WO2017050559A1 - Verfahren zur herstellung eines vormaterials für die herstellung von metallischen bauteilen mit bereichen unterschiedlicher festigkeit - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines vormaterials für die herstellung von metallischen bauteilen mit bereichen unterschiedlicher festigkeit Download PDF

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thermal energy
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Stéphane GRAFF
Sascha Sikora
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a process for producing a starting material for the production of metallic components with regions of different strength.
  • Components with regions of different strength are used for example in the automotive industry. In such components increased strengths are usually provided in such areas, which should deform only slightly in the event of a crash. In contrast, areas of low strength can deform more in the event of a crash and absorb the high impact energies occurring in the event of a crash.
  • tempering is a hot forming process in which, as a rule, coated starting materials, for example coated forming blanks, are in a temperature range of Heated 880 ° C to 950 ° C and then hot-formed in a forming tool.
  • the forming tool has a plurality of temperature zones, through which the sheet is cooled at different speeds. This creates a component with locally different strength properties. In the rapidly cooled areas, a martensitic material structure is formed, so that these areas have an increased strength. Such areas, which are cooled slowly, have a reduced strength. This method has been well proven in practice, however, it has proved to be disadvantageous that a relatively high amount of time is required to produce the soft areas.
  • the object of the present invention is to reduce the time required for the production of metallic components with regionally different strength properties.
  • the object is achieved by a method for producing a starting material for the production of metallic components with areas of different strength, wherein
  • thermal energy is supplied to a first region of the starting material, which is provided uncoated, so that the first region is heated and the material structure in the first region is at least partially converted to austenite, while a second region of the starting material is not thermal Energy is supplied, and
  • the first region is cooled, so that the material structure in the first region is at least partially converted into martensite.
  • the uncoated starting material is hardened in a first region, so that a first region is obtained with an increased strength compared to a second region. It is not necessary to heat the second region and allow it to cool slowly to obtain regions with a reduced strength compared to the first region. As a result, the time required to produce regions with different strength properties can be reduced. Furthermore, a component with regions of different strength can be produced by cold forming, in particular by deep drawing or roll profiling.
  • the uncoated starting material is preferably iron-containing, particularly preferably a steel material.
  • the uncoated starting material may be formed as a hot strip, which is obtained by hot rolling.
  • the uncoated starting material may be a cold strip obtained by cold rolling.
  • the uncoated starting material can be configured as a shaping plate.
  • Such molded blanks can be obtained for example by separating from a hot strip or a cold strip.
  • the molding board already has a two-dimensional basic shape of the component to be produced.
  • the uncoated starting material preferably has no layer applied to the surface of the starting material. Most preferably, the uncoated starting material is not galvanized or galvanized.
  • the use of an uncoated starting material does not have to worry that the heating of the first region and / or the subsequent rapid cooling of the first region will result in undesirable changes to the primary material and / or any coating of the primary material.
  • An advantageous embodiment provides that the thermal energy is supplied via a laser.
  • the laser makes it possible to focus the energy emitted by it on a predetermined area, so that this area heats up.
  • the thermal energy can be supplied via one or more induction coils. Via the induction coil, it is possible to inductively heat the first region.
  • the first region of the starting material is strip-shaped.
  • a strip-shaped starting material such as a hot strip or a cold strip
  • a strip-shaped first region with increased strength can be produced by the strip-shaped starting material is first supplied to a power supply device, such as a laser or an induction coil and is subsequently cooled.
  • the cooling can be done by the strip-shaped starting material is passed to a cooling device after being led to the energy supply.
  • a gaseous and / or liquid cooling medium can be applied to the first region of the starting material in order to cool the starting material in the first region.
  • the first region - which thermal energy is supplied - a plurality of strip-shaped first portions, which are separated by a strip-shaped second portion of the second region - the thermal energy is not supplied to each other.
  • a starting material can be obtained, which has alternating, strip-shaped areas with high and low strength.
  • Such starting material can be used in the manufacture of such components for the automotive industry, which absorb impact energy in the event of a crash and thereby deform controlled, such as a crash box or a side member.
  • the alternating strip-shaped regions of different strength can be folded like an accordion in the event of a crash.
  • a plurality of adjacent strip-shaped first sections have an identical center-to-center distance, so that in the event of a crash, substantially uniform wrinkling may occur.
  • the strip-shaped first sections may also have an identical width.
  • a plurality of adjacent stripe-shaped first portions may be formed to have different center-to-center distances. By choosing different center-to-center distances, an uneven folding behavior of the component in the event of a crash can be set.
