WO2018109034A1 - Verfahren zum herstellen lokal gehärteter stahlblechbauteile - Google Patents

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WO2018109034A1
WO2018109034A1 PCT/EP2017/082678 EP2017082678W WO2018109034A1 WO 2018109034 A1 WO2018109034 A1 WO 2018109034A1 EP 2017082678 W EP2017082678 W EP 2017082678W WO 2018109034 A1 WO2018109034 A1 WO 2018109034A1
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heated
temperature
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burner
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PCT/EP2017/082678
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Andreas Sommer
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Voestalpine Metal Forming Gmbh
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0056—Furnaces through which the charge is moved in a horizontal straight path
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
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    • F27B9/02—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity of multiple-track type; of multiple-chamber type; Combinations of furnaces
    • F27B9/028—Multi-chamber type furnaces
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    • F27B9/029—Multicellular type furnaces constructed with add-on modules
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27B9/30—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B9/36—Arrangements of heating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/30—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B9/40—Arrangements of controlling or monitoring devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article

Definitions

  • the invention relates to a method for producing locally hardened sheet steel components.
  • Hardened sheet steel components have exerted a great influence in the bodywork of automobiles in recent years.
  • a goal in the use of hardened sheet steel components in motor vehicles was to achieve a very high resistance to deformation at relatively low material thickness, especially in accidents of motor vehicles.
  • the comparatively low weight of such hardened components in contrast to significantly thicker, more massive components has a compromise between low body weight and thus low fuel consumption and high stability, and thus provide passenger safety.
  • both aluminized and galvanized sheets can be used for some time both during press hardening and during form hardening, which are conditioned accordingly. Such components then blend harmoniously into the overall body of the corrosion protection system.
  • both press hardening and mold hardening the effect is exploited that steel is heated at high temperatures, namely temperatures above the austenite start temperature (Ac-i) and in particular above the austenitic temperature. more or less completely converted s iststemperatur (Ac 3) into the high-temperature phase, namely austenite (gamma-iron). If this austenitic structure is cooled at a speed which is above the so-called critical hardening speed (eg around 22 Kelvin / second for the steel alloy 20MnB8), the austenitic structure results in a martensitic structure.
  • critical hardening speed eg around 22 Kelvin / second for the steel alloy 20MnB8
  • planar sheet steel plates When press hardening planar sheet steel plates are usually austenitized, that is, to a temperature greater Ac heated 3 and kept at this temperature until a fully austenitic structure is then transferred to the tool in a pressing, in which the planar sheet steel plate with an individual forming stroke in The sheet steel component is formed and quenched by the high heat dissipation through the cold tool simultaneously at a speed above the critical cure speed.
  • a steel sheet component is achieved with a single press stroke, which has the required high hardness or tensile strength R m .
  • Form hardening was developed for molding more complex components and provides for the conversion of a flat sheet steel blank in a conventional cold forming line, ie, for example, with five successive forming steps into the corresponding sheet steel component. This cold-formed sheet steel component is then heated to the austenitizing temperature and kept there for the desired time.
  • this heated steel sheet component is transferred to a mold hardening tool, wherein the mold hardening tool has the shape of the finished sheet steel component (in the cold state) including a volume scaling, so that by inserting the hot pre-formed sheet steel component in the mold hardening tool, the mold hardening tool, which also aus a die and a male, after closing all sides of the hot steel sheet component rests and cools the hot steel sheet component at a speed above the critical hardness speed.
  • the shape-hardening tool ensures, among other things, that there is no delay due to the rapid cooling.
  • the mold hardening tool has exactly the shape that the finished, hardened, cold component is to have, including a volume scaling so that the cold working of the steel sheet prior to heating is carried out such that when heated in the oven and then cooled during transfer from the oven in the press unavoidable thermal expansion is taken into account so that the cold-formed component in all directions about 2%, but at least so much smaller that the thermal expansion is compensated and the component inserted into the mold hardening tool exactly on this fits.
  • mold hardening due to the prevention of shrinkage of the sheet steel component during cooling, in addition to positive hardening and geometry effects.
  • TPP tailored-property parts
  • EP 214 808 B1 discloses a method for producing a molded component having at least two structural regions of different ductility from a component blank, wherein the component blank consists of a hardenable steel, which partially heated differently and then in a Molded thermoforming and hardening tool is formed and partially cured, wherein the component blank is heated in a heating device to a homogeneous temperature less than the Ac 3 point of the alloy and then by means of an infrared lamp array in the first type to a temperature above the Ac 3 point of the alloy is brought and the component blank is cured in the thermoforming and hardening tool in the areas of the first kind.
  • a corresponding infrared field for carrying out this method has different temperature fields, wherein the different temperature fields of the infrared lamp field are separated by a bulkhead.
  • a press hardening method is known in which a steel sheet is heated to a uniform first temperature and then at least partially heated to a higher temperature and then press-hardened, wherein the steel material is a zinc-coated steel material, to a first temperature, higher than 400 ° C and lower than 600 ° C is heated, and held at this temperature for up to 20 minutes.
  • the steel material may also be aluminum coated.
  • a method for producing a hot-formed and press-hardened sheet steel component is known, with partially mutually different strength properties, wherein a board is heated from a hardenable steel alloy in a heating station, wherein a first area on Austenitmaschinestemperatur is heated and at least a second region is heated to below Austenitmaschinestemperatur, preferably smaller Aci and between two areas a transition region is formed, wherein the thus heated board is transferred to a tempering station or a hot forming and pressing station.
  • the tempering station or the hot forming and press hardening tool are to be segmented and have at least one tempering segment, wherein the tempering segment is arranged in the region of the resulting transition region of the temperate blanks which are partially different from each other and the transition region is tempered before or during the press hardening and connect the Hot forming and press hardening of the steel component takes place with at least one hard area and a soft area and an intermediate transition zone, wherein the transition zone is smaller in area than the transition area.
