[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils
mit mindestens zwei Bereichen mit voneinander verschiedener Festigkeit und einer Schutzschicht
gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1.
[0002] Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Kraftfahrzeugbauteile mittels Blechumformung
herzustellen. Zum einen werden Blechaußenhautbauteile hergestellt, beispielsweise
eine Motorhaube oder auch eine Dachhaut. Bei einer selbsttragenden Karosserie werden
jedoch auch Kraftfahrzeugstrukturbauteile hergestellt. Diese sind insbesondere Kraftfahrzeugsäulen,
Dachholme, Schweller, Querträger oder Längsträger sowie weitere in der Kraftfahrzeugkarosserie
verbaute Strukturbauteile.
[0003] Im Zuge der gestiegenen Sicherheitsanforderungen an die Kraftfahrzeugkarosserie selber
sowie auch die gesetzlichen Anforderungen an einen geringeren Kraftstoffverbrauch
sowie geringeren CO2 Ausstoß hat sich aus dem Stand der Technik die Warmumform- und
Presshärtetechnologie durchgesetzt. Hierzu werden Blechbauteile aus einer härtbaren
Stahllegierung zunächst auf eine Temperatur über AC3 erwärmt, so dass sich das Werkstoffgefüge
austenitisiert. In diesem warmen Zustand wird dann die Platine umgeformt und nach
Abschluss der Umformung derart rasch abgekühlt, dass das Werkstoffgefüge gehärtet
wird. Insbesondere wird dabei Martensit gebildet.
[0004] In der Folge ist es möglich Bauteile mit geringeren Wandstärken herzustellen, was
das Bauteilgewicht senkt, jedoch bei gleichzeitig mindestens gleichbleibender oder
höherer Festigkeit.
[0005] Aus der
DE 102 08 216 C1 ist es ferner bekannt, Bauteile bereits während des Pressumformens mit Bereichen
voneinander verschiedener Festigkeit herzustellen.
[0006] Auch aus der
EP 2 905 346 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem bei einem umgeformten Stahlblechbauteil ein partiell
voneinander verschiedenes Temperaturprofil aufgeprägt wird.
[0007] Die Bauteile aus einer härtbaren Stahllegierung sind jedoch gleichsam anfällig gegenüber
Korrosion, weshalb es ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt ist, warmumgeformte
und pressgehärtete Bauteile mit einer Korrosionsschutzschicht zu versehen.
[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit aufzuzeigen Kraftfahrzeugbauteile
kostengünstig mit einem Korrosionsschutz herzustellen, die gezielt scharf berandete
Bereiche mit voneinander verschiedenen Festigkeiten aufweisen.
[0009] Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen
im Patentanspruch 1 gelöst.
[0010] Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen
beschrieben.
[0011] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils mit mindestens
zwei Bereichen mit voneinander verschiedener Festigkeit und einer Korrosionsschutzschicht
zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus:
- Bereitstellen von vorbeschichteten Platinen, insbesondere Platinenzuschnitten, aus
einer härtbaren Stahllegierung,
- Homogenes Erwärmen auf eine Aufwärmtemperatur, größer gleich AC3 Temperatur,
- Halten der Aufwärmtemperatur, so dass die Vorbeschichtung mit der Platine durchlegiert,
- Homogene Zwischenkühlung der durchlegierten Platine auf eine Zwischenkühltemperatur
zwischen 450°C und 700°C,
- Partielles Erwärmen der Platine von der Zwischenkühltemperatur in Bereichen erster
Art auf mindestens AC3 Temperatur und Halten von Bereichen zweiter Art auf im Wesentlichen
der Zwischenkühltemperatur
- Warmumformen und Presshärten der partiell temperierten Platine zu dem Kraftfahrzeugbauteil,
wobei in Bereichen erster Art eine Zugfestigkeit größer 1400 MPa und in Bereichen
zweiter Art eine Zugfestigkeit kleiner 1050 MPa sowie ein dazwischen liegender Übergangsbereich
mit einer Breite kleiner 50mm eingestellt werden.
[0012] Somit sieht das Verfahren zunächst vor, vorbeschichtetes Ausgangsmaterial aus einer
härtbaren Stahllegierung bereitzustellen. Hierbei kann es sich um ein von einem Coil
abgewickeltes Stahlmaterial handeln, welches bereits zu Platinen vereinzelt ist oder
aber auch direkt um Platinenzuschnitte. Ein Platinenzuschnitt weist dabei annähernd
einen endkonturnahen Beschnitt auf, den das Bauteil nach dem Warmumformen aufweisen
soll.
[0013] Dieses Ausgangsmaterial ist vorbeschichtet. Hierbei handelt es sich insbesondere
um eine Aluminiumsiliziumbeschichtung. Bei der härtbaren Stahllegierung handelt es
sich bevorzugt um einen Bor-Mangan-Stahl.
