WO2017144217A1 - Wärmebehandlungsverfahren und wärmebehandlungsvorrichtung - Google Patents

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WO2017144217A1
WO2017144217A1 PCT/EP2017/051511 EP2017051511W WO2017144217A1 WO 2017144217 A1 WO2017144217 A1 WO 2017144217A1 EP 2017051511 W EP2017051511 W EP 2017051511W WO 2017144217 A1 WO2017144217 A1 WO 2017144217A1
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temperature
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furnace
heat treatment
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Frank WILDEN
Jörg Winkel
Andreas Reinartz
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Schwartz Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for targeted
  • Ratio of strength to weight include in particular A and B pillars, side impact protection in doors, sills, frame parts,
  • Bumper cross member for floor and roof, front and rear
  • the raw ka rosse with a safety cage usually consists of a hardened steel sheet with about 1, 500 MPa strength. In many cases Al-Si-coated steel sheets are used. For the production of a component from hardened steel sheet the process of the so-called press hardening was developed. This steel sheets are first on
  • Warmed austenitemperatur then placed in a press tool, quickly formed and rapidly through the water-cooled tool to less than
  • Impact can therefore not be sufficiently converted into deformation heat.
  • components with high strength are basically desirable in order to obtain components of high mechanical strength with low weight.
  • high-strength components should be able to have partially soft regions, thus achieving the desired, partially increased deformability in the event of a crash. This is the only way to reduce the kinetic energy of an impact and minimize the acceleration forces on the occupants and the rest of the vehicle.
  • modern joining methods require de-consolidated points, which allow the joining of identical or different materials. Often, for example, crimping or riveting joints have to be used, which presuppose deformable areas in the component.
  • Soft edge regions of the component also allow a contour cut already in the tool and can thus lapse the laborious laser cutting.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device for targeted component zone-specific heat treatment of a steel component, wherein regions of different hardness and ductility can be achieved, in which the influence on the cycle time of the entire heat treatment apparatus is minimized.
  • this object is achieved by a method having the features of independent claim 1.
  • Advantageous developments of the method will become apparent from the dependent claims 2 to 8.
  • the object is further achieved by a device according to claim 9.
  • Advantageous embodiments of the device will become apparent from the subclaims 10 to 17.
  • Heat treatment of a steel component wherein in the steel component in one or more first areas a predominantly austenitic microstructure is adjustable from the quenching a majority martensitic microstructure can be displayed, and in one or more second areas a majority ferritic-perlitic microstructure is adjustable, and in one or more third areas
  • bainitic microstructure is adjustable, is characterized in that the steel component is first heated in a first furnace to a temperature below the AC3 temperature, the steel component then in a
  • Treatment station is transferred, wherein it can cool during the transfer, and in the treatment station, the one or more first regions and the one or more third portions of the steel component within a residence time t 151 heated to a temperature above the AC3 temperature, wherein then the or the third areas of the steel component on the
  • Steel component is transferred to a second furnace in which the steel component at a temperature below the austen iteration temperature remains until sufficient bainitic structure has been formed in the third or the third areas.
  • a heat treatment apparatus has a first furnace for heating a steel component to a temperature below the AC3 temperature, a treatment station and a second furnace, wherein the
  • Treatment station a device for rapid heating of the first and third areas and a device for rapid cooling of one or more third Has areas of the steel component and the second furnace has a means for introducing heat.
  • the heat supply in the second furnace is achieved by thermal radiation.
  • a steel component is first placed in an oven until below the
  • Treatment of different areas in a treatment station Treatment of different areas in a treatment station:
  • the first or the first areas are first
  • the areas irradiated by the laser are defined in a preferred embodiment by vertical as possible to the component surface arranged channel walls exactly.
  • the first area (s) are then subjected to no further special treatment in the treatment station, i. they are neither blown nor heated or cooled by other special measures.
  • the first or the first areas cool slowly in the treatment station, for example, via natural convection and radiation. It has proven to be advantageous if in the treatment station measures for the
  • Such measures can be, for example, the attachment of heat radiation reflectors and / or the isolation of surfaces of the treatment station in the region of the first or the first regions.
  • the second area or the second areas are in the
  • Treatment station subjected to any special treatment ie they are not blown or heated by other special measures or cooled.
  • the second or the second areas cool slowly in the treatment station, for example, via natural convection and radiation. It has proved to be advantageous if measures for reducing the temperature losses of the second or the second regions are made in the treatment station. Such measures may be, for example, the attachment of heat radiation reflectors and / or the isolation of surfaces of the treatment station in the region of the second and the second regions.
  • the second or the second areas were not fully austenitized during the course of the process and have low strength values similar to those after being pressed in a subsequent press hardening process
  • the third area (s) are first brought to a temperature above AC3 within a few seconds, for example with the aid of a high-power laser, so that the structure is transformed as completely as possible into austenite.
  • the areas irradiated by the laser are defined in a preferred embodiment by vertical as possible to the component surface arranged channel walls exactly.
  • Embodiment of an apparatus for blowing the third or the third areas may, for example, have one or more nozzles.
  • the blowing of the third or the third areas is carried out by blowing with a
  • the device in an advantageous Embodiment one or more nebulizing nozzles.
  • the heat removal from or out of the third regions is increased.
  • the third area or the third areas have one
  • the treatment time t 152 usually moves in the range of a few seconds.
  • Treatment station which may also have a positioning device to ensure the accurate positioning of the different areas, transported in a second oven, which preferably has no special devices for different treatment of the different areas.
  • a positioning device to ensure the accurate positioning of the different areas, transported in a second oven, which preferably has no special devices for different treatment of the different areas.
  • Clearly contoured boundaries have already been realized in the treatment center.
  • Embodiment will only require one oven temperature>, i. a substantially homogeneous temperature throughout the furnace chamber, set below the
  • Austenitizing temperature AC3 is. The temperatures of the individual areas approach each other and the small temperature difference between the areas minimizes distortion of the components. As small as possible
  • a continuous furnace is provided as the first furnace.
  • Continuous furnaces usually have a large capacity and are particularly well suited for mass production, since they can be fed and operated without much effort. But even a batch oven, such as a chamber oven, can be used as the first oven.
  • the second furnace is a continuous furnace. If both first and second furnaces are designed as continuous furnaces, the necessary residence times for the first or second regions can be realized as a function of the length of the component via the adjustment of the conveying speed and the design of the respective furnace length. An influencing of the cycle time of the entire production line with heat treatment device and press for a subsequent press hardening is thus avoidable.
  • the second oven is a batch oven
  • a chamber furnace for example, a chamber furnace.
  • the treatment station has a
  • the device for rapid heating of one or more third areas of the steel component.