  • a system for warming up workpieces in particular for a hot forming station is known, which has a warm-up device and at least one, to be transported by the warming device goods carrier, the goods carrier can be equipped with a tool, and at least one Temper istskomponente for conductive heating of the workpiece, and wherein the heating device comprises at least one movable electrode for electrically contacting the temperature control component.
  • a method for producing in particular structure of the chassis components for a motor vehicle by hot or semi-warm forming wherein a metal sheet is heated in a heating station at least in a first range from an initial temperature to a target temperature and then the heat board is transferred to a cooled die and formed therein and press hardened, and the heating station comprises at least one burner zone with at least one burner in which the sheet metal blank is heated in at least a first range from the starting temperature to the target temperature, wherein at least one burner with a fuel gas and an oxygen-containing gas is operated and the sheet metal plate comes into direct contact with the burner flame, wherein the heating to the target temperature in the heating station on the nozzle orientation and / or the distance of the burner nozzle of the sheet metal blanks being affected.
  • An infrared heating of a steel sheet is also known from EP 2 799 559 A1, in which shielding sheets, in particular also of ceramic, are described.
  • EP 2 951 325 A2 and DE 10 2007 057 855 B3 disclose methods in which the mixture is first heated homogeneously and then cooled down in furnace zones.
  • AT 509596 B1 a method for heating a molded component for a subsequent press hardening is known, wherein the mold component is first heated to a predetermined temperature and then heated by means of mutually independently controllable heating elements of a Schuelementfeldes to a higher temperature, wherein the mold component during its promotion is arranged by the Schuelementfeld by means of the conveying direction in longitudinal and transverse rows, at least in groups with different heating power controllable heating elements is heated.
  • the object of the invention is to provide a method by means of which sheet steel components with partially hardened regions can be created, wherein the method can be carried out in a simple manner and results in good reproducibility and selectivity of the individual regions on the one hand and high flexibility and a large process window on the other hand.
  • steel sheet blanks provided with a metallic coating are produced by separating off, for example, punching or chipping, from a correspondingly coated sheet steel strip.
  • these boards have an aluminum, aluminum-silicon, zinc or zinc-iron coating.
  • the boards have, for example, a so-called ZF180 coating, which means that they have a zinc-iron coating which is applied to both sides of the sheet with a weight of 180 g / m 2 .
  • the sheet consists of a hardenable steel alloy, in particular a customary boron-manganese steel, in particular a 22 MnB5, a 20MnB8 or comparable steels.
  • the boards produced in this way are heated in an oven.
  • the furnace is operated with a clocked driving, advantageous is the use of a Hubitz conveyor furnace ..
  • This oven has a front oven area and a rear oven area, whereby two successively arranged separate ovens are conceivable.
  • a furnace base temperature which is dimensioned so that the boards are heated in cycled operation to a temperature which is below the austenite start temperature (Aci).
  • This temperature should be below about 720 ° C for most of the steel alloys known for press hardening or tempering.
  • the board is heated inhomogeneously according to hardening and non-hardening areas as well as transition areas. This means that the areas that are not to be hardened and the transition areas remain colder than the areas that are to be hardened later.
  • the regions are heated to a temperature slightly below the austenitizing start temperature Aci, which are later to be hardened, while the other regions are heated much less, and remain at a maximum temperature of 620 ° C., especially at a temperature lies.
  • the temperature difference between those areas heated by the furnace base temperature and the colder areas is therefore in particular at least 30 Kelvin, preferably 50 Kelvin and particularly preferably 100 Kelvin.
  • the colder areas are achieved, for example, by actively cooling the board in these areas, be it by contact and / or radiation heat exchange with cold bodies (absorption masses), and / or by blowing with cold media.
  • the furnace base temperature is still at a temperature that is such that the boards would not be heated above the Ac point of the corresponding alloy (ie, about 720 ° C) due to the furnace base temperature
  • the areas to be hardened are heated in this furnace area by means of electrically heated radiators or switchable burners to a temperature above Ac 3 , ie the austenitizing temperature of the corresponding steel alloy (usually 840 to 930 ° C.).
  • Both the circuit board and the radiator or burner field are preferably planar, wherein the radiator or burner field is segmented in the direction of passage and transversely thereto in particular checkerboard-like or honeycomb-shaped or irregular.
  • the corresponding radiators or burners are individually switched on and off, so that even a clocked supplied board a corresponding heating pattern by the individually switched on and off heated radiator or burner can be applied.
  • a suitably heated board can then be transferred to a pre-cooling station and then reshaped and cured.
  • the individual radiator or burner temperatures can be regulated, so that it is also possible, if necessary, to discuss different sheet thicknesses or to discuss different absorption capacities of the sheets.
  • reflector templates can also be provided, which can be inserted between the radiators or burners and the circuit board in order to let only local radiation or flames pass through and achieve locally higher separation intensities than would be possible with a radiator field alone.
  • these reflector templates can also be actively cooled so as not to unnecessarily increase the basic oven temperature according to the invention and to further increase the selectivity.
  • the areas remaining colder in the first furnace area can on the one hand be correspondingly covered by reflector templates, on the other hand these areas can also remain in the areas in which the radiators are switched off or radiate with reduced power.
  • the temperature difference between the colder and hotter areas of the board does not decrease, so that the low starting temperature of the board in the colder areas means that the board is not heated in these areas in the second furnace section to the extent that there Austenitization would take place.
  • This effect and also the selectivity can be further increased by the fact that these areas are not irradiated or covered with respect to the radiation by the reflector templates.
  • a thermal separation can be provided between the front and rear furnace area, unless it is a separate furnace, which is designed, for example, as a bulkhead.