  • thermal energy is supplied to a third region of the starting material in the first step such that the third region is heated to a higher temperature than the first region and that the third region is likewise cooled in the second step. In this way, a higher proportion of the material structure can be converted to austenite in the third area than in the first area. In the subsequent cooling of the first region and the third region, a higher strength is achieved in the third region than in the first region. In this respect, it is possible to produce in the starting material different areas with individually increased strength.
  • the starting material has a material thickness and the thermal energy is distributed in the first region inhomogeneously distributed over the material thickness.
  • the thermal energy is not distributed uniformly over the entire material thickness supplied, but only a selected portion of the material cross-section is subjected to an increased thermal energy, while another portion of the material cross-section is not or only slightly applied with thermal energy.
  • an area can be produced in the starting material, which has an inhomogeneous distributed over the material thickness strength profile.
  • the inhomogeneous supply of energy preferably takes place via a laser, it being possible to set a maximum of the energy output via an optic of the laser.
  • the material thickness of the starting material is preferably greater than 2 mm, particularly preferably greater than 3 mm.
  • the primary material is transformed by cold rolling and / or by semi-warm rolling.
  • Cold rolling is to be understood in this context as rolling of the starting material at room temperature.
  • semi-hot rolling a rolling of the starting material is understood at a half-warm-rolling temperature which is higher than the room temperature. , wherein the semi-warm-rolling temperature is selected such that the starting material is not austenitized.
  • the starting material can be wound up after the thermal energy has been supplied to the first region, in particular onto a coil. During winding, individual layers of the starting material can come into contact with one another, so that the thermal energy absorbed in the heated first region can be dissipated into other layers of the starting material. As a result, the cooling of the first region can be promoted.
  • the primary material is formed by pressing, in particular in a plate press.
  • thermal energy can be dissipated into a pressing tool, in particular a pressing plate, the press, so that the cooling of the starting material is supported.
  • the pressing tool, in particular the pressing plate is actively cooled.
  • the starting material is coated in a third step following the second step.
  • the surface of the primary material can be protected from corrosion and / or from external influences, without having to fear that the coating will be influenced by the heating and cooling.
  • the starting material is coated electrolytically, for example electrolytically galvanized.
  • the starting material can be fire-coated, in particular hot-dip galvanized.
  • a device for producing a starting material for the production of metallic components with regions of different strength also contributes, comprising:
  • an energy supply device for supplying thermal energy to the starting material, which is uncoated, in a first region, so that the first region is heated and the material structure in the first region is at least partially converted to austenite, while no material is present in a second region of the starting material thermal energy is supplied, and
  • a cooling device for cooling the first region, so that the material structure in the first region is at least partially converted into martensite.
  • the energy supply device preferably has a laser or an induction coil.
  • the device has a conveyor for conveying the semi-finished material in a transport direction.
  • a plurality of energy supply means are provided, which are arranged spaced apart along a transversely, in particular perpendicular, arranged to the transport direction transverse direction, so that the starting material can be passed to the energy supply.
  • a plurality of cooling devices are provided, which are likewise arranged spaced apart along a transverse direction. The cooling devices are preferably arranged such that the starting material conveyed along the transport direction is guided first past the energy supply devices and then past the cooling devices.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device for producing a starting material for the production of metallic components with areas of different strength in a perspective view.
  • FIG. 1 shows by way of example a device 1 by means of which primary materials 10 for metallic components with regions of different strength for the automotive industry are produced.
  • the device 1 is supplied with an uncoated starting material 10, preferably made of a steel material, particularly preferably of a manganese-boron steel, which is designed in strip form.
  • the starting material 10 may be warm act tape or cold strip.
  • the starting material 10 is provided wound on a coil 2. During processing, the starting material 10 is unwound from the coil 2 and conveyed via a conveying device, not shown, in a transport direction T.
  • the starting material 10 is initially passed by means of the conveyor to a plurality of energy supply means 3, via which a first region 5 of the starting material 10 thermal energy is supplied.
  • the first region 5 is heated above the Ac1 temperature of the starting material 10, preferably above the Ac3 temperature of the starting material 10, and the material structure in the first region 5 at least partially, preferably completely, turns into austenite.
  • the energy supply devices 3 introduce the thermal energy exclusively into the first region 5 of the starting material 10.
  • a second region 6 of the starting material 10 which does not reach the area of influence of the energy supply devices 3 when the starting material 10 passes the energy supply devices 3, is not subjected to thermal energy. This means that in the second region - in contrast to the first region - no transformation of the material structure into austenite occurs.
  • the energy supply means 3 are arranged spaced apart on a straight line which runs along a transverse direction Q, which is arranged perpendicular to the transport direction T.
  • the energy supply devices 3 each have a laser or an induction coil. Due to the spaced arrangement of the energy supply means 3, a first region 5 is generated, which has strip-shaped first sections 5.1, 5.2, which are each separated by a strip-shaped second section 6.1 of the second region 6.
