozent und Mischgefüge mit mindestens 70 Prozent Anteilen an Ferrit und Perlit sowie Restanteil Martensit, Restaustenit und/oder Bainit. Zu erkennen ist auch ein Übergangsbereich 41 der Breite B1 , welcher nur über einen Teil der Breite B2 des Übergangsbereichs 44 ausgebildet ist. Der hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften und seiner Gefügezusammensetzung Undefinierte Übergangsbereich 41 ist demnach kleiner als der durch seine Dickenunstetigkeit geprägte Übergangsbereich 44. Es ergibt sich ein Karosserie- oder Fahrwerkbauteil 1 mit sehr gutem belastungsgerechten Auslegungspotential im Hinblick auf einen gezielte Deformationsverlauf, Energieaufnahmevermögen und guter Koppelbarkeit durch Schweißen, Kleben, Nieten und/oder Schrauben an die Fahrzeugkarosse oder andere Anbauteile.
In Figur 10 ist ausschnittsweise der Querschnitt eines erfindungsgemäßen Karosserie- oder Fahrwerkbauteils 1 mit dreilagigem Blechverbund 10 mit einem Rand 42 dargestellt. Der Rand 42 ist in seiner Stirnseite 9 im Flächenabschnitt 2 mit dreilagigem Blechverbund 10 wenigstens abschnittsweise von einer Außenlage 12 umgriffen, derart, dass die Stirnseite 9 der Mittellage 1 1 des Randes 42 von der Umgebung durch die Außenlage 12 sowie die Außenlage 13 abgeschirmt ist. Die Außenlagen 12, 13 begrenzen wie in der vorangegangen Ausführungsformen die Mittellage 1 1 auf in der Bildebene oben befindlichen Oberseite 7 und auf der in der Bildmitte unten befindlichen Unterseite 8. Dies kann beispielsweise derart bewerkstelligt werden, dass beim Beschnitt des Blechverbunds vor oder nach dem Pressformen eine Trennung mit kombiniertem oder nachfolgendem Walzen der Außenlage 12 des Randes 42 in Richtung der anderen Außenlage 13 erfolgt unter Materialverdrängung von der Oberseite 7 über die Stirnseite 9 des Randes 42.
Figur 1 1 zeigt eine Presse 50 zur Durchführung des verfahrenstechnischen Teils der Erfindung zur Herstellung von Karosserie- oder Fahrwerkbauteilen 1 . Zunächst werden ein oder mehrere Blechplatinen 5 bereitgestellt, welche wenigstens einen Flächenabschnitt aus einem dreilagigen Blechverbund mit einer Mittellage aus einer vergütbaren Stahllegierung und zwei die Mittellage nach außen begrenzenden Außenlagen umfassen. Anschließend erfolgt das Erwärmen des Blechverbunds wenigstens abschnittsweise auf Austenitisierungstemperatur in der Presse 50 mittels Kontakterwärmung 51 durch wenigstens eine beheizbare Kontaktplatte 56. Die Kontaktplatte 56 berührt während der Erwärmung die Außenlagen des Blechverbundes der Blechplatine, wobei wenigstens ein Flächenabschnitt der Blechplatine in kürzester Zeit auf Austenitisierungstemperatur erwärmt wird. Hierbei handelt es sich um die Rekristallisationstemperatur der Mittellage des Blechverbunds mit vergütbarer Stahllegierung, um die spätere Härtung zu ermöglichen. Anschließend erfolgt ein Transfer der heißen Blechplatine in ein wenigstens bereichsweise gekühltes Pressformwerkzeug 52 und das Warmumformen der Blechplatine 5 wird darin durchgeführt. Dabei wird die Blechplatine 5 auch bereits etwas abgekühlt. Wenn eine zuvor homogen austenitisierte Blechplatine 5 in einem bereichsweise beheizten Pressformwerkzeug 52 umgeformt wird, lässt sich in einem Flächenabschnitt eine verringerte Abkühlgeschwindigkeit bewirken, so dass die kritische Abkühlrate zur Martensitumwandlung des Gefüges in diesem Flächenabschnitt ausgeschlossen ist.