  • a thermal separation may be provided, so that, for example ceramic plates and the like see between the individual segments are present, which may be inserted depending on the component or can be inserted from above in the direction of the board to be heated in the radiator or burner field in order to increase the selectivity between adjacent segments.
  • the invention will be explained by way of example with reference to a drawing.
  • FIG. 1 is a highly schematic longitudinal section through an oven according to the invention
  • FIG. 2 is a very schematic diagram of a radiator panel within the furnace installation with a retractable reflector template.
  • the inventive method provides to promote sheet metal plates 1 through a furnace installation 2 along a conveying direction 3 therethrough.
  • the furnace installation 2 is in this case, for example, a clocked lifting step conveying furnace with a corresponding, usually horizontally extending conveying device 4, wherein the conveying device 4 is known per se and can be, for example, a clocked roller conveyor or the like.
  • the furnace installation 2 is formed with an oven inlet 5 and an oven outlet 6, wherein two oven regions 7, 8 are arranged one behind the other from the oven inlet 5 to the oven outlet 6, a front oven region 7 and a rear oven region 8 being arranged one after the other through the passage direction 3 ,
  • furnace areas 7, 8 each form a furnace space in which prevail a predetermined furnace atmosphere and a predetermined furnace temperature.
  • a furnace temperature which is so dimensioned that the sheet metal blanks 1 are not heated by the furnace chamber temperature above ACi.
  • the two furnace areas 7, 8 can be separated from one another by a bulkhead 9, which is thus connected in particular by a furnace roof 10 and furnace side walls (not shown) so that only the sinkers can pass between the furnace areas 7, 8 on the conveyor 4 ,
  • radiator panel 1 1 In the area of the furnace roof 10 of the second furnace area 8, a radiator panel 1 1 is arranged, which consists of electrically operated radiators and / or burners, which are arranged adjacent to each other like a checkerboard ( Figure 2).
  • the radiator field 1 1 can have a checkerboard-like subdivision 12, which ensures both in the longitudinal and in the transverse direction, in particular by ceramic or other subdivisions, that the individual radiators of the radiator field are delimited.
  • the radiator panel 11 may in this case be spaced apart from furnace side transformations 13, 14 and an outlet 6 on the one hand and from a bulkhead 9 on the other hand.
  • the individual radiators / burners 15 within the radiator field can each be individually controllable, i. be switched on and off and also be controllable in temperature.
  • plug-in bulkhead 16 may be present, in particular from a furnace ceiling forth according to the checkerboard-like subdivision of the radiator panel 1 1 therethrough are pluggable and can extend beyond the radiator panel 1 1 out into the oven room.
  • reflector stencils 17 can be inserted into the furnace chamber and via the circuit board 1 from the furnace side walls 13, 14, corresponding to an insertion direction 18.
  • the reflector stencils may here be metal sheets which are optionally heat-resistant and polished, moreover, the reflector stencils may also be formed from a ceramic and also have cooling in order to avoid overheating above or below the reflector stencil.
  • the absorption mass can be introduced and stored in the space 7 with a manipulation rod 20 in front of a furnace side wall 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen lokal gehärteter Stahlblechbauteile, wobei Stahlblechteile durch einen Erwärmungsofen geführt werden, wobei der Erwärmungsofen in zwei in Förderrichtung (3) hintereinander angeordnete Ofenbereiche (7, 8) unterteilt ist, wobei mindestens in einem ersten Ofenbereich (7) die Platine auf eine Temperatur unterhalb Ac1 erwärmt wird, wobei Bereiche, die nicht gehärtet werden sollen dabei weniger erwärmt werden und in einem zweiten Ofenbereich (8) die Platine in Bereichen, die einer zusätzlichen Aufwärmung unterzogen werden sollen mittels elektrisch betriebener Heizstrahler und/oder Brenner bestrahlt und/oder beheizt wird, wobei in Bereichen in denen keine über Ac1 gehende Erwärmung gewünscht ist einzelne Strahler und/oder Brenner in (15) abgeschaltet oder Muster von Strahlern und/oder Brennern (15) abgeschaltet werden, und/oder Reflektorschablonen oberhalb von nicht aufzuheizenden Bereichen zwischen das Strahler- und/oder Brennerfeld (11) und die Platine (1) geschoben werden, sodass die Platine in nicht aufzuheizenden Bereichen von zusätzlichen Wärmeeintrag über Strahlung abgeschirmt wird und unter der Ac1 Temperatur verbleibt.

Description

Verfahren zum Herstellen lokal gehärteter Stahlblechbauteile
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen lokal gehärteter Stahlblechbauteile. Gehärtete Stahlblechbauteile haben in den letzten Jahren einen großen Einfluss im Karosseriebau von Kraftfahrzeugen ausgeübt. Ein Ziel beim Einsatz gehärteter Stahlblechbauteile in Kraftfahrzeugen war, bei verhältnismäßig geringen Materialiendicken eine sehr hohe Widerstandskraft gegen Verformung, insbesondere bei Verunfallungen von Kraftfahrzeugen zu erzielen. Das vergleichsweise geringe Gewicht derartiger gehärteter Bauteile im Gegensatz zu deutlich dickeren, massiveren Bauteilen hat einen Kompromiss zwischen geringem Karosseriegewicht und damit geringem Kraftstoffverbrauch und hoher Stabilität, und damit Fahrgastsicherheit ergeben.
Um derartige gehärtete Stahlbauteile herzustellen, haben sich zwei gängige Verfah- ren durchgesetzt, das Presshärten und das Formhärten.