[0014] Zunächst ist nunmehr vorgesehen, dass das Ausgangsmaterial auf eine Aufwärmtemperatur
erwärmt wird, die größer gleich der AC3 Temperatur des Eisenkohlenstoffdiagramms der
härtbaren Stahllegierung ist. Diese Aufwärmtemperatur wird weiterhin bevorzugt für
einen Zeitraum gehalten, insbesondere für 90 s bis 300 s. Dabei findet ein Durchlegieren
der Vorbeschichtung mit der Platine statt. Dies wird auch als Eindiffundieren der
Vorbeschichtung in die Oberfläche der Platine bezeichnet. Die Beschichtung weist bevorzugt
eine Schichtdicke zwischen 20 µm und 40 µm auf. Es bildet sich insbesondere eine ausgeprägte
intermetallische Phase. Das homogene Erwärmen auf die Aufwärmtemperatur wird insbesondere
in einem Durchlaufofen durchgeführt.
[0015] Ist die Aufwärmtemperatur erreicht und insbesondere die Haltephase der Aufwärmtemperatur
abgeschlossen, findet eine homogene Zwischenkühlung der durchlegierten Platine mit
der Vorbeschichtung auf eine Zwischenkühltemperatur statt. Die Zwischenkühltemperatur
beträgt zwischen 450°C und 700°C, sie ist mindestens jedoch kleiner der Aufwärmtemperatur
und somit besonders bevorzugt kleiner AC1. Bevorzugt wird auch die Zwischenkühltemperatur
+/- 50°C für eine Haltezeit gehalten. Durch die Zwischenkühlung und insbesondere aufgrund
des Temperaturbereiches der Zwischenkühlung lassen sich gezielt ein oder mehrere Werkstoffgefüge
einstellen. Wird die Zwischenkühltemperatur bei ca. 500°C gewählt, so wandelt sich
das Werkstoffgefüge überwiegend in Bainit um, welches nach dem Abschreckhärten eine
Zugfestigkeit von 750 MPa bis 1050 MPa aufweist. Wird die Zwischenkühltemperatur bei
ca. 600°C gewählt, bildet sich ein überwiegend ferritisch/perlitisches Gefüge aus,
mit einer Zugfestigkeit von ca. 500 MPa bis 750 MPa nach dem Abschreckhärten. Beispielsweise
wird zur Einstellung eines bainitischen Werkstoffgefüges auf eine Zwischenkühltemperatur
von ca. 500°C mit einer Kühlrate zwischen 3 bis 15°C/Sek. abgekühlt. Die anschließende
Haltezeit beträgt bevorzugt 30 s bis 90 s. Um ein ferritisch/perlitisches Werkstoffgefüge
zu erhalten, wird mit einer Kühlrate von 3 bis 15°C/Sek. auf eine Temperatur von ca.
600°C abgekühlt und ebenfalls für eine Zeit von 30 s bis 90 s diese Zwischenkühltemperatur
gehalten.
[0016] Damit nunmehr Bereiche des Kraftfahrzeugbauteils voneinander verschiedene Festigkeiten
aufweisen und insbesondere einige Bereiche hochfeste oder höchstfeste Eigenschaften
mit einer Zugfestigkeit größer 1300 MPa, insbesondere größer 1400 MPa aufweisen, wird
die homogen zwischengekühlte und durchlegierte Platine partiell von der Zwischenkühltemperatur
+/- 50°C in Bereichen erster Art und somit bereichsweise auf mindestens AC3 Temperatur
erwärmt. Die übrigen Bereiche werden Bereiche zweiter Art genannt, welche im Wesentlichen
auf der Zwischenkühltemperatur +/- 50° gehalten werden. Das Erwärmen der Bereiche
erster Art auf mindestens AC3 Temperatur, bevorzugt auf 930°C bis 980°C, wird bevorzugt
derart durchgeführt, dass die Bereiche erster Art vollständig austenitisieren. Ist
diese Erwärmung der Bereiche erster Art auf mindestens AC3 Temperatur durchgeführt,
so wird die partiell in Bereichen voneinander verschieden temperierte Platine in ein
Warmumform- und Presshärtewerkzeug überführt in diesem temperierten Zustand warmumgeformt
und anschließend pressgehärtet. Es wird somit in den Bereichen ersten Art eine Zugfestigkeit
größer 1400 MPa und in den Bereichen zweiter Art eine Zugfestigkeit Rm kleiner 1050
MPa eingestellt.
[0017] Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass ein Übergangsbereich zwischen den
Bereichen erster Art und zweiter Art eine Breite kleiner 50 mm aufweist. Insbesondere
kann dies dadurch erreicht werden, dass das partielle Erwärmen der Bereiche erster
Art auf mindestens AC3 Temperatur in einer besonders kurzen Zeit durchgeführt wird,
insbesondere mit einer Heizrate größer 30°C/Sek. Die Zeit für das Erwärmen beträgt
bevorzugt weniger als 20 s, insbesondere weniger als 15 s, besonders bevorzugt weniger
als 10 s. Die in der Platine auftretende Wärmeleitung von Bereichen erster Art zu
Bereichen zweiter Art findet aufgrund der Kürze der Zeit nur im geringen Maße statt,
so dass ein scharf berandeter Übergangsbereich mit dem anschließenden Warmumformen
und Presshärten erreicht wird. Die Taktzeit für das Warmumformen und Presshärten beträgt
bevorzugt ca. 10 s bis 20 s, insbesondere 15 s. Weiterhin wird insbesondere eine relativ
kurze Transferzeit zwischen Abschluss der Zwischenkühlung bzw. Beenden der Haltezeit
der Zwischenkühlung und dem Warmumform- und Presshärtewerkzeug realisiert. Als Transferzeit
sind bevorzugt 2 s bis 15 s vorgesehen.