Anschließend erfolgt ein Transfer der pressgeformten Blechplatine in eine nachfolgende Kühlwerkzeugstufe 53, wo die geformte Blechplatine wenigstens teilweise gehärtet wird. Nach einem weiteren Transfer in eine dritte Werkzeugstufe 54 findet die abschließende Abkühlung auf näherungsweise Umgebungstemperatur, zumindest aber eine vollständige Härtung wenigstens eines Flächenabschnittes statt. Anstelle dreier gekühlter Werkzeugstufen 52, 53, 54 wie in Figur 1 1 a) kann auch vorgesehen werden, auf die letzte Kühlwerkzeugstufe 54 zu verzichten und bereits in der ersten Kühlwerkzeugstufe 53 die Härtung eines Flächenabschnitts abzuschließen. Dies ist jedoch bei größeren Gesamtdicken der Blechplatine 5 oder bei besonders hoher Taktzeit der Presse 50 nur begrenzt möglich. Dies ist anhand der Presse 50' in Figur 1 1 b) dargestellt.
Mittels dem Pressformwerkzeug 52 oder der ersten Kühlwerkzeugstufe 53 können auch ein Beschnitt und die Lochung des geformten aber noch ungehärteten Bauteils (nicht dargestellt) erfolgen.
Entscheidender Vorteil bei erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass durch die Außenlagen aus ferritisch nichtrostenden Stahllegierung eine Verzunderung oder Oxidation während der Erwärmung und beim Warmumformen ausgeschlossen und so eine aufwändige Beschichtung, Endreinigung der Oberfläche, Oberflächenfehler sowie eine Schutzgasumhausung der Presse bzw. Kontakterwärmung vermieden wird.
Figur 12 zeigt eine Presse 50" zur Durchführung des verfahrenstechnischen Teils der Erfindung zur Herstellung von Karosserie- oder Fahrwerkbauteilen 1 . Zunächst werden ein oder mehrere Blechplatinen 5 bereitgestellt, welche wenigstens einen Flächenabschnitt aus einem dreilagigen Blechverbund mit einer Mittellage aus einer vergütbaren Stahllegierung und zwei die Mittellage begrenzenden Außenlagen umfassen. Anschließend erfolgt das Erwärmen des Blechverbunds abschnittsweise auf Austenitisierungstemperatur in der Presse 50" mittels Kontakterwärmung 51 zwischen wenigstens einer beheizbaren Kontaktplatte 56. Die zwei hier gezeigten Kontaktplatten 56 berührt während der Erwärmung die Außenlagen des Blechverbundes der Blechplatine (nicht dargestellt), wobei ein oder alle Flächenabschnitte der Blechplatine in kürzester Zeit erwärmt werden. Anschließend erfolgt ein Transfer der so erwärmten Blechplatine in eine Temperierstufe 55, so dass entweder die homogen erwärmte Blechplatine von einer Austenitisierungstemperatur in einem Flächenabschnitt heruntergekühlt wird auf weniger als 700°C, oder ein Flächenabschnitt wird von weniger als 700°C auf mindestens Austenitisierungstemperatur erwärmt. Die Temperierstufe kann wiederum Kontaktplatten zur Erwärmung und/oder Kühlung aufweisen, welche durch Brenner, Induktoren oder Widerstandserwärmung auf die erforderliche Temperatur eingestellt werden. Die so abschnittsweise unterschiedlich temperierte Blechplatine wird in ein gekühltes Pressformwerkzeug 52 eingebracht und ein Warmumformen der Blechplatine wird darin durchgeführt. Dabei wird die Blechplatine 5 auch bereits etwas abgekühlt. Anschließend erfolgt ein Transfer der pressgeformten Blechplatine in eine nachfolgende Kühlwerkzeugstufe 53, wo die geformte Blechplatine wenigstens teilweise gehärtet wird, während ein zweiter Flächenabschnitt dabei nicht gehärtet wird. Mittels des Pressformwerkzeugs 52 können auch ein Beschnitt und die Lochung des geformten aber noch ungehärteten Bauteils (nicht dargestellt) erfolgen.
Figur 13a) zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in Form eines im Querschnitt runden Karosserie- oder Fahrwerkbauteils 1 aus einer Blechplatine 5 oder einem Blechband in einer Draufsicht. Hierbei handelt es sich um eine A-Säule 25 mit einem gekrümmten in der Bildebene unteren Teilbereich 22 und einem geraden im Querschnitt breiteren oberen Teilbereich 21 . In den Figuren 13b) bis 13d) sind verschiedene Querschnittsgeometrien zu erkennen, die für die A-Säule der Figur 13a) Anwendung finden kann. Jeweils eine Schweißnaht 23 schließt das als Hohlprofil ausgebildete Bauteil 1 in einem Rand 42, 42', der in axialer Richtung des Bauteils 1 verläuft.