  • the device has one or more high-power lasers for irradiating the third region or regions of the steel component.
  • a clear lens for irradiating the third region or regions of the steel component.
  • the treatment station has a
  • the device for rapid cooling of one or more third areas of the steel component.
  • the device has a nozzle for blowing the third or the third region of the steel component with a gaseous fluid, for example air or a protective gas such as
  • the device has one or more nebulizing nozzles. By blowing with the gaseous fluid mixed with water, the heat removal from or out of the third regions is increased.
  • the third or the third regions are cooled via heat conduction and contact cooling, for example by contacting them with one or more punches
  • the stamp of a good heat conducting material be prepared and / or tempered directly or indirectly.
  • a combination of the types of cooling is conceivable.
  • Heat treatment device can be stamped steel components with one or more first, second and / or third areas, which can also be complex shaped, economically a corresponding temperature profile, since the different areas contour sharp very quickly to the necessary
  • Heat treatment apparatus possible to set almost any number of the three different areas, with different third areas also still can, if necessary, achieve different strength values.
  • the selected geometry of the sections is freely selectable. Dot or line areas are as well as e.g. large areas representable. The location of the areas is irrelevant. The individual areas may be completely enclosed by other areas, or located at the edge of the steel component. Even a full-surface treatment is conceivable. A special
  • Orientation of the steel component to the passage direction is for the purpose of
  • Heat treatment of a steel component is not required.
  • a limitation of the number of simultaneously treated steel components is at most by the
  • Warme harmonysan Siemens can be adapted to the inventive method.
  • a conventional heat treatment device with only one oven behind this only the treatment station and the second oven must be installed.
  • the existing furnace it is also possible to divide this, so that from the original one furnace, the first and the second furnace arise.
  • Fig. 2 shows a thermal heat treatment apparatus according to the invention in a plan view as a schematic drawing
  • Fig. 3 shows a further inventive thermal heat treatment apparatus in a plan view as a schematic drawing
  • FIG. 4 shows a further inventive thermal heat treatment device in a plan view as a schematic drawing
  • Fig. 5 shows another thermal treatment device according to the invention in a plan view as a schematic drawing
  • FIG. 6 shows a further inventive thermal heat treatment device in a plan view as a schematic drawing.
  • 7 shows a further inventive thermal heat treatment device in a plan view as a schematic drawing
  • FIG. 1 shows a typical temperature curve in the heat treatment of a steel component 200 having a first region 210, a second region 220 and a third region 230 according to the inventive method.
  • the respective areas may be multiple, i. there may be multiple first regions 210, multiple second regions 220, and multiple third regions 230, with any combinations of region numbers being possible.
  • the steel component 200 is in the first furnace 1 10 according to the schematically drawn
  • a first region 210 and a third region 230 of the steel component 200 are rapidly transferred by means of laser radiation
  • Heated austenitizing AC3 wherein the second portion 220 according to the plotted course $ 220, 151 and # 220, 152 loses heat. This happens within a few seconds.
  • the third region 230 is rapidly cooled to the desired cooling stop temperature ⁇ 5 in accordance with the plotted temperature profile O230, 152. It can the
  • Abkühlstopptemperatur s be different between the individual partial surfaces of the third regions 230, if variable within a component
  • Cooling of the third region 230 can take place, for example, by blowing with a gaseous fluid.
  • the blowing ends at the end of the cooling time t 152 , which is only a few seconds depending on the thickness of the steel component 200.
  • the third area 230 has now reached the cooling stop temperature ⁇ 5 .
  • the temperature of the first region 210 and also of the second region 220 is in the Treatment station 150 according to the plotted temperature profile $ 210,152 or $ 220,151, ⁇ 220,152 fallen.
  • the steel component 200 After expiration of the residence time t 150 in the treatment station 150, the steel component 200 is transferred to the second furnace 130 during the transfer time t 12 2.
  • the temperature of the first region 210 of the steel component 200 changes according to the schematically drawn temperature profile $ 210, 130 during the residence time t 130 .
  • the temperature of the second region 220 of the steel component 200 also behaves according to the plotted temperature profile $ 220, 130 during the residence time t 130 , wherein they do not reach the AC3 temperature.
  • the temperature of the third region 230 of the steel component 200 also behaves in accordance with FIG.
  • Press hardening tool 160 which is installed in a press, not shown, to be transferred.
  • Clearly contoured delimitations can be realized between the areas 210, 220, 230, and due to the small difference in temperature, the distortion of the steel component 200 is minimized. Small spreads in the temperature level of the
  • Steel component 200 has an advantageous effect in the further processing in the
  • the necessary residence time t 130 of the steel component 200 in the second furnace 130 can be realized depending on the length of the steel component 200 via the setting of the conveying speed and the design of the length of the second furnace 130. An influence on the cycle time of the Heat treatment device 100 is thus minimized, it can even be completely avoided.
  • FIG. 2 shows a heat treatment device 100 according to the invention in a 90 ° arrangement.
  • the heat treatment device 100 has a loading station 101, via which steel components are fed to the first furnace 110. Furthermore, the heat treatment device 100, the treatment station 150 and in
  • Main flow direction D behind arranged the second furnace 130 is a removal station 140, which is equipped with a positioning device (not shown).
  • Main flow direction now bends substantially 90 ° to a
  • a container 161 is arranged, can be spent in the rejects.
  • the first furnace 110 and the second furnace 130 are at this
  • FIG. 3 shows a heat treatment apparatus 100 according to the invention in a straight arrangement.
  • the heat treatment device 100 has a loading station 101, via which steel components are fed to the first furnace 110. Furthermore, the heat treatment device 100, the treatment station 150 and in
  • Main flow direction D behind arranged the second furnace 130 Next in the main flow direction D arranged behind it is a removal station 140, which is equipped with a positioning device (not shown). Further, in a further straight main flow direction, a press hardening tool 160 follows in a press (not shown) in which the steel component 200 is press-hardened. in the
  • a container 161 is arranged, can be spent in the rejects.
  • the first furnace 110 and the second furnace 130 are also preferably designed as continuous furnaces, for example roller hearth furnaces, in this arrangement.
  • Fig. 4 shows a further variant of an inventive
  • Heat treatment apparatus 100 The heat treatment apparatus 100 again has a loading station 101, via which steel components are fed to the first furnace 110.
  • the first furnace 1 10 is again preferably designed as a continuous furnace in this embodiment.
  • the heat treatment apparatus 100 has the treatment station 150, which in this embodiment is combined with a removal station 131.
  • the removal station 140 may have, for example, a gripping device (not shown).