[0018] Besonders bevorzugt wird weiterhin das homogene Erwärmen auf Aufwärmtemperatur in
einem Durchlaufofen durchgeführt. Das homogene Zwischenkühlen auf Zwischenkühltemperatur
sowie das gegebenenfalls optionale Halten der Zwischenkühltemperatur wird ebenfalls
in einem Durchlaufofen durchgeführt. Dieser Durchlaufofen für das Zwischenkühlen ist
bevorzugt als Durchlaufofenmodul ausgebildet und insbesondere direkt an den Durchlaufofen
des Erwärmens auf Aufwärmtemperatur angeschlossen. Alternativ kann das Zwischenkühlen
auch in einem Kammerofen durchgeführt werden. Weiterhin alternativ wäre es möglich
eine separate Kühlstation zu verwenden. Weiterhin wird für das gesamte homogene Erwärmen
und homogene Zwischenkühlen ein Durchlaufofenmodul eingesetzt, wobei in dem Durchlaufofenmodul
eine Kühlstation bzw. Kühlplatten integriert sind, um die Zwischenkühlung durchzuführen.
[0019] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit insbesondere Strukturbauteile für
Kraftfahrzeuge hergestellt werden, die kleinflächige, streifenartige und/oder inselartige
weiche Bereiche, mithin Bereiche zweiter Art aufweisen sollen. Dies können beispielsweise
Triggerstreifen oder Seitenwandinseln sein, so dass gezielte Solldeformationsstellen
im Falle eines Fahrzeugcrashs zuerst verformt werden. Auch können Koppelstellen, insbesondere
Koppelflansche der Bauteile zur Koppelung zweier Kraftfahrzeugbauteile miteinander
mit Bereichen zweiter Art mithin weichen Bereichen ausgebildet sein, so dass im Falle
eines Kraftfahrzeugcrashs und einer Deformation ein Abreißen der Koppelungsstellen
in diesen Bereichen vermieden wird sowie die Rissneigung entlang von späteren Fügestellen
reduziert wird.
[0020] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es weiterhin möglich eine Breite des Übergangsbereiches
kleiner 40 mm, insbesondere kleiner 30 mm und besonders bevorzugt kleiner 25 mm einzustellen.
Es können somit sehr scharf berandete Bereiche mit voneinander verschiedener Festigkeit
abgegrenzt werden.
[0021] Die Bereiche zweiter Art, insbesondere die weichen Bereiche sind dabei bevorzugt
jedoch bezogen auf die Gesamtfläche des Kraftfahrzeugbauteils nur eine kleine Fläche
abdeckend bzw. einnehmend ausgebildet. Der überwiegende Teil des Kraftfahrzeugbauteils
soll ein gehärtetes Werkstoffgefüge mithin Bereiche erster Art aufweisen. Bevorzugt
weist mehr als 70%, insbesondere mehr 80% und besonders bevorzugt mehr als 90% des
Kraftfahrzeugbauteils Bereiche erster Art auf.
[0022] Weiterhin besonders bevorzugt kann die Zwischenkühlung auf die Zwischenkühltemperatur
mehrstufig und somit mindestens zweistufig durchgeführt werden. Eine erste Stufe der
Zwischenkühlung weist eine höhere Abkühlrate gegenüber einer zweiten Stufe mit einer
geringeren Abkühlrate auf. Dies bedeutet, dass die Temperatur stärker abnimmt in der
ersten Stufe des Zwischenkühlens. In der zweiten Stufe des Zwischenkühlens wird weniger
Temperatur über einen längeren Zeitraum abgenommen. An das mindestens zweistufige
Zwischenkühlen kann sich dann wiederum eine Haltephase auf Zwischenkühltemperatur
anschließen.
[0023] Je nach Durchführung des Zwischenkühlens wird somit ein überwiegend bainitsches Gefüge
eingestellt oder ein überwiegend ferritisch/perlitsches Gefüge. Es kann jedoch auch
bei dem Zwischenkühlen ein Mischgefüge aus Ferrit, Perlit und Bainit eingestellt werden.
[0024] Im Anschluss an das Zwischenkühlen wird dann das partielle Erwärmen durch insbesondere
Kontakterwärmen der Bereiche erster Art durchgeführt. Gleichzeitig werden die Bereiche
zweiter Art insbesondere auf im Wesentlichen der Zwischenkühltemperatur gehalten.
Das partielle Erwärmen findet besonders bevorzugt durch Kontakterwärmung statt. Hierzu
werden Kontaktplatten auf die Oberfläche der durchlegierten Platine aufgelegt. Es
findet eine Konduktion mithin Wärmeleitung von der Kontaktplatte in die Platine statt.