Da heutige Kraftfahrzeugkarosserien üblicherweise aus mit einer metallischen Schutzschicht ausgebildeten Stahlblechen ausgebildet werden, d.h., entweder verzinkten Stahlblechen oder aluminierten Stahlblechen, können seit geraumer Zeit so- wohl beim Presshärten als auch beim Formhärten sowohl aluminierte als auch verzinkte Bleche verwendet werden, die entsprechend konditioniert sind. Derartige Bauteile fügen sich dann vom Korrosionsschutzsystem harmonisch in die Gesamtkarosserie ein. Bei beiden Verfahren, sowohl dem Presshärten als auch dem Formhärten, macht man sich den Effekt zu Nutze, dass Stahl bei hohen Temperaturen, nämlich Temperaturen über der Austenit-Starttemperatur (Ac-i ) und insbesondere über der Austeniti- sierungstemperatur (Ac3) mehr oder weniger vollständig in die Hochtemperaturphase, nämlich den Austenit (Gamma-Eisen) umwandelt. Wird dieses austenitische Gefüge mit einer Geschwindigkeit, die über der so genannten kritischen Härtegeschwindigkeit liegt (z.B. um die 22 Kelvin/Sekunde bei der Stahllegierung 20MnB8) abgekühlt, ergibt sich aus dem austenitischen Gefüge ein martensitisches Gefüge.
Beim Presshärten werden üblicherweise ebene Stahlblechplatinen austenitisiert, d.h., auf eine Temperatur größer Ac3 erhitzt und auf dieser Temperatur so lange gehalten, bis ein vollständig austenitisches Gefüge vorliegt und anschließend in ein Press- Werkzeug überführt, in dem die ebene Stahlblechplatine mit einem einzelnen Umformhub in das Stahlblechbauteil umgeformt wird und durch die hohe Wärmeabfuhr durch das kalte Werkzeug gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit abgeschreckt wird. Somit wird mit einem einzigen Pressenhub ein Stahlblechbauteil erzielt, welches die geforderte hohe Härte bzw. Zugfestigkeit Rm aufweist.
Das Formhärten wurde zur Ausformung komplexerer Bauteile entwickelt und sieht vor, eine ebene Stahlblechplatine in einer üblichen Kaltumformstraße, d.h., beispielsweise mit fünf sukzessiven Umformschritten in das entsprechende Stahlblech- bauteil umzuformen. Dieses kalt umgeformte Stahlblechbauteil wird anschließend auf die Austenitisierungstemperatur erhitzt und auf dieser für die gewünschte Zeit gehalten. Anschließend wird dieses erhitzte Stahlblechbauteil in ein Formhärtewerkzeug überführt, wobei das Formhärtewerkzeug die Form des fertigen Stahlblechbauteils (im kalten Zustand) incl. einer Volumenskalierung besitzt, so dass durch das Einle- gen des heißen vorumgeformten Stahlblechbauteil in das Formhärtewerkzeug, das Formhärtewerkzeug, welches ebenfalls aus einer Matrize und einer Patrize besteht, nach dem Schließen allseitig an dem heißen Stahlblechbauteil anliegt und das heiße Stahlblechbauteil mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Härtegeschwindigkeit abkühlt. Hierbei sorgt das Formhärtewerkzeug unter anderem auch dafür, dass es aufgrund der raschen Abkühlung nicht zu Verzug kommt. Vorzugsweise besitzt das Formhärtewerkzeug exakt die Form, die das fertige, gehärtete, kalte Bauteil besitzen soll incl. einer Volumenskalierung, so dass die Kaltumformung des Stahlblechs vor dem Erhitzen so durchgeführt wird, dass die beim Erhitzen im Ofen und die anschließende Abkühlung beim Transfer vom Ofen in die Presse unvermeidliche Wär- medehnung so berücksichtigt ist, dass das kalt vorgeformte Bauteil in alle Raumrichtungen etwa 2%, zumindest jedoch so viel kleiner ist, dass die Wärmedehnung kompensiert wird und das ins Formhärtewerkzeug eingelegte Bauteil genau auf dieses passt. Beim Formhärten kommt es aufgrund der Verhinderung der Schrumpfung des Stahlblechbauteils beim Abkühlen zusätzlich zu positiven Härtungs- und Geometrie- Effekten. In weiterer Entwicklung beider Verfahren hat sich ergeben, dass oftmals ein uniform gehärtetes Bauteil nicht vollständig den Anforderungen entspricht, so dass auch Bauteile mit unterschiedlich harten bzw. weichen Teilbereichen gewünscht sind. Um derartige so genannte Tailored-Property Parts (TPP) zu erzielen, sind ebenfalls mehrere Wege gangbar. Bei einer Möglichkeit wird ein Stahlblechbauteil aus Stählen unterschiedlicher Güte und/oder Blechdicke zusammengeschweißt und diese anschließend dem Press- oder Formhärten unterworfen, wobei die Stähle unterschied- licher Güte beispielsweise weniger oder nicht härtbar sind, so dass weiche Zonen verbleiben.
Darüber hinaus ist es bekannt, vor dem Press- oder Formhärten bestimmte Bereiche der Platine oder des Bauteils nicht so weit aufzuheizen, dass sie austenitisieren, so dass sie beim nachfolgenden Abschrecken auch nicht härten, da kein austenitisches Gefüge vorlag.