  • the steel components 200 are removed from the first furnace 110, for example by means of the gripping device.
  • the heat treatment of the second or the second regions 220 and / or the third or the third regions 230 is performed and the steel component or the steel components 200 are in a substantially 90 ° to the axis of the first furnace 1 10
  • This second oven 130 is in this
  • Embodiment preferably as a chamber furnace, for example, with a plurality of chambers provided.
  • the steel components 200 are removed via the removal station 140 from the second furnace 130 and placed in an opposite, in a press (not shown) installed press hardening tool 160.
  • the removal station 140 may have a positioning device (not shown).
  • a container 161 is arranged in the main flow direction D behind the removal station 140, can be spent in the rejects.
  • the main flow direction D describes at this
  • Embodiment a deflection of substantially 90 °.
  • the Ent Spotifystationl 40 provides for the transfer of the steel member 200 from the first furnace 1 10 in the second furnace 130 and in the press-hardening tool 160 and in the container 161st Also in this embodiment, the position of the press-hardening tool 160 and container 161 can be reversed, as seen in FIG.
  • the Ent Spotifystationl 40 provides for the transfer of the steel member 200 from the first furnace 1 10 in the second furnace 130 and in the press-hardening tool 160 and in the container 161st Also in this embodiment, the position of the press-hardening tool 160 and container 161 can be reversed, as seen in FIG.
  • a heat treatment device according to FIG. 6 is suitable: In comparison to the embodiment shown in FIG. 4, the second furnace 130 is offset in a second plane above the first furnace 110. Also in this embodiment, the treatment of the first or the first areas 210 and
  • first furnace 1 10 as a continuous furnace and the second furnace 130 as a chamber furnace, possibly with multiple chambers.
  • FIG. 7 shows a final embodiment of the invention
  • Heat treatment device shown schematically. Compared to the embodiment shown in FIG. 6, the positions of the press-hardening tool 160 and the container 161 are reversed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gezielten bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines Stahlbauteils. In einem oder mehreren ersten Bereichen des Stahlbauteils ist ein vorrangig austenitisches Gefüge einstellbar, aus dem durch Abschrecken ein mehrheitlich martensitisches Gefüge darstellbar ist. In einem oder mehreren zweiten Bereichen des Stahlbauteils ist ein mehrheitlich ferritisch-perlitisches Gefüge darstellbar. In einem oder mehreren dritten Bereichen ist ein mehrheitlich bainitisches Gefüge darstellbar. Dazu wird das Stahlbauteil zunächst in einem ersten Ofen auf eine Temperatur unterhalb der AC3- Temperatur aufgeheizt, das Stahlbauteil anschließend in eine Behandlungsstation transferiert, wobei es während des Transfers abkühlen kann. In der nachfolgenden Behandlungsstation werden die ein oder mehreren ersten Bereiche, sowie die ein oder mehreren dritten Bereiche des Stahlbauteils innerhalb einer Verweilzeit t151 auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungtemperatur gebracht. Anschießend werden nur die ein oder mehreren dritten Bereiche auf eine Abkühlstopptemperatur ϑS abgekühlt. Anschließend wird das Stahlbauteil in einen zweiten Ofen transferiert, dessen Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur liegt. Dort nähern sich die Temperaturen der drei unterschiedlichen Bereiche einander an.

Description

Wärmebehandlungsverfahren und Wärmebehandlungsvorrichtung Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gezielten
bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines Stahlbauteils.
In der Technik besteht bei vielen Anwendungsfällen in unterschiedlichen Branchen der Wunsch nach hochfesten Metallblechteilen bei geringem Teilegewicht.
Beispielsweise ist es in der Fahrzeugindustrie das Bestreben, den
Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen zu reduzieren und den CO2-Ausstoß zu senken, dabei aber gleichzeitig die Insassensicherheit zu erhöhen. Es besteht daher ein stark zunehmender Bedarf an Karosseriebauteilen mit einem günstigen
Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Zu diesen Bauteilen gehören insbesondere A- und B-Säulen, Seitenaufprallschutzträger in Türen, Schweller, Rahmenteile,
Stoßstangenfänger, Querträger für Boden und Dach, vordere und hintere
Längsträger. Bei modernen Kraftfahrzeugen besteht die Roh ka rosse mit einem Sicherheitskäfig üblicherweise aus einem gehärteten Stahlblech mit ca. 1 .500MPa Festigkeit. Dabei werden vielfach Al-Si-beschichtete Stahlbleche verwendet. Zur Herstellung eines Bauteils aus gehärtetem Stahlblech wurde der Prozess des so genannten Presshärtens entwickelt. Dabei werden Stahlbleche zuerst auf
Austenittemperatur erwärmt, dann in ein Pressenwerkzeug gelegt, schnell geformt und durch das wassergekühlte Werkzeug zügig auf weniger als
Martensitstarttemperatur abgeschreckt. Dabei entsteht hartes, festes
Martensitgefüge mit ca. 1 .SOOMPa Festigkeit. Ein solcherart gehärtetes Stahlblech weist aber nur eine geringe Bruchdehnung auf. Die kinetische Energie eines
Aufpralls kann deshalb nicht ausreichend in Verformungswärme umgesetzt werden. Für die Automobilindustrie ist es daher wünschenswert, Karosseriebauteile herstellen zu können, die mehrere unterschiedliche Dehnungs- und Festigkeitszonen im Bauteil aufweisen, so dass eher feste Bereiche (im Folgenden erste Bereiche) einerseits, maximal dehnfähige Bereiche (im Folgenden zweite Bereiche) andererseits und zusätzlich einstellbar dehnfähige Bereiche (im Folgenden dritte Bereiche) in einem Bauteil vorliegen. Einerseits sind Bauteile mit hoher Festigkeit grundsätzlich wünschenswert, um mechanisch hoch belastbare Bauteile mit geringem Gewicht zu erhalten. Auf der anderen Seite sollen auch hochfeste Bauteile partiell weiche Bereiche haben können, womit die gewünschte, partiell erhöhte Deformierbarkeit im Crashfall erreicht wird. Nur damit kann die kinetische Energie eines Aufpralls abgebaut werden und so die Beschleunigungskräfte auf Insassen und das übrige Fahrzeug minimiert werden. Zudem erfordern moderne Fügeverfahren entfestigte Stellen, die das Fügen artgleicher oder unterschiedlicher Materialien ermöglichen. Oft müssen beispielsweise Falz- Crimp- oder Nietverbindungen zum Einsatz kommen, die verformbare Bereiche im Bauteil voraussetzen.
Weiche Randbereiche des Bauteils erlauben zudem einen Konturbeschnitt bereits im Werkzeug und können somit den aufwändigen Laserbeschnitt hinfällig werden lassen.