Die Kontaktplatte weist dazu bevorzugt eine Temperatur auf, die größer gleich der
AC3 Temperatur ist. Die Kontaktplatte selbst wird erwärmt durch Induktion, durch Wärmestrahlung,
insbesondere durch Brennererwärmung. Auch kann ein Heizmittel beispielsweise eine
Heizpatrone oder Heizdraht der Kontaktplatte zugeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich,
dass die Kontaktplatte selbst als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet ist.
Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Kontaktplatte erwärmt sich die Kontaktplatte
somit selber. Wird die Kontaktplatte auf die Platine aufgelegt, findet eine Wärmeleitung
von der Kontaktplatte in die Platine statt und zwar wenigstens in den zu austenitisierenden
Bereichen erster Art.
[0025] Alternativ ist es möglich, dass das partielle Erwärmen in einem mindestens zwei Zonen
aufweisenden Ofen durchgeführt wird. Auch ist es möglich Kühlplatten bzw. Temperierplatten
in einen Ofen zu integrieren bzw. auf die Platine aufzulegen, so dass die Kühlplatten
die Bereiche zweiter Art auf der Zwischenkühltemperatur gehalten werden und in dem
Ofen Bereiche erster Art auf eine Temperatur größer gleich AC3 erwärmt werden. Der
Ofen kann als Durchlaufofen ausgebildet sein, jedoch auch als Kammerofen, Etagenofen
oder auch Pufferofen.
[0026] Wiederum alternativ ist es möglich, dass die Bereiche erster Art direkt mittels Laserstrahlung
erwärmt werden. Dies ist insbesondere sinnvoll wenn besonders großflächige Bereiche
zweiter Art vorgesehen sind, die folglich nicht auf über AC3 erwärmt werden sollen.
[0027] Insbesondere ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren somit möglich in den weicheren
Bereichen, mithin Bereichen zweiter Art eine Zugfestigkeit zwischen 750 MPa und 1050
MPa einzustellen, was einem bainitischem Gefüge mit martensitischem Anteil entspricht.
Es ist weiterhin möglich in den weicheren Bereichen eine Zugfestigkeit zwischen 600
MPa und 750 MPa einzustellen, was einem ferritsch/perlitischem Gefüge Anteilen entspricht.
[0028] Insbesondere werden somit Kraftfahrzeugbauteile als Strukturbauteile hergestellt.
Dies sind bevorzugt Kraftfahrzeugsäulen, ganz besonders bevorzugt A-Säulen oder B-Säulen.
Es können jedoch auch Längsträger hergestellt werden. Weiterhin können Holme, insbesondere
Dachholme oder auch Schweller hergestellt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
können jedoch auch Fahrwerksbauteile hergestellt werden. Insbesondere werden Koppelflansche,
Solldeformationsstellen, Koppelbereiche, Lochränder, Triggerstreifen und/oder Seitenwandinseln
als Bereiche zweiter Art mithin weichere Bereiche ausgebildet.
[0029] Besonders bevorzugt wird als Warmumform- und Presshärtewerkzeug ein mehrfachfallendes
Werkzeug eingesetzt. Insbesondere ein zweifachfallendes oder vierfachfallendes Werkzeug.
Dies bedeutet, dass bei einer Bewegung zwei Bauteile gleichzeitig umgeformt werden
und nach Abschluss der Umformung die zwei Bauteile ebenfalls gleichzeitig pressgehärtet
werden. Bei einem vierfachfallenden Werkzeug werden bei einer Schließbewegung vier
Platinen zu Bauteilen gleichzeitig umgeformt und alle vier Bauteile im Anschluss pressgehärtet.
[0030] Weiterhin besonders bevorzugt können für ein zweifachfallendes Warmumform- und Presshärtewerkzeug
zwei einzelne Temperierstationen eingesetzt werden. Als Temperierstation kann sowohl
eine Kühlstation zum Zwischenkühlen als auch eine partielle Erwärmungsstation zum
partiellen Erwärmen auf über AC3 bezeichnet werden. Dies bedeutet, dass für ein zweifachfallendes
Warmumform- und Presshärtewerkzeug zwei einzelne Zwischenkühlstation und/oder zwei
einzelne Erwärmungsstationen eingesetzt werden. Für ein vierfach fallendes Warmumform-
und Presshärtewerkzeug können zwei jeweils doppelt fallende Temperierstationen eingesetzt
werden, mithin zwei zweifachfallende Kühlstationen und zwei zweifachfallende partielle
Erwärmungsstationen.
[0031] Bevorzugt arbeiten die Temperierstationen im Pressentakt des Warmumform- und Presshärtewerkzeuges.
- Figur 1
- eine erfindungsgemäße Warmformlinie zur Durchführung des Verfahrens mit Kontakterwärmung,
- Figur 2
- eine alternative Ausgestaltungsvariante zu Figur 1 mit Zweizonenofenerwärmung,
- Figur 3
- eine Veranschaulichung des Übergangsbereiches und
- Figur 4
- ein Zeit-Temperaturdiagramm zur Durchführung des Verfahrens.