Ferner ist es bekannt, das Bauteil zwar uniform über die Austenitisierungstemperatur aufzuheizen, jedoch die Bereiche, die weich verbleiben sollen, nicht mit einer ausrei- chend hohen Geschwindigkeit abzukühlen, sondern die Geschwindigkeit unter der kritischen Härtegeschwindigkeit zu belassen, so dass kein martensitisches Gefüge erzielt wird, so dass auch in diesen Bereichen keine Härte oder eine geringere Härte vorliegt. Aus der DE 10 2008 030 279 D1 bzw. der EP 214 808 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit mindestens zwei Gefügebereichen unterschiedlicher Duktilität aus einem Bauteilrohling bekannt, wobei der Bauteilrohling aus einem härtbaren Stahl besteht, welcher bereichsweise unterschiedlich erwärmt und dann in einem Warmform- und Härtewerkzeug geformt und bereichsweise gehärtet wird, wobei der Bauteilrohling in einer Erwärmungseinrichtung auf eine homogene Temperatur kleiner dem Ac3-Punkt der Legierung erwärmt wird und anschließend mittels eines Infrarotlampenfeldes im Bereich erster Art auf eine Temperatur über dem Ac3-Punkt der Legierung gebracht wird und der Bauteilrohling in dem Warmform- und Härtewerkzeug in den Bereichen erster Art gehärtet wird. Ein entsprechendes Infrarotlam- penfeld zur Durchführung dieses Verfahrens besitzt unterschiedliche Temperaturfelder, wobei die unterschiedlichen Temperaturfelder des Infrarotlampenfelds durch einen Schott voneinander getrennt sind. Aus der EP 2 520 382 A2 ist ein Presshärteverfahren bekannt, bei dem eine Stahlblechplatine auf eine einheitliche erste Temperatur erhitzt wird und anschließend zumindest teilbereichsweise auf eine höhere Temperatur erhitzt wird und anschlie- ßend pressgehärtet wird, wobei das Stahlmaterial ein zinkbeschichtetes Stahlmaterial ist, auf eine erste Temperatur, höher als 400°C und tiefer als 600°C erhitzt wird, und bei dieser Temperatur für bis zu 20 Minuten gehalten wird.
Das Stahlmaterial kann auch aluminiumbeschichtet sein.
Aus der EP 2 322 672 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem auf eine Stahlblechplatine mit elektromagnetischer Strahlung eingewirkt wird, wobei die elektromagnetische Strahlung in entsprechenden Generatoren erzeugt wird und zur Erzeugung eines bestimmten Temperaturmusters auf der Platine Absorber- oder Reflektorplatten vorhanden sind, welche die ausgesendete elektromagnetische Strahlung abschirmen oder absorbieren und ein spezielles Muster haben, die zwischen dem Generator und dem Material angeordnet werden können.
Aus der DE 10 2014 1 1 95 45 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines warm umge- formten und pressgehärteten Stahlblechbauteils bekannt, mit partial voneinander verschiedenen Festigkeitseigenschaften, wobei eine Platine aus einer härtbaren Stahllegierung in einer Erwärmungsstation erwärmt wird, wobei ein erster Bereich auf über Austenitisierungstemperatur erwärmt wird und mindestens ein zweiter Bereich auf unterhalb Austenitisierungstemperatur, vorzugsweise kleiner Aci erwärmt wird und zwischen beiden Bereichen ein Übergangsbereich ausgebildet wird, wobei die so erwärmte Platine in eine Temperierstation oder eine Warmumform- und Pressstation überführt wird. Die Temperierstation oder das Warmumform- und Presshärtewerkzeug sollen segmentiert ausgebildet sein und mindestens ein Temperiersegment besitzen, wobei das Temperiersegment im Bereich des sich ergebenden Über- gangsbereichs der partiell voneinander verschiedenen temperierten Platinen angeordnete ist und der Übergangsbereich vor oder während des Presshärtens temperiert wird und anschließen das Warmumform- und Presshärten des Stahlbauteils mit mindestens einem harten Bereich und einem weichen Bereich sowie einer dazwischen liegenden Übergangszone stattfindet, wobei die Übergangszone flächenmäßig kleiner soll als der Übergangsbereich. Aus der DE 10 2014 101 891 A1 ist ein System zum Aufwärmen von Werkstücken, insbesondere für eine Warmumformungsstation bekannt, welche eine Aufwärmvorrichtung und wenigstens ein, durch die Aufwärmvorrichtung zu transportierenden Warenträger besitzt, wobei der Warenträger mit einem Werkzeug bestückbar ist, und wenigstens eine Temperierungskomponente zum konduktiven Erwärmen des Werkstücks aufweist und wobei die Aufwärmvorrichtung wenigstens eine bewegliche Elektrode zum elektrischen Kontaktieren der Temperierungskomponente umfasst.
Aus der DE 10 201 1 053 698 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung von insbesondere Struktur der Chassisbauteile für ein Kraftfahrzeug durch warm- oder halbwarmen Umformen bekannt, wobei eine Blechplatine in einer Erwärmungsstation wenigstens in einem ersten Bereich von einer Ausgangstemperatur auf eine Zieltemperatur erwärmt wird und anschließend die Wärmeplatine in ein gekühltes Presswerkzeug überführt und darin umgeformt und pressgehärtet wird, und die Erwärmungsstation wenigstens eine Brennerzone mit wenigstens einem Brenner umfasst, in welcher die Blechplatine in wenigstens einem ersten Bereich von der Ausgangstemperatur auf die Zieltemperatur erwärmt wird, wobei wenigstens ein Brenner mit einem Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Gas betrieben wird und die Blechplatine in direkten Kontakt mit der Brennerflamme kommt, wobei die Erwärmung auf die Zieltemperatur in der Erwärmungsstation über die Düsenausrichtung und/oder den Abstand der Brennerdüse der Blechplatinen beeinflusst wird.
Auch aus der EP 2 799 559 A1 ist eine Infrarotbeheizung eines Stahlblechs bekannt, bei dem Abschirmbleche, insbesondere auch aus Keramik, beschrieben werden.