Dabei sollten die allgemeinen Ansprüche an eine Produktionsanlage weiterhin beachtet sein: so sollte es zu keiner Taktzeiteinbuße an der Presshärteanlage kommen, die Gesamtanlage sollte uneingeschränkt allgemein verwendet und schnell produktspezifisch umgerüstet werden können. Der Prozess sollte robust und wirtschaftlich sein und die Produktionsanlage nur minimalen Platz benötigen. Die Form und Kantengenauigkeit des Bauteils sollte hoch sein. Bei allen bekannten Verfahren erfolgt die gezielte Wärmebehandlung des Bauteils in einem zeitintensiven Behandlungsschritt, der wesentlichen Einfluss auf die Taktzeit der gesamten Wärmebehandlungsvorrichtung hat.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gezielten bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines Stahlbauteils anzugeben, wobei Bereiche unterschiedlicher Härte und Duktilität erzielbar sind, bei dem der Einfluss auf die Taktzeit der gesamten Wärmebehandlungsvorrichtung minimiert ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 8. Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 10 bis 17.
Das erfinderische Verfahren zur gezielten bauteilzonenindividuellen
Wärmebehandlung eines Stahlbauteils, wobei in dem Stahlbauteil in einem oder mehreren ersten Bereichen ein vorrangig austenitisches Gefüge einstellbar ist, aus dem durch Abschrecken ein mehrheitlich martensitisches Gefüge darstellbar ist, und in einem oder mehreren zweiten Bereichen ein mehrheitlich ferritisch-perlitisches Gefüge einstellbar ist, sowie in einem oder mehreren dritten Bereichen ein
mehrheitlich bainitisches Gefüge einstellbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlbauteil zunächst in einem ersten Ofen auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur aufgeheizt wird, das Stahlbauteil anschließend in eine
Behandlungsstation transferiert wird, wobei es während des Transfers abkühlen kann, und in der Behandlungsstation die ein oder mehreren ersten Bereiche und die ein oder mehreren dritten Bereiche des Stahlbauteils innerhalb einer Verweilzeit t151 auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur aufgeheizt werden, wobei anschließend der oder die dritten Bereiche des Stahlbauteils auf die
Abkühlstopptemperatur Os abgekühlt werden und wobei anschließend das
Stahlbauteil in einen zweiten Ofen transferiert wird, in dem das Stahlbauteil bei einer Temperatur unterhalb der Austen itisierungstemperatur verbleibt, bis ausreichend bainitisches Gefüge in dem oder den dritten Bereichen ausgebildet wurde.
Eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsvorrichtung weist dazu einen ersten Ofen zur Aufheizung eines Stahlbauteils auf eine Temperatur unterhalb der AC3- Temperatur, eine Behandlungsstation und einen zweiten Ofen auf, wobei die
Behandlungsstation eine Vorrichtung zum schnellen Aufheizen der ersten und dritten Bereiche sowie eine Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer dritter Bereiche des Stahlbauteils aufweist und der zweite Ofen über eine Einrichtung zur Einbringung von Wärme aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Wärmezufuhr im zweiten Ofen über Wärmestrahlung erreicht.
Ein Stahlbauteil wird zunächst in einen Ofen bis unterhalb der
Austenitisierungstemperatur erwärmt. Danach erfolgt die unterschiedliche
Behandlung der verschiedenen Bereiche in einer Behandlungsstation:
In der Behandlungsstation werden der oder die ersten Bereiche zunächst
beispielsweise mit Hilfe eines Hochleistungslasers innerhalb weniger Sekunden auf eine Temperatur oberhalb AC3 gebracht, damit sich das Gefüge möglichst vollständig in Austenit verwandelt. Die durch den Laser bestrahlten Bereiche werden in einer bevorzugten Ausführungsform durch möglichst vertikal zur Bauteiloberfläche angeordnete Kanalwände exakt definiert.
Der erste Bereich beziehungsweise die ersten Bereiche werden daraufhin in der Behandlungsstation keiner weiteren besonderen Behandlung unterzogen, d.h. sie werden weder angeblasen noch über andere besonderen Maßnahmen beheizt oder gekühlt. Der beziehungsweise die ersten Bereiche kühlen in der Behandlungsstation beispielsweise über natürliche Konvektion und Abstrahlung langsam ab. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Behandlungsstation Maßnahmen für die
Verringerung der Temperaturverluste des ersten beziehungsweise der ersten Bereiche getroffen sind. Solche Maßnahmen können beispielsweise das Anbringen von Wärmestrahlungsreflektoren und/oder das Isolieren von Oberflächen der Behandlungsstation im Bereich des ersten beziehungsweise der ersten Bereiche sein. Der zweite Bereich beziehungsweise die zweiten Bereiche werden in der
Behandlungsstation keiner besonderen Behandlung unterzogen, d.h. sie werden weder angeblasen noch über andere besonderen Maßnahmen beheizt oder gekühlt. Der beziehungsweise die zweiten Bereiche kühlen in der Behandlungsstation beispielsweise über natürliche Konvektion und Abstrahlung langsam ab. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Behandlungsstation Maßnahmen für die Verringerung der Temperaturverluste des zweiten beziehungsweise der zweiten Bereiche getroffen sind. Solche Maßnahmen können beispielsweise das Anbringen von Wärmestrahlungsreflektoren und/oder das Isolieren von Oberflächen der Behandlungsstation im Bereich des zweiten beziehungsweise der zweiten Bereiche sein. Der zweite oder die zweiten Bereiche wurden während des Verfahrensablaufs nicht vollständig austenitisiert und weisen auch nach einem Abpressen in einem nachfolgenden Presshärteverfahren geringe Festigkeitswerte ähnlich den
ursprünglichen Festigkeiten des unbehandelten Stahlbauteils auf. In der Behandlungsstation werden der oder die dritten Bereiche zunächst beispielsweise mit Hilfe eines Hochleistungslasers innerhalb weniger Sekunden auf eine Temperatur oberhalb AC3 gebracht, damit sich das Gefüge möglichst vollständig in Austenit verwandelt. Die durch den Laser bestrahlten Bereiche werden in einer bevorzugten Ausführungsform durch möglichst vertikal zur Bauteiloberfläche angeordnete Kanalwände exakt definiert.