In Figur 13b) weist das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil 1 in Form der A-Säule zwei Ränder 42' auf, die sich parallel gegenüberliegend kontaktieren und durch die Schweißnaht 23 stoffschlüssig gekoppelt sind. Der Rand stellt dabei einen zweiwandigen Flansch dar.
In Figur 13c) zu erkennen ist, dass ein Rand 42 mit seiner Stirnseite 9 gegen eine Seitenfläche eines zweiten Randes 42' kontaktierend ausgebildet und mit einer Schweißnaht 23 stoffschlüssig gefügt ist. Der Rand 42' stellt dabei einen einwandigen Flansch dar.
Wie in Figur 13d) zu erkennen ist, stoßen zwei Ränder 42 mit ihren jeweiligen Stirnseiten 9 gegeneinander, so dass sich eine flanschloses Bauteil ergibt. Die Umformung erfolgt dabei durch Rollformen oder U-O-Formen und anschließendes Innenhochdruckformen und Abschreckhärten. Die Querschnittkonfiguration gemäß Figur 13d) ist auch für viele Fahrwerkbauteile wie Verbundlenkerachsen, Querlenker übertragbar.
Bezuqszeichen:
1 - Karosserie- oder Fahrwerkbauteil
2 - erster Flächenabschnitt
3- zweiter Flächenabschnitt
4- Flächenabschnitt
5- Blechplatine
7 - Oberseite zu 11
8- Unterseite zu 11
9- Stirnseite zu 11
10- Blechverbund
11 - Mittellage zu 10
12 - Außenlage zu 10
13- Außenlage zu 10
15- Blechverbund
16- Mittellage zu 15
17 - Außenlage zu 15
18- Außenlage zu 15
20- Mittelsäule
20' - Mittelsäule
20" - Mittelsäule
20"' - Mittelsäule
21 - oberer Teilbereich
22 - unterer Teilbereich
23- Schweißnaht
25- A-Säule
30- Querlenker
40- Schweißnaht
41 - Übergangsbereich
42 - Rand
42' - Rand
43- Anbindungspunkt
44- Übergangsbereich 50 - Presse 50' - Presse
50" - Presse
50"' - Presse
51 - Kontakterwärmung
52 - Pressumformwerkzeug
53 - Kühlwerkzeugstufe
54 - Kühlwerkzeugstufe
55 - Temperierstufe
56 - Kontaktplatte
D2 - Gesamtdicke zu 10
D3 - Gesamtdicke zu 15
Da - Dicke der Außenlage
Dm - Dicke der Mittellage
Dm2 - Dicke zu 1 1
Dm3 - Dicke zu 16
B1 - Breite zu 41
B2 - Breite zu 44

Claims

Patentansprüche
Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen Flächenabschnitt (2, 3) aus einem dreilagigen Blechverbund (10) mit einer Mittellage (11) und zwei die Mittellage (11) nach außen begrenzenden Außenlagen (12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass die Außenlagen (12, 13) aus einer ferritisch nichtrostenden Stahllegierung und die Mittellage (11) aus einer vergütbaren Stahllegierung bestehen.
Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellage (11) eines Flächenabschnittes (2, 3) ein Gefüge aufweist, mit mindestens 80 Prozent Martensit, und die Zugfestigkeit Rm innerhalb des Flächenabschnitts (2) größer als 1300 MPa beträgt.
Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellage (11, 16) eines Flächenabschnitts (2, 3) ein Gefüge aufweist aus angelassenem Martensit mit einem Anteil von mindestens 80 Prozent oder einem Mischgefüge mit mindestens 70 Prozent Anteilen an Ferrit und Perlit sowie Restanteil Martensit, Restaustenit und/oder Bainit.
Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flächenabschnitt (2, 3) mit dem dreilagigen Blechverbund (10) eine Gesamtdicke (D2, D3) aufweist, und die Außenlage (12, 13, 17, 18) eine Dicke (Da) von mindestens 3 Prozent (%) und höchstens 15 Prozent (%) der Gesamtdicke (D2, D3), bevorzugt 4 Prozent (%) bis 10 Prozent (%) dieses Flächenabschnitts (2, 3) aufweist.
Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) im Flächenabschnitt (2, 3) mit dreilagigem Blechverbund (10, 15) eine Korrosionsgeschwindigkeit in Dickenrichtung des Blechverbunds (2, 3) bei normaler Atmosphäre von höchstens 10 Mikrometer/Jahr aufweist oder bei Meeresatmosphäre von höchstens 50 Mikrometer/Jahr aufweist.
6. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) einen zweiten Flächenabschnitt (3), insbesondere aus einem dreilagigen Blechverbund (15), aufweist.
7. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Flächenabschnitt (3) eine zweite Mittellage (16) mit einem Gefüge aufweist, ausgewählt aus einer Gruppe von Mischgefüge mit mindestens 80 Prozent Anteilen von Ferrit und Perlit oder Mischgefüge mit mindestens 70 Prozent Anteilen an Ferrit und Perlit sowie Restanteil Martensit, Restaustenit und/oder Bainit.
8. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mittellage (11) und die zweite Mittellage (16) jeweils eine Dicke aufweisen, und die Dicke (Dm2) der ersten Mittellage (11) sich von der Dicke (Dm3) der zweiten Mittellage (16) unterscheidet.
9. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenabschnitte (2, 3) miteinander stumpf aneinander grenzend verschweißt sind.
10. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach bevorzugt einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (!) einen zweiten Flächenabschnitt (3) aus einer niedriglegierten Stahllegierung aufweist und die Flächenabschnitte (2, 3) miteinander stumpf aneinander grenzend verschweißt sind.
11. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechverbund (10) im ersten Flächenabschnitt (2) eine Gesamtdicke (D2) und der Blechverbund (15) im zweiten Flächenabschnitt (3) eine Gesamtdicke (D3) aufweisen, wobei sich die Gesamtdicken (D2, D3) voneinander um wenigstens 10 Prozent, insbesondere zwischen 20 und 50 Prozent unterscheiden.
12. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) einen Rand (42) aufweist, und der Rand (42) in einer Stirnseite (9) im Flächenabschnitt (2, 3) mit dreilagigem Blechverbund wenigstens abschnittsweise von einer Außenlage (11, 12, 17,18) umgriffen ist, derart, dass die Stirnseite (9) der Mittellage (11, 16) von der Umgebung durch die Außenlage (11, 12, 17, 18) abgeschirmt ist.
13. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil eine Türsäule, insbesondere eine Mittelsäule (20) oder ein Dachrahmen, Schweller, Stoßfängerquerträger, Längsträger, Bodenquerträger, Querlenker (30), Längslenker, Stabilisator, Verbundlenker des Kraftfahrzeugs ist.
14. Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserie- oder Fahrwerkbauteil (1) eine Türsäule (20, 20', 20", 20"') oder ein Dachrahmen mit einem Rand (42) ist, wobei der zweite Flächenabschnitt (3) wenigstens abschnittsweise im Rand (42) angeordnet ist.
15. Verfahren zur Herstellung eines Karosserie- oder Fahrwerkbauteils (1), gekennzeichnet, durch
• Bereitstellen einer Blechplatine (5), umfassend wenigstens einen Flächenabschnitt (2) aus einem dreilagigen Blechverbund (10) mit einer Mittellage (11) aus einer vergütbaren Stahllegierung und je einer die Mittellage (11) begrenzenden Außenlage (12, 13),
• Erwärmen des Blechverbunds (10) wenigstens Abschnittsweise auf Austenitisierungstemperatur,
• Warmumformen der Blechplatine (5) in einem wenigstens bereichsweise gekühlten Pressformwerkzeug (52) und • wenigstens teilweises Härten der geformten Blechplatine (5) im Pressformwerkzeug (52) oder in einer nachfolgenden Kühlwerkzeugstufe (53, 54).
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmumformen und Härten der Blechplatine (5) in einer einzigen Presse (50, 50', 50", 50"') mit mehreren Werkzeugstufen (52, 53, 54) durchgeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen und Warmumformen und optional Härten der Blechplatine (5) in einer einzigen Presse (50, 50', 50", 50"') mit mehreren Werkzeugstufen (51, 52, 53, 54, 55) durchgeführt wird.
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