Darüber hinaus sind aus der EP 2 951 325 A2 und der DE 10 2007 057 855 B3 Verfahren bekannt, bei denen erst homogen erwärmt wird und danach in Ofenzonen herunter gekühlt wird. Aus der AT 509596 B1 ist ein Verfahren zum Erwärmen eines Formbauteils für ein anschließendes Presshärten bekannt, wobei das Formbauteil zunächst auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt und anschließend mittels voneinander unabhängig ansteuerbarer Heizelemente eines Heizelementfeldes bereichsweise auf eine höhere Temperatur erwärmt wird, wobei das Formbauteil während seiner Förderung durch das Heizelementfeld mit Hilfe der Förderrichtung in Längs- und Querreihen angeordneten, zumindest gruppenweise mit unterschiedlicher Heizleistung ansteuerbaren Heizelementen erwärmt wird. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Stahlblechbauteile mit teilgehärteten Bereichen geschaffen werden können, wobei das Verfahren in einfacher Weise durchführbar ist und eine gute Reproduzierbarkeit und Trennschärfe der einzelnen Bereiche einerseits und eine hohe Flexibilität sowie ein großes Prozessfenster andererseits ergibt.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen.
Die Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß werden mit einer metallischen Beschichtung versehene Stahlblechplatinen durch das Abtrennen beispielsweise Ausstanzen oder Abhacken aus einem entsprechend beschichteten Stahlblechband erzeugt. Beispielsweise besitzen diese Platinen eine Aluminium-, Aluminium-Silizium-, Zink- oder Zink-Eisen- Beschichtung. Insbesondere besitzen die Platinen beispielsweise eine so genannte ZF180-Beschichtung, was bedeutet, dass sie eine Zink-Eisen-Beschichtung besitzen, die beidseitig des Blechs mit einem Gewicht von 180 g/m2 aufgebracht ist. Das Blech besteht aus einer härtbaren Stahllegierung, insbesondere einem hierfür üblichen Bor- Mangan-Stahl, insbesondere einem 22 MnB5, einem 20MnB8 oder vergleichbaren Stählen.
Die so erzeugten Platinen werden in einem Ofen erwärmt. Vorzugsweise wird der Ofen mit einer getakteten Fahrweise betrieben, vorteilhaft ist die Verwendung eines Hubschritt-Förderofens..
Dieser Ofen besitzt einen vorderen Ofenbereich und einen hinteren Ofenbereich, wobei auch zwei nacheinander angeordnete getrennte Öfen denkbar sind. Im vorderen Ofenbereich herrscht eine Ofengrundtemperatur, die so bemessen ist, dass die Platinen bei getakteter Fahrweise auf eine Temperatur erwärmt werden, die unter der Austenit-Start-Temperatur (Aci) liegt. Diese Temperatur dürfte für die meis- ten, für das Presshärten oder Formhärten bekannten Stahllegierungen unter etwa 720°C liegen.
In diesem vorderen Ofenbereich wird die Platine entsprechend zu härtender und nicht zu härtender Bereiche sowie Übergangsbereiche inhomogen erwärmt. Dies be- deutet, dass die Bereiche die nicht gehärtet werden sollen sowie die Übergangsbereiche kälter verbleiben als die Bereiche, die später gehärtet werden sollen.
Es werden also nur die Bereiche auf eine Temperatur etwas unterhalb der Austeniti- sierungs-Start-Temperatur Aci erwärmt, die später auch gehärtet werden sollen wäh- rend die anderen Bereiche deutlich geringer erwärmt werden und insbesondere bei einer Temperatur verbleiben die bei maximal 620°C liegt. Die Temperaturdifferenz zwischen denen durch die Ofengrundtemperatur erhitzten Bereichen und den kälteren Bereichen liegt also bei insbesondere mindestens 30 Kelvin, bevorzugt 50 Kelvin und besonders bevorzugt100 Kelvin.
Die kälteren Bereiche werden beispielsweise dadurch erzielt, dass die Platine in diesen Bereichen aktiv gekühlt wird, sei es durch Kontakt und/oder Strahlungswärmeaustausch mit kalten Körpern (Absorptionsmassen), und/oder durch Anblasen mit kalten Medien.
Im hinteren Ofenbereich oder im zweiten Ofen oder zweiten Ofenabschnitt liegt die Ofengrundtemperatur immer noch bei einer Temperatur, die so bemessen ist, dass die Platinen aufgrund der Ofengrundtemperatur nicht über den Ac Punkt der entsprechenden Legierung (also etwa 720°C) erhitzt werden würden, wobei die Berei- che, die gehärtet werden sollen, in diesem Ofenbereich mittels elektrisch beheizter Strahler oder schaltbarer Brenner auf eine Temperatur oberhalb Ac3, also die Auste- nitisierungstemperatur der entsprechenden Stahllegierung (üblicherweise 840 bis 930°C) aufgeheizt werden. Sowohl die Platine als auch das Strahler- bzw. Brennerfeld sind hierbei bevorzugt eben, wobei das Strahler- bzw. Brennerfeld in Durchlaufrichtung und quer dazu insbesondere schachbrettartig oder wabenförmig oder unregelmäßig segmentiert ist. Die entsprechenden Strahler bzw. Brenner sind hierbei einzeln zu- und abschaltbar, so dass auch einer getaktet zugeführten Platine ein entsprechendes Erwärmungsmuster durch die einzeln zu- und abschaltbaren beheizten Strahler bzw. Brenner aufbringbar ist.
Eine entsprechend aufgeheizte Platine kann anschließend in eine Vorkühlstation transferiert werden und anschließend umgeformt und gehärtet werden.
Erfindungsgemäß sind die einzelnen Strahler- bzw. Brennertemperaturen regelbar, so dass gegebenenfalls auch auf unterschiedliche Blechdicken eingegangen werden kann oder auf unterschiedliche Absorptionsvermögen der Bleche eingegangen werden kann.