Sofort danach erfolgt eine möglichst rasche Abkühlung des dritten oder der dritten Bereiche innerhalb einer Behandlungszeit t152. Die schnelle Abkühlung des dritten oder der dritten Bereiche erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform des
Verfahrens durch Anblasen mit einem gasförmigen Fluid, beispielsweise Luft oder einem Schutzgas. Die Behandlungsstation weist dazu in einer vorteilhaften
Ausführungsform eine Vorrichtung zum Anblasen des beziehungsweise der dritten Bereiche auf. Diese Vorrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere Düsen aufweisen. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Anblasen des dritten oder der dritten Bereiche durch Anblasen mit einem
gasförmigen Fluid, wobei dem gasförmigen Fluid Wasser, beispielsweise in vernebelter Form, beigefügt ist. Dazu weist die Vorrichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform eine oder mehrere Vernebelungsdüsen auf. Durch das Anblasen mit dem mit Wasser versetzten gasförmigen Fluid wird die Wärmeabfuhr aus dem oder aus den dritten Bereichen erhöht. Nach Ablauf der Behandlungszeit t152 hat der dritte Bereich beziehungsweise haben die dritten Bereiche eine
Abkühlstopptemperatur ds erreicht. Die Behandlungszeit t152 bewegt sich dabei üblicherweise im Bereich weniger Sekunden.
Erfindungsgemäß werden die Bauteile nach wenigen Sekunden in der
Behandlungsstation, die zudem über eine Positioniervorrichtung verfügen kann, um die genaue Positionierung der unterschiedlichen Bereiche zu gewährleisten, in einen zweiten Ofen befördert, die vorzugsweise keine speziellen Vorrichtungen zur unterschiedlichen Behandlung der verschiedenen Bereiche besitzt. Klar konturierte Abgrenzungen wurden bereits in der Behandlungsstation realisiert. In einer
Ausführungsform wird lediglich eine Ofentemperatur > , d.h. eine im Wesentlichen homogene Temperatur im gesamten Ofenraum, eingestellt, die unterhalb der
Austenitisierungstemperatur AC3 liegt. Die Temperaturen der einzelnen Bereiche nähern sich einander an und durch den geringen Temperaturunterschied zwischen den Bereichen wird der Verzug der Bauteile minimiert. Möglichst geringe
Spreizungen im Temperaturniveau des Bauteils wirken sich vorteilhaft bei der weiteren Verarbeitung in der Presse aus.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist die
Innentemperatur θ4 im zweiten Ofen kleiner der AC3-Temperatur. Vorteilhafterweise ist in einer Ausführungsform ein Durchlaufofen als erster Ofen vorgesehen. Durchlauföfen weisen in der Regel eine große Kapazität auf und sind für die Massenproduktion besonders gut geeignet, da sie sich ohne großen Aufwand beschicken und betreiben lassen. Aber auch ein Batchofen, beispielsweise ein Kammerofen, kann als erster Ofen eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise ist in einer Ausführungsform der zweite Ofen ein Durchlaufofen. Sind sowohl erster als auch zweiter Ofen als Durchlaufofen ausgeführt, können die notwendigen Verweilzeiten für die den oder die ersten und zweiten Bereiche in Abhängigkeit der Bauteillänge über die Einstellung der Fördergeschwindigkeit und der Auslegung der jeweiligen Ofenlänge realisiert werden. Eine Beeinflussung der Taktzeit der gesamten Produktionslinie mit Wärmebehandlungsvorrichtung und Presse für ein anschließendes Presshärten ist so vermeidbar.
In einer alternativen Ausführungsform ist der zweite Ofen ein Batchofen,
beispielsweise ein Kammerofen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die die Behandlungsstation eine
Vorrichtung zum schnellen Aufheizen eines oder mehrerer dritter Bereiche des Stahlbauteils auf. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung einen oder mehrere Hochleistungslaser zum Bestrahlen des oder der dritten Bereiche des Stahlbauteils auf. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine klare
Abgrenzung der Bereiche durch entsprechend ausgeformte Kanäle.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die die Behandlungsstation eine
Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer dritter Bereiche des Stahlbauteils auf. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Düse zum Anblasen des oder der dritten Bereiche des Stahlbauteils mit einem gasförmigen Fluid, beispielsweise Luft oder ein Schutzgas wie beispielsweise
Stickstoff, auf. Dazu weist die Vorrichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform eine oder mehrere Vernebelungsdüsen auf. Durch das Anblasen mit dem mit Wasser versetzten gasförmigen Fluid wird die Wärmeabfuhr aus dem oder aus den dritten Bereichen erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform wird der dritte beziehungsweise werden die dritten Bereiche über Wärmeleitung und Kontaktkühlung, beispielsweise durch das Inkontaktbringen mit einem Stempel oder mehreren Stempeln gekühlt, der
beziehungsweise die eine niedrigere Temperatur als das Stahlbauteil aufweist oder aufweisen. Dazu kann der Stempel aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff hergestellt sein und / oder direkt oder indirekt temperiert sein. Auch eine Kombination der Kühlungsarten ist denkbar.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen
Wärmebehandlungsvorrichtung kann Stahlbauteilen mit jeweils einem oder mehreren ersten, zweiten und/oder dritten Bereichen, die auch komplex geformt sein können, wirtschaftlich ein entsprechendes Temperaturprofil aufgeprägt werden, da die unterschiedlichen Bereiche konturscharf sehr schnell auf die notwendigen
Prozesstemperaturen gebracht werden können.
Erfindungsgemäß ist es mit dem gezeigten Verfahren und mit der
erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsvorrichtung möglich, nahezu beliebig viele der drei unterschiedlichen Bereiche einzustellen, wobei verschiedene dritte Bereiche untereinander zudem noch, falls erforderlich, verschiedene Festigkeitswerte erreichen können.