  • adjacent strip-shaped first sections 5.1, 5.2 have different center-to-center distances.
  • strip-shaped sections of the first region 5 can be produced which have identical center-to-center distances.
  • the starting material 10 is guided past several cooling devices 4.
  • the cooling devices 4 By means of the cooling devices 4, the heated first region 5 of the starting material 10 is cooled in such a way that the material structure in the first region at least partially changes into martensite. Thus, a first region 5 is obtained, which has a relation to the second region 6 increased strength.
  • the cooling devices 4 are arranged spaced apart on a straight line which runs along a transverse direction Q, which is arranged perpendicular to the transport direction T. The distances of the cooling devices 4 are selected such that a section 5.1, 5.2 of the first region 5 is supplied to a cooling device 4 after being heated by an energy supply device 3.
  • a gaseous and / or liquid cooling medium is applied to the starting material 10, in particular the first region 5 of the starting material 10.
  • the uncoated starting material 10 is cured in the first region 5, wherein the second region 6 is not cured and substantially retains its original strength. Heating of the second region 6 is not required.
  • the starting material 10 is cold-rolled and / or semi-hot rolled.
  • the starting material 10 is coated (galvanized), for example by an electrolytic coating process or fire-coating.
  • the thermal energy is introduced differently via a plurality of energy supply devices 3 in such a way that a higher temperature is achieved in a third region than in the first region 5.
  • a temperature between the Ac1 temperature and the Ac3 temperature and in the third range a temperature above the Ac3 temperature of the starting material 1 can be set.
  • a higher portion of the structure is austenitized than in the first region 5.
  • both the first region 5 and the third region are cooled, so that in the first region 5 and in the third region a martensitic Material structure is formed, wherein the third region has a relation to the first region increased strength.
  • the thermal energy in the first region and / or in the third region can be supplied in an inhomogeneous manner over the material thickness of the starting material 10.
  • an inhomogeneous distributed over the material thickness strength profile can be generated.
  • the supply of energy is preferably carried out via a laser, wherein a maximum of the energy output can be adjusted via an optical system of the laser.
  • the laser can be focused such that a maximum of the supplied thermal energy is arranged in an inner region of the starting material. This is a first region and / or third Beriech generated in which the surfaces of the semi-finished material have a lower strength than the inner region.
  • a starting material 10 is used, which is designed as an uncoated molding board.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vormaterials für die Herstellung von metallischen Bauteilen mit Bereichen unterschiedlicher Festigkeit, wobei in einem ersten Schritt einem ersten Bereich des Vormaterials, welches unbeschichtet bereitgestellt wird, thermische Energie zugeführt wird, so dass sich der erste Bereich erwärmt und das Materialgefüge in dem ersten Bereich zumindest teilweise in Austenit gewandelt wird, während einem zweiten Bereich des Vormaterials keine thermische Energie zugeführt wird, und in einem auf den ersten Schritt folgenden, zweiten Schritt der erste Bereich abgekühlt wird, so dass das Materialgefüge in dem ersten Bereich zumindest teilweise in Martensit gewandelt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung.

Description

BESCHREIBUNG
Titel
Verfahren zur Herstellung eines Vormaterials für die Herstellung von metallischen Bauteilen mit Bereichen unterschiedlicher Festigkeit
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vormaterials für die Herstellung von metallischen Bauteilen mit Bereichen unterschiedlicher Festigkeit.
Bauteile mit Bereichen unterschiedlicher Festigkeit werden beispielsweise im Automobilbau verwendet. Bei derartigen Bauteilen werden erhöhte Festigkeiten üblicherweise in solchen Bereichen vorgesehen, die sich im Crashfall nur wenig verformen sollen. Bereiche mit geringer Festigkeit können sich im Crashfall hingegen stärker verformen und dabei die im Crashfall auftretenden hohen Aufprallenergien aufnehmen.
