DE102005033360A1

DE102005033360A1 - Verfahren zur Herstellung von vergüteten Stahl-Kraftfahrzeugbauteilen

Info

Publication number: DE102005033360A1
Application number: DE102005033360A
Authority: DE
Inventors: Philip Dipl.-Ing. Betz; Christian Martin Dr.-Ing. Erdmann; Gustav Dipl.-Ing. Hanisch; Marcus Dipl.-Ing. Rieth
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-07-16
Filing date: 2005-07-16
Publication date: 2007-01-18
Also published as: US20070012384A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von vergüteten Stahl-Tragstrukturen für Kraftfahrzeuge aus mehreren Stahlteilen, umfassend die Schritte DOLLAR A - Umformen und/oder Zurechtschneiden von mindestens zwei weichgeglühten Stahlteilen, DOLLAR A - Härten der mindestens zwei Stahlteile, DOLLAR A - Fügen der Stahlteile zu einer Tragstruktur, wobei erst nach dem Fügen in einer kombinierten Wärmebehandlung ein Anlassen und Spannungsarmglühen der Stahlteile in Form der Tragstruktur durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tragstrukturen für Kraftfahrzeuge aus mehreren Stahlteilen aus luftgehärtetem Stahl gemäß dem Gegenstand des Anspruchs 1, insbesondere ein Verfahren für die Herstellung von hochfesten und verzinkten Fahrwerksbauteilen aus luftgehärtetem Stahl.
Fahrwerks- und Tragstrukturen für Kraftfahrzeuge sind in den Kraftfahrzeugen lokal sehr unterschiedlichen Belastungszuständen ausgesetzt. So weisen beispielsweise Vorder- oder Hinterachsträger, Türaufprallträger Stoßfänger, Längs- oder Querträger komplex geformte Bauteile lokal unterschiedlicher Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen auf. Bei einstückigen Bauteilen kann diesen unterschiedlichen Anforderungen konstruktiv nur ungenügend nach gekommen werden. Statt dessen wird die Wanddicke dieser Bauteile häufig nach der höchsten Festigkeitsanforderung ausgelegt und die weniger belasteten Bereiche dementsprechend überdimensioniert.
Um diesen Nachteil zu umgehen werden zunehmend so genannte Tailored Blanks eingesetzt, bei denen vor der Formgebung Bleche unterschiedlicher Dicke miteinander verbunden werden. Durch die Anordnung der Bleche und deren Dickenverhältnis lassen sich die Festigkeitseigenschaften im umgeformten Bauteil lokal gezielt an die Erfordernisse anpassen. Dies Herstellung der Tailored Blanks ist kostenintensiv und die Verarbeitung bei komplexeren Bauteilen zum Teil sehr heikel.

In der DE 101 20 934 A1 wird zur Herstellung von Fahrwerks- und Karosseriebauteilen mit belastungsangepasster Bauteilkonstruktion vorgeschlagen, die Bauteile aus mehreren Komponenten mit unterschiedlichen auf die jeweilige lokale Belastungssituation angepassten Festigkeiten aufzubauen. Die in hoch belasteten Bereichen platzierten Bauteilkomponenten sind dabei warmvergütet. Bevorzugt werden warm vergütete und nicht vergütete Bauteilkomponenten zum fertigen Bauteil zusammen gefügt.

In der Praxis zeigt sich, dass es häufig erforderlich ist, diese Bauteile noch spannungsarm zu glühen. Dies ist insbesondere erforderlich, wenn die Bauteile noch feuerverzinkt werden sollen, da sonst Risse gebildet werden können. Dies bedeutet einen zusätzlichen thermischen Schritt.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen kostengünstigen Herstellungsprozess für Kraftfahrzeugbauteile aus vergütetem Stahl aus mindestens zwei zu fügenden Bauteilkomponenten bereitzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von vergüteten Stahl-Tragstrukturen für Kraftfahrzeuge aus mehreren Stahlteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltrungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren mit der Abfolge der folgenden Verfahrensschritte vorgesehen:

– Umformen und/oder Zurechtschneiden von mindestens zwei weichgeglühten Stahlteilen,
– Härten der mindestens zwei Stahlteile,
– Fügen der Stahlteile zu einer Tragstruktur und
– nach dem Fügen in einer kombinierten Wärmebehandlung ein Anlassen und Spannungsarmglühen der Stahlteile in Form der Tragstruktur.

Dabei ist es für die Erfindung von entscheidender Bedeutung, dass entgegen der üblichen Vorgehensweise nicht die einzelnen Bauteilkomponenten vergütet werden, sondern die Vergütung erst nach dem Fügen der Bauteilkomponenten zum fertigen Bauteil abgeschlossen wird. So werden die einzelnen Bauteilkomponenten lediglich gehärtet und erst später nach dem Fügen durch Anlassen und Spannungsarmglühen vergütet. Die Vergütung wird somit erst am gefügten Bauteil durchgeführt.

Diese Vorgehensweise hat den besonderen Vorteil, dass der Prozess des Anlassens der einzelnen Komponenten eingespart werden kann. Die Prozesskette verkürzt sich hierdurch erheblich.

Das Härten ist eine Wärmebehandlung – bestehend aus Austenitisieren und schnellem Abkühlen – mit dem Ziel der Martensitbildung.

Je nach Stahlzusammensetzung kann das Härten unterschiedlich durchgeführt werden. Die Umwandlungshärtung ist nur bei Werkstoffen möglich, die beim Abkühlen die y/a-Umwandlung durchmachen. Dies ist nicht für reine austenitische oder ferritische Stähle möglich. Voraussetzung für eine Härtesteigerung ist die Anwesenheit von mind. 0,2 Kohlenstoff, der im Gamma-Eisen gelöst ist, bei schneller Umwandlung aber nicht mehr ausdiffundieren kann und das Ferritgitter verspannt. Weil die Beweglichkeit des Kohlenstoffs in unlegierten Stählen größer ist als in manchen legierten (Mn-, Cr-, Ni-)Stählen, muss unlegierter Stahl mit größerer Abschreckgeschwindigkeit in Wasser abgekühlt werden. Demgegenüber wird legierter Stahl in Öl bzw. an Luft abgekühlt.