Erfindungsgemäß können zudem Reflektorschablonen vorgesehen sein, welche zwi- sehen Strahler bzw. Brenner und Platine einschiebbar sind, um nur lokal Strahlung bzw. Flammen hindurch zu lassen und lokal höhere Trennschärfen zu erreichen, als dies mit einem Strahlerfeld alleine zu erreichen wären. Diese Reflektorschablonen können hierbei auch aktiv gekühlt sein, um erfindungsgemäß die Ofengrundtemperatur nicht unnötig zu erhöhen und die Trennschärfe weiter zu erhöhen.
Insbesondere die im ersten Ofenbereich kälter verbliebenen Bereiche können einerseits durch Reflektorschablonen entsprechend abgedeckt werden, andererseits können diese Bereiche auch in den Bereichen verbleiben, in denen die Strahler abgeschaltet sind oder mit verminderter Leistung strahlen.
Bei der Erwärmung im zweiten Ofenabschnitt verkleinert sich die Temperaturdifferenz zwischen den kälteren und heißeren Bereichen der Platine nicht, sodass die niedrige Starttemperatur der Platine in den kälteren Bereichen dazu führt, dass die Platine in diesen Bereichen auch im zweiten Ofenabschnitt nicht soweit erwärmt wird, dass dort eine Austenitisierung stattfinden würde. Dieser Effekt und auch die Trennschärfe lässt sich dadurch noch weiter erhöhen, dass diese Bereiche nicht bestrahlt werden oder gegenüber der Strahlung durch die Reflektorschablonen abgedeckt werden. Zudem kann zwischen dem vorderen und hinteren Ofenbereich, sofern es sich nicht um getrennte Ofenanlagen handelt, eine thermische Trennung vorgesehen sein, die beispielsweise als Schott ausgebildet ist. Erfindungsgemäß kann, um eine höhere Trennschärfe zwischen einzelnen zu- und abgeschalteten Strahler- bzw. Brennersegmenten zu erzielen, eine thermische Trennung vorgesehen sein, so dass beispielsweise Keramikplatten und dergleichen zwi- sehen den einzelnen Segmenten vorhanden sind, wobei diese gegebenenfalls bauteilabhängig einsteckbar sind bzw. von oben in Richtung zur aufzuheizenden Platine hin in das Strahler- bzw. Brennerfeld einschiebbar sind, um die Trennschärfe zwischen benachbarten Segmenten zu erhöhen. Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert.
Es zeigen dabei:
Figur 1 stark schematisiert einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ofen- anläge;
Figur 2 stark schematisiert ein Strahlerfeld innerhalb der Ofenanlage mit einer einschiebbaren Reflektorschablone. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor Blechplatinen 1 durch eine Ofenanlage 2 entlang einer Förderrichtung 3 hindurch zu fördern.
Die Ofenanlage 2 ist hierbei beispielsweise ein getaktet arbeitender Hubschritt Förderofen mit einer entsprechenden üblicherweise horizontal verlaufenden Förderein- richtung 4, wobei die Fördereinrichtung 4 an sich bekannt ist und beispielsweise eine getaktete Rollenförderanlage oder dergleichen sein kann.
Erfindungsgemäß ist die Ofenanlage 2 mit einem Ofeneingang 5 und einem Ofenausgang 6 ausgebildet, wobei vom Ofeneingang 5 zum Ofenausgang 6 hintereinan- der angeordnet zwei Ofenbereiche 7, 8 angeordnet sind, wobei ein vorderer Ofenbereich 7 und ein hinterer Ofenbereich 8 durch Durchlaufrichtung 3 hintereinander angeordnet sind.
Diese Ofenbereiche 7, 8 bilden jeweils einen Ofenraum, in dem eine vorbestimmte Ofenatmosphäre und eine vorbestimme Ofentemperatur herrschen. Insbesondere herrscht eine Ofentemperatur, die so bemessen ist, dass die Blechplatinen 1 durch die Ofenraumtemperatur nicht über ACi erhitzt werden. Die beiden Ofenbereiche 7, 8 können durch ein Schott 9 voneinander getrennt sein, welches so insbesondere von einer Ofendecke 10 und Ofenseitenwandungen (nicht gezeigt) verbindend ausgebildet ist, dass lediglich die Platinen auf der Fördereinrich- tung 4 zwischen den Ofenbereichen 7, 8 passieren können.
Im Bereich der Ofendecke 10 des zweiten Ofenbereichs 8 ist ein Strahlerfeld 1 1 angeordnet, welches aus elektrisch betätigten Strahlern und/oder Brennern besteht, die aneinander anliegend schachbrettartig (Figur 2) angeordnet sind.
Das Strahlerfeld 1 1 kann hierbei über schachbrettartige Unterteilungen 12 verfügen, welche sowohl in Längs- als auch in Querrichtung insbesondere durch keramische oder andere Unterteilungen dafür sorgt, dass die einzelnen Strahler des Strahlerfelds abgegrenzt sind.
Das Strahlerfeld 1 1 kann hierbei von Ofenseitenwandlungen 13, 14 und einem Ofenausgang 6 einerseits und von einem Schott 9 andererseits beabstandet sein.
Die einzelnen Strahler/Brenner 15 innerhalb des Strahlerfeldes können jeweils einzeln regelbar sein, d.h. an- und ausschaltbar sein und auch in der Temperatur regelbar sein. Um bestimmte Bereiche des Strahlerfeldes von anderen Bereichen des Strahlerfeldes abzugrenzen, insbesondere um Temperatureinflüsse des Strahlerfeldes und der einzelnen Strahler 15 auf die Platine 1 zu regeln, können Steckschotts 16 vorhanden sein, die insbesondere von einer Ofendecke her entsprechend der schachbrettartigen Unterteilung des Strahlerfeldes 1 1 hindurch steckbar sind und über das Strahlerfeld 1 1 hinaus in den Ofenraum reichen können.