Auch ist die gewählte Geometrie der Teilbereiche frei wählbar. Punkt- oder linienförmige Bereiche sind ebenso wie z.B. großflächige Bereiche darstellbar. Auch die Lage der Bereiche ist unerheblich. Die einzelnen Bereiche können vollständig von anderen Bereichen umschlossen sein, oder sich am Rand des Stahlbauteils befinden. Selbst eine vollflächige Behandlung ist denkbar. Eine besondere
Orientierung des Stahlbauteils zur Durchlaufrichtung ist zum Zwecke des
erfindungsgemäßen Verfahrens zur gezielten bauteilzonenindividuellen
Wärmebehandlung eines Stahlbauteils nicht erforderlich. Eine Begrenzung der Anzahl der gleichzeitig behandelten Stahlbauteile ist allenfalls durch das
Presshärtewerkzeug oder die Fördertechnik der gesamten
Wärmebehandlungsvorrichtung gegeben. Die Anwendung des Verfahrens auf bereits vorgeformte Stahlbauteile ist ebenfalls möglich. Durch die dreidimensional ausgeformten Oberflächen bereits vorgeformter Stahlbauteile ergibt sich lediglich ein höherer konstruktiver Aufwand zur Darstellung der Gegenflächen. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass auch bereits vorhandene
Warmebehandlungsanlangen auf das erfindungsgemäße Verfahren adaptiert werden können. Hierzu muss bei einer konventionellen Wärmebehandlungsvorrichtung mit nur einem Ofen hinter diesem nur die Behandlungsstation und der zweite Ofen installiert werden. Je nach Ausgestaltung des vorhandenen Ofens ist es auch möglich, diesen zu teilen, so dass aus dem ursprünglichen einen Ofen der erste und der zweite Ofen entstehen.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Von den Abbildungen zeigt: Fig. 1 eine typische Temperaturkurve bei der Wärmebehandlung eines Stahlbauteils mit einem ersten, zweiten und einem dritten Bereich
Fig. 2 eine erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
Fig. 4 eine weitere erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
Fig. 5 eine weitere erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
Fig. 6 eine weitere erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung. Fig. 7 eine weitere erfindungsgemäße thermische Wärmebehandlungsvorrichtung in einer Draufsicht als Schemazeichnung
In der Fig. 1 ist eine typische Temperaturkurve bei der Wärmebehandlung eines Stahlbauteils 200 mit einem ersten Bereich 210,-einem zweiten Bereich 220 und einem dritten Bereich 230 gemäß dem erfinderischen Verfahren. Die jeweiligen Bereiche können mehrfach vorhanden sein, d.h. es kann mehrere erste Bereiche 210, mehrere zweite Bereiche 220 und mehrere dritte Bereiche 230 vorhanden sein, wobei beliebige Kombinationen der Bereichsanzahlen möglich sind. Das Stahlbauteil 200 wird im ersten Ofen 1 10 gemäß des schematisch eingezeichneten
Temperaturlaufs θ2οο,ηο während der Verweilzeit t110 auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur aufgeheizt. Anschließend wird das Stahlbauteil 200 mit einer Transferzeit t12i in die Behandlungsstation 150 transferiert. Dabei verliert das
Stahlbauteil Wärme. In der Behandlungsstation wird ein erster Bereich 210 und ein dritter Bereich 230 des Stahlbauteils 200 mittels Laserstrahlung schnell über
Austenitisierungstemperatur AC3 aufgeheizt, wobei der zweite Bereich 220 gemäß des eingezeichneten Verlaufs $220,151 beziehungsweise #220, 152 an Wärme verliert. Dies geschieht innerhalb weniger Sekunden. Sogleich anschließend wird der dritte Bereich 230 gemäß dem eingezeichneten Temperaturverlauf O230, 152 auf die gewünschte Abkühlstopptemperatur θ5 schnell abgekühlt. Dabei kann die
Abkühlstopptemperatur s zwischen den einzelnen Teilflächen der dritten Bereiche 230 unterschiedlich sein, sofern innerhalb eines Bauteils variable
Materialeigenschaften der dritten Bereiche 230 gewünscht sind. Die schnelle
Abkühlung des dritten Bereichs 230 kann beispielsweise durch Anblasen mit einem gasförmigen Fluid erfolgen.
Das Anblasen endet nach Ablauf der Abkühlzeit t152, die in Abhängigkeit der Dicke des Stahlbauteils 200 nur einige wenige Sekunden beträgt. Der dritte Bereich 230 hat nun die Abkühlstopptemperatur θ5 erreicht. Zeitgleich ist auch die Temperatur des ersten Bereichs 210 und auch des zweiten Bereiches 220 in der Behandlungsstation 150 gemäß des eingezeichneten Temperaturverlaufs $210,152 beziehungsweise $220.151 , ^220,152 gefallen.
Nach Ablauf der Verweilzeit t150 in der Behandlungsstation 150 wird das Stahlbauteil 200 während der Transferzeit t122 in den zweiten Ofen 130 transferiert. Im zweiten Ofen 130 verändert sich die Temperatur des ersten Bereichs 210 des Stahlbauteils 200 gemäß dem schematisch eingezeichneten Temperaturverlauf $210, 130 während der Verweilzeit t130. Auch die Temperatur des zweiten Bereichs 220 des Stahlbauteils 200 verhält sich gemäß dem eingezeichneten Temperaturverlauf $220, 130 während der Verweilzeit t130, wobei sie die AC3-Temperatur nicht erreichen. Auch die Temperatur des dritten Bereichs 230 des Stahlbauteils 200 verhält sich gemäß dem
eingezeichneten Temperaturverlauf $230.130 während der Verweilzeit t130, ohne die AC3-Temperatur zu erreichen. Der zweite Ofen 130 verfügt über keine speziellen Vorrichtungen zur
unterschiedlichen Behandlung der verschiedenen Bereiche 210, 220, 230. Es wird lediglich eine Ofentemperatur θ4, d.h. eine im Wesentlichen homogene Temperatur θ4 im gesamten Innenraum des zweiten Ofens 130 eingestellt, die unterhalb der Austenitisierungstemperatur AC3 liegt.