Die Herstellung derartiger Bauteile kann beispielsweise über das so genannte„tailored tem- pering" erfolgen. Beim„tailored tempering" handelt es sich um einen Warmumformungspro- zess, bei welchem in der Regel beschichtete Vormaterialien, beispielsweise beschichtete Formplatinen, als Ganzes in einen Temperaturbereich von 880°C bis 950°C erhitzt und dann in einem Umformwerkzeug warm umgeformt werden. Das Umformwerkzeug weist mehrere Temperaturzonen auf, durch welche das Blech unterschiedlich schnell abgekühlt wird. Dabei entsteht ein Bauteil mit lokal unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften. In den schnell abgekühlten Bereichen bildet sich ein martensitisches Materialgefüge aus, so dass diese Bereiche eine erhöhte Festigkeit aufweisen. Solche Bereiche, die langsam abgekühlt werden, weisen eine verringerte Festigkeit auf. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis durchaus bewährt, allerdings hat es sich als nachteilig herausgestellt, dass zur Erzeugung der weichen Bereiche ein relativ hoher Zeitaufwand erforderlich ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Zeitbedarf zur Herstellung von metallischen Bauteilen mit bereichsweise unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften zu verringern. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Vormaterials für die Herstellung von metallischen Bauteilen mit Bereichen unterschiedlicher Festigkeit, wobei
- in einem ersten Schritt einem ersten Bereich des Vormaterials, welches unbeschichtet bereitgestellt wird, thermische Energie zugeführt wird, so dass sich der erste Bereich erwärmt und das Materialgefüge in dem ersten Bereich zumindest teilweise in Austenit gewandelt wird, während einem zweiten Bereich des Vormaterials keine thermische Energie zugeführt wird, und
- in einem auf den ersten Schritt folgenden, zweiten Schritt der erste Bereich abgekühlt wird, so dass das Materialgefüge in dem ersten Bereich zumindest teilweise in Martensit gewandelt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das unbeschichtete Vormaterial in einem ersten Bereich gehärtet, so dass ein erster Bereich mit einer gegenüber einem zweiten Bereich erhöhten Festigkeit erhalten wird. Es ist nicht erforderlich, den zweiten Bereich zu erwärmen und langsam abkühlen zu lassen, um Bereiche mit einer gegenüber dem ersten Bereich verringerten Festigkeit zu erhalten. Hierdurch kann der zeitliche Aufwand zur Erzeugung von Bereichen mit unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften reduziert werden. Ferner kann ein Bauteil mit Bereichen unterschiedlicher Festigkeit mittels Kaltformen erzeugt werden, insbesondere durch Tiefziehen oder Rollprofilieren.
Das unbeschichtete Vormaterial ist bevorzugt eisenhaltig, besonders bevorzugt ein Stahlmaterial. Das unbeschichtete Vormaterial kann als Warmband ausgebildet sein, welches durch Warmwalzen erhalten wird. Alternativ kann das unbeschichtete Vormaterial ein Kaltband sein, welches durch Kaltwalzen erhalten wird. Weiter alternativ kann das unbeschichtete Vormaterial als Formplatine ausgestaltet sein. Derartige Formplatinen können beispielsweise durch Abtrennen aus einem Warmband oder einem Kaltband erhalten werden. Ferner ist es möglich, dass die Formplatine bereits eine zweidimensionale Grundform des herzustellenden Bauteils aufweist.
Das unbeschichtete Vormaterial weist bevorzugt keine auf der Oberfläche des Vormaterials aufgebrachte Schicht auf. Besonders bevorzugt ist das unbeschichtete Vormaterial nicht verzinkt oder galvanisiert. Durch die Verwendung eines unbeschichteten Vormaterials muss nicht befürchtet werden, dass sich durch das Erwärmen des ersten Bereichs und/oder das nachfolgende schnellen Abkühlen des erstens Bereichs unerwünschte Veränderungen an dem Vormaterial und/oder einer etwaigen Beschichtung des Vormaterials ergeben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die thermische Energie über einen Laser zugeführt wird. Der Laser ermöglicht es, die von ihm abgegeben Energie auf einen vorgegebenen Bereich zu fokussieren, so dass sich dieser Bereich erwärmt. Alternativ kann die thermische Energie über eine oder mehrere Induktionsspulen zugeführt werden. Über die Induktionsspule ist es möglich, den ersten Bereich induktiv zu erwärmen.
Bevorzugt ist der erste Bereich des Vormaterials streifenförmig ausgebildet. Insbesondere bei einem bandförmigen Vormaterial, wie beispielsweise einem Warmband oder einem Kaltband, kann ein streifenförmiger erster Bereich mit erhöhter Festigkeit erzeugt werden, indem das bandförmige Vormaterial zunächst an eine Energiezuführeinrichtung, wie einen Laser oder eine Induktionsspule herangeführt wird und im Anschluss daran abgekühlt wird. Das Abkühlen kann erfolgen, indem das bandförmige Vormaterial nach dem Heranführen an die Energiezuführeinrichtung an eine Kühlvorrichtung geführt wird. Über die Kühlvorrichtung kann ein gasförmiges und/oder flüssiges Kühlmedium auf den ersten Bereich des Vormaterials aufgebracht werden, um das Vormaterial in dem ersten Bereich zu Kühlen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der erste Bereich - welchem thermische Energie zugeführt wird - mehrere streifenförmige erste Abschnitte auf, welche durch einen streifenförmigen zweiten Abschnitt des zweiten Bereichs - dem keine thermische Energie zugeführt wird - voneinander getrennt sind. Hierdurch lässt sich ein Vormaterial erhalten, welches einander abwechselnde, streifenförmige Bereiche mit hoher und niedriger Festigkeit aufweist. Derartiges Vormaterial kann bei der Herstellung von solchen Bauteilen für den Automobilbau Verwendung finden, die im Crashfall Aufprallenergie aufnehmen und sich dabei kontrolliert verformen sollen, wie z B. eine Crashbox oder ein Längsträger. Die einander abwechselnden streifenförmigen Bereiche unterschiedlicher Festigkeit können im Crashfall ziehharmonikaartig zusammengefaltet werden.