[0032] In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen
verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
[0033] Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Warmformlinie 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Zunächst wird eine Platine 2 in Form eines Platinenzuschnitts und hier
insbesondere für eine B-Säule bereitgestellt. Diese durchläuft einen Durchlaufofen
3, wobei in einer ersten Aufwärmzone 4 des Durchlaufofens 3 die Platine 2 auf eine
Temperatur größer gleich AC3 Temperatur erwärmt wird. Mithin spätestens am Ende 5
der Aufwärmzone 4 des Durchlaufofens 3 weist die Platine 2 die Aufwärmtemperatur auf.
Sie kann jedoch auch die Aufwärmtemperatur vor Erreichen des Endes 5 aufweisen und
behält dann für die restliche Zeit der Aufwärmzone 4 die Aufwärmtemperatur bei. Dabei
legiert die Vorbeschichtung mit der Platine 2 durch, so dass am Ende 5 der Aufwärmzone
4 die Beschichtung vollständig mit der Platine 2 durchlegiert ist. Daran anschließend
folgt eine Zwischenkühlzone 6, in der die Platine 2 auf eine Temperatur zwischen 450°C
und 700°C abgekühlt wird, mindestens jedoch kleiner der Aufwärmtemperatur. Am Ende
7 der Zwischenkühlzone 6 weist die homogen zwischengekühlte Platine 8 die Zwischenkühltemperatur
auf.
[0034] Die homogen zwischengekühlte Platine 8 wird sodann in eine Kontakterwärmungsstation
9 überführt, wobei durch Schließen der Kontakterwärmungsstation 9 die Platine 2 durch
bereichsweisen Kontakt mit den Kontaktplatten 9a partiell auf eine Temperatur in Bereichen
erster Art 10 von mindestens AC3 erwärmt wird. In Bereichen zweiter Art 11 weist die
Platine 2 eine Temperatur auf, die im Wesentlichen der Zwischenkühltemperatur +/-
50°C entspricht. Insbesondere wird dies dadurch erreicht, dass der Bereich erster
Art 10 einen direkten Anlagenkontakt mit Kontaktplatten 9a der Kontakterwärmungsstation
9 aufweist. Die Bereiche zweiter Art 11 liegen nicht direkt an den Kontaktplatten
9a an, mithin ist eine Vertiefung 9d als isolierender Luftspalt 9b dazwischen angeordnet.
Die Kontaktplatten 9a werden selbst durch ein Heizmittel 9c, beispielsweise einen
Induktor erwärmt. Die Bereiche erster Art 10 und die Bereiche zweiter Art 11 an der
temperierten Platine 12 sind nach dem Warmumformen und Presshärten gleichzusetzen
mit den Bereichen erster Art 10 mit hoher Festigkeit und den Bereichen zweiter Art
11 mit einer demgegenüber geringeren Festigkeit.
[0035] Die partiell temperierte Platine 12 wird unmittelbar anschließend in ein Warmumform-
und Presshärtewerkzeug 13 überführt und durch Warmumformen und Presshärten zu dem
Kraftfahrzeugbauteil 14 mit zwei Bereichen mit voneinander verschiedener Festigkeiten
umgeformt. Hier veranschaulicht ist die Herstellung einer B-Säule, wobei der Platinenzuschnitt
an die Endkontur der B-Säule nach dem Umformen angepasst ist sowie die B-Säule nach
der Umformung im Querschnitt ein hutförmiges Profil aufweist. Es ist jedoch auch möglich
Holme, Längsträger sowie andere Kraftfahrzeugstrukturbauteile mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren herzustellen.
[0036] Figur 1 zeigt weiterhin ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug 13, hier insbesondere
dargestellt als zweifachfallendes Werkzeug. Dies bedeutet, dass mit einer Schließbewegung
zwei Bauteile gleichzeitig umgeformt und pressgehärtet werden. Es kann bevorzugt auch
ein vierfach fallendes Werkzeug eingestellt werden. Auch die Kontakterwärmungsstation
9 kann zweifachfallend, bevorzugt vierfachfallend ausgebildet sein.
[0037] Figur 2 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante zu Figur 1, wobei hier im Unterschied
zur Kontakterwärmungsstation 9 ein Zonenofen 15 eingesetzt ist. Der Zonenofen 15 weist
eine erste Zone 16 mit höherer Temperatur, insbesondere größer gleich AC3 Temperatur
auf und eine zweite Zone 17 mit geringerer Temperatur auf, wobei die geringere Temperatur
der Zwischenkühltemperatur +/-50°C entspricht. In dem Zonenofen 15 kann beispielsweise
ein Schott 18 oder ähnliches angeordnet sein, so dass die auf Zwischenkühltemperatur
sich befindende Platine 8 in voneinander verschiedenen Bereichen entsprechend temperiert
wird. Auch hierdurch wird eine partiell temperierte Platine 12 mit einem Bereich erster
Art 10 und einem Bereich zweiter Art 11 hergestellt, die anschließend warmumgeformt
und pressgehärtet wird. Der Zonenofen 15 muss nicht als Zweizonenofen, er kann auch
als Mehrfachzonenofen ausgebildet sein, je nach geometrischer Vorgabe der Lage der
Bereiche erster Art 10 und zweiter Art 11. Der Zonenofen 15 kann als Durchlaufofen
betrieben werden. Er kann jedoch auch, insbesondere zur Platzersparnis als Etagenofen,
mithin mehrstöckig ausgebildet sein. Auch kann er als mehrstöckiger Durchlaufofen
ausgebildet sein. In der ersten Zone 16 weist der Ofen besonders bevorzugt eine deutlich
höhere Innenraumtemperatur auf, insbesondere größer 1000°C.