Um spezielle Härtungskonturen der Platine 1 herbeizuführen und die Trennschärfe der Aufheizung des Strahlerfeldes weiter zu erhöhen, können von den Ofenseiten- Wandungen 13, 14 her, Reflektorschablonen 17 in den Ofenraum und über die Platine 1 einschiebbar eingeordnet sein, entsprechend einer Einschubrichtung 18.
Die Reflektorschablonen können hierbei im einfachsten Fall Metallbleche sein, die gegebenenfalls hochwarmfest und poliert sind, darüber hinaus können die Reflektor- Schablonen auch aus einer Keramik ausgebildet sein und auch über Kühlungen verfügen um gegebenenfalls Überhitzungen oberhalb oder unterhalb der Reflektorschablone zu vermeiden. Um im ersten Ofenbereich 7 Bereiche 18 eine Platine 1 , die nicht gehärtet werden sollen, weniger zu erwärmen, können z. B. Absorptionsmassen 19 auf die Platine 1 aufgelegt und wieder aufgenommen werden. Hier kann beispielsweise die Absorpti- onsmasse mit einem Manipulationsgestänge 20 vor einer Ofenseitenwandung 14 in den Raum 7 eingebracht und abgelegt werden.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass für die einzelnen Blechplatinen mit einer hohen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit ein entsprechendes Härtungsmuster über unter- schiedliche Temperaturen in der Blechplatine erzeugt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen lokal gehärteter Stahlblechbauteile, wobei Stahlblechteile durch einen Erwärmungsofen geführt werden, wobei der Erwärmungsofen in zwei in Förderrichtung (3) hintereinander angeordnete Ofenbereiche (7, 8) unter- teilt ist, wobei mindestens in einem ersten Ofenbereich (7) die Platine auf eine Temperatur unterhalb Aci erwärmt wird, wobei Bereiche, die nicht gehärtet werden sollen dabei weniger erwärmt werden und in einem zweiten Ofenbereich (8) die Platine in Bereichen, die einer zusätzlichen Aufwärmung unterzogen werden sollen mittels elektrisch betriebener Heizstrahler und/oder Brenner bestrahlt und/oder beheizt wird, wobei in Bereichen in denen keine über Aci gehende Erwärmung gewünscht ist einzelne Strahler und/oder Brenner in (15) abgeschaltet oder Muster von Strahlern und/oder Brennern (15) abgeschaltet werden, und/oder Reflektorschablonen oberhalb von nicht aufzuheizenden Bereichen zwischen das Strahler- und/oder Brennerfeld (1 1 ) und die Platine (1 ) geschoben werden, so- dass die Platine in nicht aufzuheizenden Bereichen von zusätzlichen Wärmeeintrag über Strahlung abgeschirmt wird und unter der Aci Temperatur verbleibt und wobei nur die Bereiche auf eine Temperatur unterhalb der Austenitisierungs- Start-Temperatur Aci erwärmt werden, die später auch gehärtet werden soll, während die anderen Bereiche deutlich geringer erwärmt werden und insbesondere bei einer Temperatur verbleiben, die bei maximal 620° Celsius liegt, wobei die Temperaturdifferenz zwischen den durch die Ofengrundtemperatur erhitzen Bereichen und den kälteren Bereichen bei insbesondere mindestens 30 Kelvin liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (1 ) getak- tet durch den Ofen (2) geführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in den Ofenräumen (7, 8) so gewählt ist, dass die Platine durch die Ofenraumtemperatur nicht über Aci erhitzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahler und/oder Brenner (15) des Strahler- und/oder Brennerfeldes (1 1 ) durch thermische Abtrennungen voneinander thermisch getrennt oder entkoppelt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschirmung der Platine (1 ) Wärmestrahlung durch das
Strahler- und/oder Brennerfeld, insbesondere lokale Abschirmung von Wärme aus dem Strahler- und/oder Brennerfeld vorgeformte Reflektorschablonen über die Platine schiebbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorschablonen aktiv gekühlt werden.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz zwischen denen durch die Ofengrundtemperatur erhitzten Bereichen und den kälteren Bereichen bei insbesondere mindestens 50 Kelvin und bevorzugt 100 Kelvin liegt.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ofen (2) vorhanden ist, wobei der Ofen über zwei in Förderrichtung (3) nachfolgend angeordnete Ofenräume (7, 8) verfügt, wobei der Ofen über zwei in Förderrichtung (3) nachfolgend angeordnete Ofenräume (7, 8) verfügt, wobei die Ofenräume eine Fördereinrichtung (4) besitzen, wobei die Fördereinrichtung eine Rollenfördereinrichtung und/oder eine Hubwolkenfördereinrichtung oder dergleichen Einrichtung zum getakteten Fördern von Platinen (1 ) ist, wobei im zweiten Ofenraum (8) ein Heizstrahler und/oder Brennerfeld (1 1 ) mit Heizstrahlern und/oder Brennern(15) vorhanden ist, wobei die Heizstrahler und/oder Brenner (15) vorhanden ist, wobei die Heizstrahler/Brenner (15) zu- und abschaltbare und der Intensität der Strahlung/Flamme regelbare Strahler und/oder Brenner sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Strahler/Brenner (15) schachbrettartig oder wabenförmig oder unregelmäßig im Strah- Ier-/Brennerfeld (1 1 ) angeordnet sind, wobei zwischen die Strahler (15) Abtrennungen oder Abschottungen einschiebbar angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Reflektorschablonen (18) vorhanden sind, welche so ausgebildet sind, dass sie zwischen die Fördereinrichtung (4) und das StrahlerVBrennerfeld (1 1 ) die Strahlung/Flamme der Strahler/Brenner (15) reflektieren bzw. von der Fördereinrich- tung (4) abschirmend angeordnet sind.
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