In diesem Zusammenhang hat es sich als bevorzugt erwiesen, wenn mehrere benachbarte streifenförmige erste Abschnitte einen identischen Mitte-Mitte-Abstand aufweisen, so dass es im Crashfall zu einer im Wesentlichen gleichmäßigen Faltenbildung kommen kann. Die streifenförmigen ersten Abschnitte können ferner eine identische Breite aufweisen.
Alternativ können mehrere benachbarte streifenförmige erste Abschnitte derart ausgebildet werden, dass verschiedene Mitte-Mitte-Abstände aufweisen. Über die Wahl verschiedener Mitte-Mitte-Abstände kann ein ungleichmäßiges Faltungsverhalten des Bauteils im Crashfall eingestellt werden. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass einem dritten Bereich des Vormaterials in dem ersten Schritt derart thermische Energie zugeführt wird, dass der dritte Bereich auf eine höhere Temperatur erwärmt wird als der erste Bereich und dass der dritte Bereich in dem zweiten Schritt ebenfalls abgekühlt wird. Auf diese Weise kann in dem dritten Bereich ein höherer Anteil des Materialgefüges in Austenit gewandelt werden als in dem ersten Bereich. Bei dem anschließenden Abkühlen des ersten Bereichs und des dritten Bereichs wird in dem dritten Bereich eine höhere Festigkeit erreicht als in dem ersten Bereich. Insofern ist es möglich, in dem Vormaterial verschiedene Bereiche mit individuell erhöhter Festigkeit zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Vormaterial eine Materialdicke auf und die thermische Energie wird in dem ersten Bereich inhomogen über die Materialdicke verteilt zugeführt. Insofern wird die thermische Energie nicht gleichmäßig über die vollständige Materialdicke verteilt zugeführt, sondern nur ein ausgewählter Teilbereich des Materialquerschnitts wird mit einer erhöhten thermischen Energie beaufschlagt, während ein anderer Teilbereich des Materialquerschnitts gar nicht oder nur wenig mit thermischer Energie beaufschlagt wird. Hierdurch kann ein Bereich in dem Vormaterial erzeugt werden, der einen inhomogen über die Materialdicke verteilten Festigkeitsverlauf aufweist. Das inhomogene Zuführen der Energie erfolgt bevorzugt über einen Laser, wobei ein Maximum der Energieabgabe über eine Optik des Lasers eingestellt werden kann. Die Materialdicke des Vormaterials ist bevorzugt größer als 2 mm, besonders bevorzugt größer als 3 mm.
In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn ein Maximum der zugeführten thermischen Energie in einem Innenbereich, insbesondere in der Mitte, des Vormaterials angeordnet ist, so dass ein erster Bereich erzeugt wird, in welchem die Oberflächen des Vormaterials eine geringere Festigkeit aufweisen als der Innenbereich. Derartig behandelte Bereiche können in einem nachfolgenden Verarbeitungsschritt gebogen und/oder abgekantet werden, wobei die Gefahr eines ungewollten Brechens des Vormaterials verringert ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Vormaterial nach dem Zuführen der thermischen Energie zu dem ersten Bereich durch Kaltwalzen und/oder durch Halbwarmwalzen umgeformt. Als Kaltwalzen soll in diesem Zusammenhang ein Walzen des Vormaterials bei Raumtemperatur verstanden werden. Unter Halbwarmwalzen wird ein Walzen des Vormaterials bei einer gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Halbwarmwalztemperatur verstan- den, wobei die Halbwarmwalztemperatur derart gewählt ist, dass das Vormaterial nicht aus- tenitisiert. Durch den Kontakt des Vormaterials mit den Walzen kann thermische Energie auf die Walzen übertragen werden, so dass die Abkühlung des Vormaterials gefördert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Vormaterial nach dem Zuführen der thermischen Energie zu dem ersten Bereich, insbesondere auf ein Coil, aufgewickelt werden. Beim Aufwickeln können einzelne Lagen des Vormaterials in Kontakt zueinander kommen, so dass die in dem erhitzten ersten Bereich aufgenommene thermische Energie in andere Lagen des Vormaterials abgeführt werden kann. Hierdurch kann das Abkühlen des ersten Bereichs gefördert werden.