[0038] Figur 3 zeigt eine Veranschaulichung der Bereiche erster und zweiter Art 10, 11 sowie
einen dazwischenliegenden Übergangsbereich 19. Der Übergangsbereich 19 erstreckt sich
mit einer Breite zwischen Bereich erster Art 10 und Bereich zweiter Art 11. Die Breite
beträgt erfindungsgemäß bevorzugt weniger als 50 mm. Der Bereich zweiter Art 11 ist
hier als Inselbereich oder Binnenbereich ausgebildet. Er ist folglich vollständig
von dem Bereich erster Art 10 umschlossen. Der Bereich erster Art 10 weist im Rahmen
der Erfindung bevorzugt eine Zugfestigkeit größer 1400 MPa, insbesondere größer 1500
MPa auf. Die Zugfestigkeit sollte bei ca. 2000 MPa begrenzt sein. Sollte es jedoch
durch eine Stahllegierung möglich sein größere Zugfestigkeiten zu erreichen, wäre
dies auch im Sinne dieser Erfindung.
[0039] Figur 4 zeigt einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei
die einzustellende Temperatur T in Gradcelsius dargestellt ist auf der Y-Achse und
die Zeit in Sekunden dargestellt ist auf der X-Achse jedoch leider nicht Maßstabgetreu.
Zunächst wird beim Zeitpunkt S0 die Platine 2 bereitgestellt bei Raumtemperatur. Diese
wird dann in den Durchlaufofen 3 verbracht und bis zum Zeitpunkt S1 auf die Aufwärmtemperatur,
hier dargestellt bei ca. AC3, erwärmt. Die exemplarisch gezeigten Erwärmungsverläufe
können in der Realität linear, progressiv, degressiv oder in Mischformen verlaufen.
Diese sind hier nur zur Veranschaulichung entsprechend durch gerade Linien und nicht
maßstabgetreu dargestellt. Die Zeit zum Erwärmen beträgt ca. 300 bis 400 s, insbesondere
320 bis 380 s, bevorzugt 350 bis 370 s und insbesondere 360 s. Dies kann auch bereits
das Halten der Aufwärmtemperatur bis zum Zeitpunkt S2 mit beinhalten. Zum Zeitpunkt
S2 wird die homogen erwärmte und durchlegierte Platine 8 zum homogenen Zwischenkühlen
überführt und homogen auf die Zwischenkühltemperatur abgekühlt. Dies wird in einer
Zeit bevorzugt zwischen 30 s und 200 s, bevorzugt 50 s bis 100 s durchgeführt. Die
homogen zwischengekühlte Temperatur verlässt somit zum Zeitpunkt S3 die Zwischenkühlstation
und wird in eine partielle Erwärmungsstation übergeben, beispielsweise in eine Kontakterwärmungsstation
9. Dies ist zum Zeitpunkt S4 dargestellt. Bevorzugt ist die Transferzeit von S3 bis
S4 möglichst kurz. Der Erwärmungsschritt von Zwischenkühltemperatur auf partielle
Erwärmungstemperatur ist vom Zeitpunkt S3 bis S5 dargestellt. Von S4, Beginn der partiellen
Temperierung bis S5, Abstellen der partiellen Temperierung dauert es in der Regel
weniger als 20 s, insbesondere weniger als 15 s, bevorzugt weniger als 10 s, ganz
besonders bevorzugt 8 s. Zum Zeitpunkt S5 wird dann die partiell temperierte Platine
12 in das Warmumform- und Presshärtewerkzeug 13 übergeben und warmumgeformt und pressgehärtet.
Die Bereiche erster Art 10 werden dabei von der Erwärmungstemperatur mithin größer
gleich der AC3 Temperatur abgeschreckt und die Bereiche zweiter Art 11 von der Zwischenkühltemperatur
+/- 50°C, hier dargestellt im Bereich von AC1 abgeschreckt. Zum Zeitpunkt S6 ist die
Presshärtung beendet, wobei die Temperatur des pressgehärteten Bauteils bei der Entnahme
aus dem Presswerken zwischen Raumtemperatur, mithin ca. 20°C und 200°C beträgt.