Anschließend kann das Stahlbauteil während einer Transferzeit t140 in ein
Presshärtewerkzeug 160, das in einer nicht gezeigten Presse eingebaut ist, transferiert werden. Zwischen den Bereichen 210, 220, 230 sind klar konturierte Abgrenzungen realisierbar und durch den geringen Temperaturunterschied wird der Verzug des Stahlbauteils 200 minimiert. Geringe Spreizungen im Temperaturniveau des
Stahlbauteils 200 wirken sich vorteilhaft bei der weiteren Verarbeitung in dem
Presshärtewerkzeug 160 aus. Die notwendige Verweilzeit t130 des Stahlbauteils 200 im zweiten Ofen 130 kann in Abhängigkeit von der Länge des Stahlbauteils 200 über die Einstellung der Fördergeschwindigkeit und die Auslegung der Länge des zweiten Ofens 130 realisiert werden. Eine Beeinflussung der Taktzeit der Wärmebehandlungsvorrichtung 100 wird so minimiert, sie kann sogar gänzlich vermieden werden.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsvorrichtung 100 in 90°- Anordnung. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 weist eine Beladungsstation 101 auf, über die Stahlbauteile dem ersten Ofen 1 10 zugeführt werden. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 die Behandlungsstation 150 und in
Hauptdurchflussrichtung D dahinter angeordnet den zweiten Ofen 130 auf. Weiter in Hauptdurchflussrichtung D dahinter angeordnet befindet sich eine Entnahmestation 140, die mit einer Positioniervorrichtung (nicht gezeigt) ausgerüstet ist. Die
Hauptdurchflussrichtung knickt nun um im Wesentlichen 90° ab, um ein
Presshärtewerkzeug 160 in einer Presse (nicht gezeigt) folgen zu lassen, in dem das Stahibauteil 200 pressgehärtet wird. In Achsrichtung des ersten Ofens 1 10 und des zweiten Ofens 130 ist ein Behälter 161 angeordnet, in den Ausschussteile verbracht werden können. Der erste Ofen 1 10 und der zweite Ofen 130 sind bei dieser
Anordnung bevorzugt als Durchlauföfen, beispielsweise Rollenherdöfen, ausgeführt.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Wärmebehandlungsvorrichtung 100 in gerader Anordnung. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 weist eine Beladungsstation 101 auf, über die Stahlbauteile dem ersten Ofen 1 10 zugeführt werden. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 die Behandlungsstation 150 und in
Hauptdurchflussrichtung D dahinter angeordnet den zweiten Ofen 130 auf. Weiter in Hauptdurchflussrichtung D dahinter angeordnet befindet sich eine Entnahmestation 140, die mit einer Positioniervorrichtung (nicht gezeigt) ausgerüstet ist. Weiter folgt in nun weiter gerader Hauptdurchflussrichtung ein Presshärtewerkzeug 160 in einer Presse (nicht gezeigt), in dem das Stahlbauteil 200 pressgehärtet wird. Im
Wesentlich in 90° zu der Entnahmestation 131 ist ein Behälter 161 angeordnet, in den Ausschussteile verbracht werden können. Der erste Ofen 1 10 und der zweite Ofen 130 sind bei dieser Anordnung ebenfalls bevorzugt als Durchlauföfen, beispielsweise Rollenherdöfen, ausgeführt. Fig. 4 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen
Wärmebehandlungsvorrichtung 100. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 weist wieder eine Beladungsstation 101 auf, über die Stahlbauteile dem ersten Ofen 1 10 zugeführt werden. Der erste Ofen 1 10 ist bei dieser Ausführung wieder vorzugsweise als Durchlaufofen ausgebildet. Weiterhin weist die Wärmebehandlungsvorrichtung 100 die Behandlungsstation 150 auf, die in dieser Ausführungsform mit einer Entnahmestation 131 kombiniert ist. Die Entnahmestation 140 kann beispielsweise über eine Greifvorrichtung (nicht gezeigt) verfügen. In der Entnahmestation 140 werden beispielsweise mittels der Greifvorrichtung die Stahlbauteile 200 aus dem ersten Ofen 1 10 entnommen. Die Wärmebehandlung des zweiten beziehungsweise der zweiten Bereiche 220 und/oder dem dritten beziehungsweise der dritten Bereiche 230 wird durchgeführt und das Stahlbauteil beziehungsweise die Stahlbauteile 200 werden in einen im Wesentlichen um 90° zur Achse des ersten Ofens 1 10
angeordneten zweiten Ofen 130 einlegt. Dieser zweite Ofen 130 ist in dieser
Ausführungsform vorzugsweise als Kammerofen, beispielsweise mit mehreren Kammern, vorgesehen. Nach Ablauf der Verweilzeit t130 der Stahlbauteile 200 im zweiten Ofen 130 werden die Stahlbauteile 200 über die Entnahmestation 140 aus dem zweiten Ofen 130 entnommen und in ein gegenüberliegendes, in eine Presse (nicht gezeigt) eingebautes Presshärtewerkzeug 160 eingelegt. Dazu kann die Entnahmestation 140 über eine Positioniereinrichtung (nicht gezeigt) verfügen. In Achsrichtung des ersten Ofens 1 10 ist in Hauptdurchflussrichtung D hinter der Entnahmestation 140 ein Behälter 161 angeordnet, in den Ausschussteile verbracht werden können. Die Hauptdurchflussrichtung D beschreibt bei dieser
Ausführungsform eine Umlenkung von im Wesentlichen 90°. In dieser
Ausführungsform ist kein zweites Positioniersystem für die Behandlungsstation 150 erforderlich. Darüber hinaus ist diese Ausführungsform vorteilhaft, wenn in
Achsrichtung des ersten Ofens 1 10 nicht ausreichend Platz beispielsweise in einer Produktionshalle zur Verfügung steht. Die Wärmebehandlung des ersten
beziehungsweise der ersten Bereiche 210 und des beziehungsweise der dritten Bereiche 230 des Stahlbauteils 200 kann bei dieser Ausführungsform auch zwischen Entnahmestation 140 und zweiten Ofen 130 erfolgen, so dass es keiner ortsfesten Behandlungsstation 150 bedarf. Beispielsweise kann die Behandlungsstation 150 in die Greifvorrichtung integriert sein. Die Entnahmestationl 40 sorgt für den Transfer des Stahlbauteils 200 von dem ersten Ofen 1 10 in den zweiten Ofen 130 und in das Presshärtewerkzeug 160 beziehungsweise in den Behälter 161 . Auch bei dieser Ausführungsform kann die Position von Presshärtewerkzeug 160 und Behälter 161 vertauscht werden, wie in Fig. 5 zu sehen. Die
Hauptdurchflussrichtung D beschreibt bei dieser Ausführungsform zwei
Umlenkungen von im Wesentlichen 90°. Ist der Platz für die Aufstellung der Wärmebehandlungsvorrichtung beschränkt, bietet sich eine Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß Fig. 6 an: Im Vergleich zu der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist der zweite Ofen 130 in eine zweite Ebene oberhalb des ersten Ofens 1 10 versetzt. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Behandlung des beziehungsweise der ersten Bereiche 210 und des
beziehungsweise der dritten Bereiche 230 des Stahlbauteils 200 ebenfalls zwischen Entnahmestation 140 und zweiten Ofen 130 erfolgen, so dass es keiner ortsfesten Behandlungsstation 150 bedarf. Erneut ist es vorteilhaft, den ersten Ofen 1 10 als Durchlaufofen und den zweiten Ofen 130 als Kammerofen, eventuell mit mehreren Kammern auszuführen.
In Fig. 7 schließlich ist eine letzte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Wärmebehandlungsvorrichtung schematisch gezeigt. Im Vergleich zu der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform sind die Positionen von Presshärtewerkzeug 160 und Behälter 161 vertauscht.
Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind
gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst. Bezugszeichenliste:
100 Wärmebehandlungsvorrichtung
101 Beladungsstation
1 10 Erster Ofen
130 Zweiter Ofen
140 Entnahmestation
150 Behandlungsstation
151 Hochleistungslaser
152 Abkühleinrichtung
160 Presshärtewerkzeug
161 Behälter
200 Stahlbauteil
210 Erster Bereich
220 Zweiter Bereich
230 Dritter Bereich
D Hauptdurchflussrichtung
t1 10 Verweilzeit im ersten Ofen
t12i Transferzeit Stahlbauteil in Behandlungsstation
ti22 Transferzeit Stahlbauteil in zweiten Ofen
t130 Verweilzeit im zweiten Ofen
t140 Transferzeit Stahlbauteil in Presshärtewerkzeug
t150 Verweilzeit in Behandlungsstation
t151 Aufheizzeit in Behandlungsstation
ti 52 Abkühlzeit in Behandlungsstation
tieo Verweilzeit im Presshärtewerkzeug
ds Abkühlstopptemperatur
θ3 Innentemperatur des ersten Ofens
θ4 Innentemperatur des zweiten Ofens
1)200.1 10 Temperaturverlauf des Stahlbauteils im ersten Ofen
$210,151 Temperaturverlauf des ersten Bereichs des Stahlbauteils in der
Behandlungsstation während des Aufheizens Temperaturverlauf des zweiten Bereichs des Stahlbauteils in der Behandlungsstation
Temperaturverlauf des zweiten Bereichs des Stahlbauteils in der Behandlungsstation
Temperaturverlauf des dritten Bereichs des Stahlbauteils in der
Behandlungsstation während des Abkühlens
Temperaturverlauf des ersten Bereichs des Stahlbauteils im zweiten
Ofen
Temperaturverlauf des zweiten Bereichs des Stahlbauteils im zweiten Ofen
Temperaturverlauf des dritten Bereichs des Stahlbauteils im zweiten Ofen
Temperaturverlauf des Stahlbauteils in dem Presshärtewerkzeug

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur gezielten bauteilzonenindividuellen Wärmebehandlung eines
Stahlbauteils (200), wobei in dem Stahlbauteil (200) in einem oder mehreren ersten Bereichen (210) ein vorrangig austenitisches Gefüge einstellbar ist, aus dem durch Abschrecken ein mehrheitlich martensitisches Gefüge darstellbar ist, und in einem oder mehreren zweiten Bereichen (220) ein mehrheitlich ferritisch- perlitisches Gefüge einstellbar ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass weiterhin in dem Stahlbauteil (200) in einem oder mehreren dritten
Bereichen (230) ein mehrheitlich bainitisches Gefüge einstellbar ist, wobei das Stahlbauteil (200) zunächst in einem ersten Ofen (110) auf eine Temperatur unterhalb der AC3-Temperatur aufgeheizt wird, das Stahlbauteil (200) anschließend in eine Behandlungsstation (150) transferiert wird, wobei es während des Transfers abkühlen kann, und in der Behandlungsstation (150) die ein oder mehreren ersten Bereiche (210) und die ein oder mehreren dritten Bereiche (230) des Stahlbauteils (200) innerhalb einer Verweilzeit t151 auf eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur aufgeheizt werden, wobei
anschließend der oder die dritten Bereiche (230) des Stahlbauteils (200) auf die Abkühlstopptemperatur ds abgekühlt werden und wobei anschließend das Stahlbauteil (200) in einen zweiten Ofen (130) transferiert wird, in dem das Stahlbauteil (200) bei einer Temperatur unterhalb der
Austenitisierungstemperatur verbleibt, bis ausreichend bainitisches Gefüge in dem oder den dritten Bereichen (230) ausgebildet wurde.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Wärmezufuhr im zweiten Ofen (130) über Wärmestrahlung erreicht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die ein oder mehreren ersten Bereiche (210) des Stahlbauteils (200) in der Behandlungsstation (150) innerhalb einer Verweilzeit tl51 mit Hilfe eines
Hochleistungslasers auf eine Temperatur oberhalb der
Austenitisierungstemperatur gebracht werden.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der oder die dritten Bereiche (230) des Stahlbauteils (200) in der
Behandlungsstation (150) innerhalb einer Verweilzeit ti51 mit Hilfe eines
Hochleistungslasers auf eine Temperatur oberhalb der
Austenitisierungstemperatur gebracht werden.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der oder die dritten Bereiche (230) des Stahlbauteils (200) in der
Behandlungsstation (150) innerhalb einer Verweilzeit t152 zur Abkühlung mit einem gasförmigen Fluid angeblasen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das gasförmige Fluid Wasser enthält.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der oder die dritten Bereiche (230) des Stahlbauteils (200) in der
Behandlungsstation (150) innerhalb einer Verweilzeit t152 zur Abkühlung mit einem Stempel in Kontakt gebracht werden, wobei der Stempel eine kleinere Temperatur aufweist als der oder die dritten Bereiche (230).
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Innentemperatur 94 im zweiten Ofen (130) kleiner der AC3-Temperatur ist.
9. Wärmebehandlungsvorrichtung (100), aufweisend einen ersten Ofen (110) zur Aufheizung eines Stahlbauteils (200) auf eine Temperatur unterhalb der AC3-
Temperatur,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Wärmebehandlungsvorrichtung (100) weiterhin eine
Behandlungsstation (150) und einen zweiten Ofen (130) aufweist, wobei die Behandlungsstation (150) eine Vorrichtung zum schnellen Aufheizen der ersten und dritten Bereiche (210, 230) sowie eine Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer dritter Bereiche (230) des Stahlbauteils (200) aufweist und der zweite Ofen (130) über eine Einrichtung zur Einbringung von Wärme aufweist.
10. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer dritter Bereiche (230) des Stahlbauteils (200) eine Düse zum Anblasen des oder der dritten Bereiche (230) des Stahlbauteils (200) mit einem gasförmigen Fluid aufweist.
11. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer dritter
Bereiche (230) des Stahlbauteils (200) eine Düse zum Anblasen des oder der dritten Bereiche (230) des Stahlbauteils (200) mit einem gasförmigen Fluid, dem Wasser beigemischt ist, aufweist.
12. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche9 bis 11 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Vorrichtung zum schnellen Abkühlen eines oder mehrerer dritter Bereiche (230) des Stahlbauteils (200) Stempel zum Kontaktieren des oder der dritten Bereiche (230) des Stahlbauteils (200) aufweist.
13. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß Anspruchl 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der Stempel zum Kontaktieren des oder der dritten Bereiche (230) des Stahlbauteils (200) temperierbar ausgeführt ist.
14. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Behandlungsstation (150) eine Positioniereinrichtung aufweist.
15. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der zweite Ofen (130) auf eine im Wesentlichen homogene Temperatur θ4 aufgeheizt ist.
16. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Behandlungsstation (150) Wärmereflektoren aufweist.
17. Wärmebehandlungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Behandlungsstation (150) wärmeisolierte Wandungen aufweist.
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