Gemäß einer alternativen, bevorzugten Ausgestaltung wird das Vormaterial nach dem Zuführen der thermischen Energie zu dem ersten Bereich durch Pressen, insbesondere in einer Plattenpresse, umgeformt. Beim Pressen kann thermische Energie in ein Presswerkzeug, insbesondere eine Pressplatte, der Presse abgeführt werden, so dass das Abkühlen des Vormaterials unterstützt wird. Besonders bevorzugt wird das Presswerkzeug, insbesondere die Pressplatte aktiv gekühlt.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn das Vormaterial in einem auf den zweiten Schritt folgenden, dritten Schritt beschichtet wird. Durch das dem Aufheizen und Abkühlen des ersten Bereichs nachfolgende Beschichten, kann die Oberfläche des Vormaterials vor Korrosion und/oder vor äußeren Einflüssen geschützt werden, ohne das eine Beeinflussung der Beschichtung durch das Aufheizen und Abkühlen befürchtet werden muss. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Vormaterial elektrolytisch beschichtet wird, beispielsweise elektrolytisch verzinkt wird. Alternativ kann das Vormaterial feuerbeschichtet, insbesondere feuerverzinkt, werden.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe trägt ferner eine Vorrichtung zur Herstellung eines Vormaterials für die Herstellung von metallischen Bauteilen mit Bereichen unterschiedlicher Festigkeit bei, umfassend:
- eine Energiezuführeinrichtung zur Zuführung thermischer Energie zu dem Vormaterial, welches unbeschichtet ist, in einem ersten Bereich, so dass sich der erste Bereich erwärmt und das Materialgefüge in dem ersten Bereich zumindest teilweise in Auste- nit gewandelt wird, während einem zweiten Bereich des Vormaterials keine thermische Energie zugeführt wird, und
- eine Abkühlvorrichtung zur Abkühlung des ersten Bereichs, so dass das Materialgefüge in dem ersten Bereich zumindest teilweise in Martensit gewandelt wird. Bei der Vorrichtung können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden sind.
Bevorzugt weist die Energiezuführeinrichtung einen Laser oder eine Induktionsspule auf.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung eine Fördereinrichtung zum Fördern des Vormaterials in einer Transportrichtung auf. Bevorzugt sind mehrere Energiezuführeinrichtungen vorgesehen, welche entlang einer quer, insbesondere senkrecht, zu der Transportrichtung angeordneten Querrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind, so dass das Vormaterial an den Energiezuführeinrichtungen vorbeigeführt werden kann. Besonders bevorzugt sind mehrere Abkühlvorrichtungen vorgesehen, welche ebenfalls entlang einer Querrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Abkühlvorrichtungen sind bevorzugt derart angeordnet, dass das entlang der Transportrichtung geförderte Vormaterial zuerst an den Energiezuführeinrichtungen und danach an den Abkühlvorrichtungen vorbeigeführt wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Die Zeichnung illustriert dabei lediglich eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränkt.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung eines Vormaterials zur Herstellung von metallischen Bauteilen mit Bereichen unterschiedlicher Festigkeit in einer perspektivischen Darstellung.
Ausführungsformen der Erfindung
In der Figur 1 ist beispielhaft eine Vorrichtung 1 dargestellt, mittels welcher Vormaterialien 10 für metallische Bauteile mit Bereichen unterschiedlicher Festigkeit für den Automobilbau hergestellt werden.
Als Ausgangsmaterial wird der Vorrichtung 1 ein unbeschichtetes Vormaterial 10, vorzugsweise aus einem Stahlwerkstoff, besonders bevorzugt aus einem Mangan-Bor-Stahl, zugeführt, welches bandförmig ausgebildet ist. Bei dem Vormaterial 10 kann es sich um Warm- band oder Kaltband handeln. Das Vormaterial 10 wird auf einem Coil 2 aufgewickelt bereitgestellt. Bei der Verarbeitung wird das Vormaterial 10 von dem Coil 2 abgewickelt und über eine nicht dargestellte Fördereinrichtung in einer Transportrichtung T gefördert.