Bezugszeichen:
[0040]
- 1 -
- Warmformlinie
- 2 -
- Platine
- 3 -
- Durchlaufofen
- 4 -
- Aufwärmzone zu 3
- 5 -
- Ende zu 4
- 6 -
- Zwischenkühlzone zu 3
- 7 -
- Ende zu 6
- 8 -
- homogen zwischengekühlte Platine
- 9 -
- Kontakterwärmungsstation
- 9a -
- Kontaktplatte
- 9b -
- Luftspalt
- 9c -
- Heizmittel
- 9d -
- Vertiefung
- 10 -
- Bereich erster Art
- 11 -
- Bereich zweiter Art
- 12 -
- partiell temperierte Platine
- 13 -
- Warmumform- und Presshärtewerkzeug
- 14 -
- Kraftfahrzeugbauteil
- 15 -
- Zonenofen
- 16 -
- erste Zone zu 15
- 17 -
- zweite Zone zu 15
- 18 -
- Schott zu 15
- 19 -
- Übergangsbereich zwischen 10 und 11
- 20 -
- Breite zu 19
1. Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils (14) mit mindestens zwei Bereichen
mit voneinander verschiedener Festigkeit und einer Schutzschicht,
gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte:
- Bereitstellen von vorbeschichteten Platinen (2), insbesondere Platinenzuschnitten,
aus einer härtbaren Stahllegierung,
- Homogenes Erwärmen auf eine Aufwärmtemperatur, größer gleich AC3 Temperatur,
- Halten der Aufwärmtemperatur, so dass die Vorbeschichtung mit der Platine (2) durchlegiert,
- Homogene Zwischenkühlung der durchlegierten Platine (2) auf eine Zwischenkühltemperatur
zwischen 450 und 700°C,
- Partielles Erwärmen der Platine (2) von der Zwischenkühltemperatur in Bereichen
erster Art (10) auf mindestens AC3 Temperatur und Halten von Bereichen zweiter Art
(11) auf im Wesentlichen der Zwischenkühltemperatur
- Warmumformen und Presshärten der partiell temperierten Platine (12) zu dem Kraftfahrzeugbauteil
(14), wobei in Bereichen erster Art (10) eine Zugfestigkeit größer 1400MPa und in
Bereichen zweiter Art (11) eine Zugfestigkeit kleiner 1050MPa sowie ein dazwischen
liegender Übergangsbereich (19) eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das homogene Erwärmen auf Aufwärmtemperatur in einem Durchlaufofen (3) durchgeführt
wird und/oder dass das homogene Zwischenkühlen auf Zwischenkühltemperatur in einem
Durchlaufofen (3) oder in einem Kammerofen durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergangsbereich (19) mit einer Breite (20) kleiner 50 mm, insbesondere kleiner
40 mm, bevorzugt kleiner 30 mm, besonders bevorzugt kleiner 25 mm eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorbeschichtung eine AISi Beschichtung verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die homogene Zwischenkühlung mehrstufig durchgeführt wird.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Stufe der Zwischenkühlung mit einer höheren Abkühlrate gegenüber einer
zweiten oder weiteren Stufen mit einer geringeren Abkühlrate durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Zwischenkühlung ein überwiegend bainitisches Gefüge eingestellt wird oder
dass mit der Zwischenkühlung ein überwiegend ferritisch/perlitisches Gefüge eingestellt
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das partielle Erwärmen durch Kontakterwärmung durchgeführt wird, insbesondere durch
Kontaktplatten (9a) oder Walzen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das partielle Erwärmen in einem mindestens zwei Zonen (16, 17) unterschiedlicher
Temperatur aufweisenden Ofen durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmumformen und Presshärten in einem zweifach oder vierfach fallenden Warmumform-
und Presshärtewerkzeug (13) durchgeführt wird und insbesondere ein zweifachfallendes
oder vierfachfallendes Kontakterwärmungswerkzeug (9) eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Bereichen zweiter Art (11) eine Zugfestigkeit zwischen 750 und 1050MPa oder eine
Zugfestigkeit zwischen 600 und 750MPa eingestellt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Kraftfahrzeugbauteil Strukturbauteile hergestellt werden, insbesondere Kraftfahrzeugsäulen,
Längsträger, Holme oder Schweller oder dass Fahrwerksbauteile hergestellt werden.
1. Method for producing a motor vehicle component (14) having at least two regions with
differing strengths and a protective layer,
characterised by the following method steps:
- provision of pre-coated plates (2), in particular plate blanks, made of a hardenable
steel alloy,
- homogeneous heating to a heating temperature greater than or equal to AC3 temperature,
- maintaining the heating temperature so that the pre-coating alloys with the plate
(2),
- homogeneous intermediate cooling of the alloyed plate (2) to an intermediate cooling
temperature between 450 and 700°C,
- partial heating of the plate (2) in regions of the first type (10) from the intermediate
cooling temperature to at least AC3 temperature and maintaining regions of the second
type (11) substantially at the intermediate cooling temperature,
- hot-forming and press-hardening of the partially tempered plate (12) to form the
motor vehicle component (14), a tensile strength greater than 1400 MPa being set in
regions of the first type (10) and a tensile strength less than 1050 MPa being set
in regions of the second type (11) and in a transition region (19) lying therebetween.