Das Vormaterial 10 wird mittels der Fördereinrichtung zunächst an mehrere Energiezuführeinrichtungen 3 vorbeigeführt, über welche einem ersten Bereich 5 des Vormaterials 10 thermische Energie zugeführt wird. Infolge der Zuführung der thermischen Energie erwärmt sich der erste Bereich 5 über die Ac1 -Temperatur des Vormaterials 10, bevorzugt über die Ac3-Temperatur des Vormaterials 10 und das Materialgefüge in dem ersten Bereich 5 wandelt sich zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in Austenit um. Die Energiezuführeinrichtungen 3 bringen die thermische Energie ausschließlich in den ersten Bereich 5 des Vormaterials 10 ein. Ein zweiter Bereich 6 des Vormaterials 10, welcher beim Vorbeiführen des Vormaterials 10 an den Energiezuführeinrichtungen 3 nicht in den Einflussbereich der Energiezuführeinrichtungen 3 gelangt, wird nicht mit thermischer Energie beaufschlagt. Das bedeutet, dass in dem zweiten Bereich - im Gegensatz zu dem ersten Bereich - keine Wandlung des Materialgefüges in Austenit eintritt.
Die Energiezuführeinrichtungen 3 sind voneinander beabstandet auf einer Geraden angeordnet, die entlang einer Querrichtung Q verläuft, welche senkrecht zu der Transportrichtung T angeordnet ist. Die Energiezuführeinrichtungen 3 weisen jeweils einen Laser oder eine Induktionsspule auf. Durch die beabstandete Anordnung der Energiezuführeinrichtungen 3 wird ein erster Bereich 5 erzeugt, welcher streifenförmige erste Abschnitte 5.1 , 5.2 aufweist, die jeweils durch einen streifenförmigen zweiten Abschnitt 6.1 des zweiten Bereichs 6 voneinander getrennt sind. In dem Ausführungsbeispiel weisen benachbarte streifenförmige erste Abschnitte 5.1 , 5.2 verschiedene Mitte-Mitte-Abstände auf. In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels, in welchem die Energiezuführvorrichtungen 3 durch identische Abstände getrennt sind, können streifenförmige Abschnitte des ersten Bereichs 5 erzeugt werden, die identische Mitte-Mitte-Abstände aufweisen.
Nachdem das Vormaterial 10 an den Energiezuführeinrichtungen 3 vorbeigeführt wurde, wird das Vormaterial 10 an mehreren Abkühlvorrichtungen 4 vorbeigeführt. Mittels der Abkühlvor- richtungen 4 wird der erwärmte erste Bereich 5 des Vormaterials 10 derart abgekühlt, dass sich das Materialgefüge in dem ersten Bereich zumindest teilweise in Martensit wandelt. Somit wird ein erster Bereich 5 erhalten, der eine gegenüber dem zweiten Bereich 6 erhöhte Festigkeit aufweist. Die Abkühlvorrichtungen 4 sind voneinander beabstandet auf einer Geraden angeordnet, die entlang einer Querrichtung Q verläuft, welche senkrecht zu der Transportrichtung T angeordnet ist. Die Abstände der Abkühlvorrichtungen 4 sind derart gewählt, dass ein Abschnitt 5.1 , 5.2 des ersten Bereichs 5 nach dem Erwärmen durch eine Energiezuführvorrichtung 3 einer Abkühlvorrichtung 4 zugeführt wird. Über die Abkühlvorrichtungen 4 wird ein gasförmiges und/oder flüssiges Kühlmedium auf das Vormaterial 10, insbesondere den ersten Bereich 5 des Vormaterials 10, aufgebracht.
Insofern wird das unbeschichtete Vormaterial 10 in dem ersten Bereich 5 gehärtet, wobei der zweite Bereich 6 nicht gehärtet wird und seine ursprüngliche Festigkeit im Wesentlichen beibehält. Eine Erwärmung des zweiten Bereichs 6 ist nicht erforderlich.
Im Anschluss an das vorstehend beschriebene bereichsweise Härten wird das Vormaterial 10 kaltgewalzt und/oder halbwarmgewalzt. Zudem wird das Vormaterial 10 beschichtet (verzinkt), beispielsweise durch ein elektrolytisches Beschichtungsverfahren oder Feuerbeschichten.
Gemäß einer Abwandlung des in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels wird die thermische Energie über mehrere Energiezuführvorrichtungen 3 derart unterschiedlich eingebracht, dass in einem dritten Bereich eine höhere Temperatur erreicht wird als in dem ersten Bereich 5. In dem ersten Bereich kann eine Temperatur zwischen der Ac1 -Temperatur und der Ac3-Temperatur und in dem dritten Bereich eine Temperatur über der Ac3-Temperatur des Vormaterials 1 eingestellt werden. In dem dritten Bereich wird daher ein höherer Anteil des Gefüges austenitisiert als in dem ersten Bereich 5. Über die Abkühlvorrichtungen 4 wird sowohl der erste Bereich 5 als auch der dritte Bereich abgekühlt, so dass in dem ersten Bereich 5 und in dem dritten Bereich ein martensitisches Materialgefüge ausgebildet wird, wobei der dritte Bereich eine gegenüber dem ersten Bereich erhöhte Festigkeit aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann die thermische Energie in dem ersten Bereich und/oder in dem dritten Bereich inhomogen über die Materialdicke des Vormaterials 10 verteilt zugeführt werden. Hierdurch kann ein inhomogen über die Materialdicke verteilter Festigkeitsverlauf erzeugt werden. Das Zuführen der Energie erfolgt dabei bevorzugt über einen Laser, wobei ein Maximum der Energieabgabe über eine Optik des Lasers eingestellt werden kann. Beispielsweise kann der Laser derart fokussiert werden, dass ein Maximum der zugeführten thermischen Energie in einem Innenbereich des Vormaterials angeordnet ist. Dabei wird ein erster Bereich und/oder dritter Beriech erzeugt, in welchem die Oberflächen des Vormaterials eine geringere Festigkeit aufweisen als der Innenbereich.