2. Method according to claim 1, characterised in that the homogeneous heating to heating temperature is carried out in a continuous furnace
(3) and/or in that the homogeneous intermediate cooling to intermediate cooling temperature is carried
out in a continuous oven (3) or in a chamber oven.
3. Method according to claim 1 or 2, characterised in that a transition region (19) with a breadth (20) less than 50 mm, in particular less
than 40 mm, preferably less than 30 mm, particularly preferably less than 25 mm, is
set.
4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterised in that an AlSi coating is used as a pre-coating.
5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the homogeneous intermediate cooling is carried out in several stages.
6. Method according to the preceding claim, characterised in that a first stage of the intermediate cooling is carried out with a higher cooling rate
compared to a second or further stages with a lower cooling rate.
7. Method according to one of claims 1 to 6, characterised in that a predominantly bainitic structure is set with the intermediate cooling or that a
predominantly ferritic/pearlitic structure is set with the intermediate cooling.
8. Method according to any one of claims 1 to 7, characterised in that the partial heating is carried out by contact heating, in particular by contact plates
(9a) or rollers.
9. Method according to any one of claims 1 to 8, characterised in that the partial heating is carried out in an oven having at least two zones (16,17) of
different temperature.
10. Method according to any one of claims 1 to 9, characterised in that the hot forming and press hardening is carried out in a double or quadruple hot-forming
and press-hardening tool (13) and in particular a double or quadruple contact heating
tool (9) is utilised.
11. Method according to any one of claims 1 to 10, characterised in that a tensile strength between 750 and 1050 MPa or a tensile strength between 600 and
750 MPa is set in regions of the second type (11).
12. Method according to any one of Claims 1 to 11, characterised in that as motor vehicle component structural components are produced, in particular motor
vehicle pillars, longitudinal beams, spars or sills, or in that chassis components are produced.
1. Procédé de fabrication d'un composant de véhicule à moteur (14) avec au moins deux
zones avec une résistance différente l'une de l'autre et une couche de protection,
caractérisé par les étapes de procédé suivantes :
- fourniture de circuits imprimés (2) prérevêtus, en particulier des découpes de circuits
imprimés, à partir d'un alliage d'acier durcissable,
- chauffage homogène à une température de chauffe supérieure à la température AC3,
- maintien de la température de préchauffage de sorte que le prérevêtement recouvre
le circuit imprimé (2),
- refroidissement intermédiaire homogène du circuit imprimé (2) recouvert à une température
de refroidissement intermédiaire entre 450 et 700 °C,
- chauffage partiel du circuit imprimé (2) de la température de refroidissement intermédiaire
dans des zones de premier type (10) à au moins une température AC3 et maintien de
zones de second type (11) essentiellement à la température de refroidissement intermédiaire
- thermoformage et trempe à la presse du circuit imprimé (12) partiellement tempéré
sur le composant de véhicule à moteur (14), dans lequel une résistance à la traction
supérieure à 1400 MPa dans des zones de premier type (10) et une résistance à la traction
inférieure à 1050 MPa dans des zones de second type (11) ainsi qu'une zone de transition
(19) se trouvant entre ces deux-ci est réglée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage homogène à la température de préchauffage est effectué dans un four
de recuit continu (3) et/ou en ce que le refroidissement intermédiaire homogène est effectué dans un four de recuit continu
(3) ou dans un four à chambres.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une zone de transition (19) est réglée avec une largeur (20) inférieure à 50 mm, en
particulier inférieure à 40 mm, de préférence inférieure à 30 mm, le plus préférentiellement
inférieure à 25 mm.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un revêtement AlSi est utilisé comme prérevêtement.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le refroidissement intermédiaire homogène est effectué en plusieurs paliers.
6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'un premier palier du refroidissement intermédiaire est effectué avec une vitesse de
refroidissement plus élevée par rapport à un deuxième ou à un autre palier avec une
vitesse de refroidissement plus faible.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une structure principalement bainitique est réglée avec le refroidissement intermédiaire
ou en ce qu'une structure essentiellement ferrique/perlitique est réglée avec le refroidissement
intermédiaire.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le chauffage partiel est effectué par un chauffage par contact, en particulier par
des plaques de contact (9A) ou des rouleaux.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le chauffage partiel est effectué dans un four présentant au moins deux zones (16,
17) de température différente.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'étape de thermoformage et la trempe à la presse est effectuée dans un outil de
thermoformage et trempe à la presse (13) à double ou quadruple chute, et en particulier
un outil de chauffage par contact (9) à double ou quadruple chute est employé.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, dans les zones de second type (11), une résistance à la traction entre 750 et 1050
MPa ou une résistance à la traction entre 600 et 750 MPa est réglée.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que des composants structuraux sont fabriqués en tant que composants de véhicules à moteur,
en particulier des colonnes de véhicules à moteur, des longerons, des mancherons ou
des bas de caisse ou en ce que des composants de véhicule à moteur sont fabriqués.