Gemäß einer weiteren Abwandlung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels wird ein Vormaterial 10 verwendet, welches als unbeschichtete Formplatine ausgestaltet ist.
Bezugszeichenliste
1 Herstellungsvorrichtung
2 Coil
3 Energiezuführeinrichtung
4 Abkühlvorrichtungen
5 erster Bereich
5.1 erster Abschnitt des ersten Bereichs
5.2 zweiter Abschnitt des ersten Bereichs
6 zweiter Bereich
6.1 Abschnitt des zweiten Bereichs
10 Vormaterial
Querrichtung
Transportrichtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Verfahren zur Herstellung eines Vormaterials (10) für die Herstellung von metallischen Bauteilen mit Bereichen (5, 6) unterschiedlicher Festigkeit, wobei
- in einem ersten Schritt einem ersten Bereich (5) des Vormaterials (10), welches unbeschichtet bereitgestellt wird, thermische Energie zugeführt wird, so dass sich der erste Bereich (5) erwärmt und das Materialgefüge in dem ersten Bereich (5) zumindest teilweise in Austenit gewandelt wird, während einem zweiten Bereich (6) des Vormaterials keine thermische Energie zugeführt wird, und
- in einem auf den ersten Schritt folgenden, zweiten Schritt der erste Bereich (5) abgekühlt wird, so dass das Materialgefüge in dem ersten Bereich (5) zumindest teilweise in Martensit gewandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die thermische Energie über einen Laser oder eine Induktionsspule zugeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Bereich (5) streifenförmig ausgebildet ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Bereich (5) mehrere, streifenförmige Abschnitte (5.1 , 5.2) aufweist, die jeweils durch einen streifenförmigen Abschnitt (6.1 ) des zweiten Bereichs (6) voneinander getrennt sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei mehrere benachbarte streifenförmige erste Abschnitte (5.1 , 5.2) einen identischen Mitte-Mitte-Abstand aufweisen.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei mehrere benachbarte streifenförmige erste Abschnitte (5.1 , 5.2) verschiedene Mitte-Mitte-Abstände aufweisen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einem dritten Bereich des Vormaterials in dem ersten Schritt derart thermische Energie zugeführt wird, dass der dritte Bereich auf eine höhere Temperatur erwärmt wird als der erste Bereich (5) und dass der dritte Bereich in dem zweiten Schritt ebenfalls abgekühlt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vormaterial (10) eine Materialdicke aufweist und die thermische Energie in dem ersten Bereich (5) inhomogen über die Materialdicke verteilt zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein Maximum der zugeführten thermischen Energie in einem Innenbereich des Vormaterials (10) angeordnet ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vormaterial (10) nach dem Zuführen der thermischen Energie zu dem ersten Bereich (5) durch Kaltwalzen und/oder durch Halbwarmwalzen umgeformt wird.
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vormaterial(10) nach dem Zuführen der thermischen Energie zu dem ersten Bereich (5) durch Pressen, insbesondere in einer Plattenpresse, umgeformt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vormaterial in einem auf den zweiten Schritt folgenden, dritten Schritt beschichtet wird.
13. Vorrichtung zur Herstellung eines Vormaterials (10) für die Herstellung von metallischen Bauteilen mit Bereichen (5, 6) unterschiedlicher Festigkeit, umfassend:
- eine Energiezuführeinrichtung (3) zur Zuführung thermischer Energie zu dem Vormaterial (10), welches unbeschichtet ist, in einem ersten Bereich (5), so dass sich der erste Bereich (5) erwärmt und das Materialgefüge in dem ersten Bereich (5) zumindest teilweise in Austenit gewandelt wird, während einem zweiten Bereich (6) des Vormaterials (10) keine thermische Energie zugeführt wird, und
- eine Abkühlvorrichtung (4) zur Abkühlung des ersten Bereichs (5), so dass das Materialgefüge in dem ersten Bereich (5) zumindest teilweise in Martensit gewandelt wird.
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