Die Ausscheidungshärtung benutzt das temperaturabhängige Lösungsvermögen des Eisengitters für gewisse Fremdatome. Gesättigte Mischkristalle werden abgeschreckt und scheiden bei Raumtemperatur überschüssige Fremdatome, die nicht mehr gelöst werden können, aus. Diese verspannen das Gitter und führen so zu einer Festigkeitssteigerung.

Durch das Härten entstehende Spannungen werden durch das Anlassen gemildert.

Das Vergüten ist eine aus Härten und Anlassen bestehende Wärmebehandlung, bevorzugt oberhalb 550°C. Durch die Umwandlungshärtung wird die Festigkeit gesteigert, zugleich aber auch das Gefüge neu gebildet und gefeint. Zwar wird beim Anlassen die zuvor erreichte Festigkeitszunahme teilweise wieder abgebaut, jedoch die Zähigkeit über den ursprünglichen Wert hinaus erhöht. Erfindungsgemäß findet das Anlassen erst nach dem Fügen der gehärteten Bauteilkomponenten statt, so dass die Vergütung erst nach dem Fügen abgeschlossen wird.

Weiterer Vorteil der Erfindung ist das Zusammenlegen von Anlassen und Spannungsarmglühen.

Beim Spannungsarmglühen werden innere Spannungen, die beim Abkühlen des Stahl-Werkstücks auftreten abgebaut.

Erfindungsgemäß wird erst nach dem Fügen in einer kombinierten Wärmebehandlung ein Anlassen und ein Spannungsarmglühen der Stahlteile durchgeführt. Bevorzugt liegt die Temperatur der kombinierten Wärmebehandlung bei 550 bis 690°C. Besonders bevorzugt werden 570 bis 650°C gewählt. Die Dauer der Wärmebehandlung liegt bevorzugt bei 30 Minuten bis 2 Stunden. Typischerweise wird die Härtung als Lufthärtung durchgeführt.

Nach dem Härten und vor dem Anlassen werden die einzelnen Bauteilkomponenten zur Stahl-Tragstruktur zusammengefügt. Hierbei sind die üblichen Fügeverfahren anwendbar. Bevorzugt wird das Schweißverfahren gewählt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise hat dabei den Vorteil, dass auch die Schweißnähte nun in der kombinierten Wärmebehandlung angelassen und Spannungsarm geglüht werden. Hierdurch wird die Güte der Schweißnaht erheblich verbessert.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung findet nach der kombinierten Wärmebehandlung eine Feuerverzinkung der vergüteten Stahl-Tragstruktur statt. Durch die Vergütung und das Spannungsarmglühen werden hierbei kaum noch störende Risse im Bauteil gebildet.

Eine weitere Variante sieht vor, die Tragstruktur nach der kombinierten Wärmebehandlung einer kathodischen Tauchlackierung (KTL) zuzuführen.

Zu den bevorzugten Stahl-Tragstrukturen gehören Karosserieteile und Fahrwerksbauteile von Kraftfahrzeugen. In einer bevorzugten Variante werden zumindest ein blechförmiges und ein rohrförmiges Stahlteil als Bauteilkomponente eingesetzt. Die Stahlteile können dabei mit unterschiedlicher Dicke eingesetzt werden.

Als rohrförmiges Stahlteil kann insbesondere ein durch Innenhochdruck umgeformtes (IHU) Bauteil verwendet werden.

Es ist von Vorteil, wenn an die Tragstruktur vor der kombinierten Wärmebehandlung Verbindungsteile und/oder Verbindungsmittel für die Befestigung an weiteren Bauteilen angebracht werden.

Die Verbindungsteile können insbesondere aus Schrauben, Nieten oder Muttern und die Verbindungsmittel insbesondere aus Bohrungen Hülsen oder Falzen bestehen.

Besonders bevorzugt werden die Verbindungsmittel bereits vor dem Härten angebracht. Hierdurch wird die Verarbeitung zur Einbringung der Verbindungsmittel erheblich vereinfacht.

Besonders bevorzugt wird das Verfahren angewendet, um hochfeste und verzinkte Fahrwerksbauteile aus luftgehärtetem Stahl herzustellen. Für die Stahlteile werden insbesondere legierte Stähle verwendet.

Claims

Verfahren zur Herstellung von vergüteten Stahl-Tragstrukturen für Kraftfahrzeuge aus mehreren Stahlteilen umfassend die Schritte – Umformen und/oder Zurechtschneiden von mindestens zwei weichgeglühten Stahlteilen, – Härten der mindestens zwei Stahlteile, – Fügen der Stahlteile zu einer Tragstruktur dadurch gekennzeichnet, dass – erst nach dem Fügen in einer kombinierten Wärmebehandlung ein Anlassen und Spannungsarmglühen der Stahlteile in Form der Tragstruktur durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 550 bis 690°C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 570 bis 650°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtung als Lufthärtung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen im wesentlichen durch Schweißen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur nach der kombinierten Wärmebehandlung feuerverzinkt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur nach der kombinierten Wärmebehandlung kathodisch tauchlackiert (KTL) wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein blechförmiges und ein rohrförmiges Stahlteil eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Stahlteile mit unterschiedlicher Dicke eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Tragstruktur vor der kombinierten Wärmebehandlung Verbindungsteile und/oder Verbindungsmittel für die Befestigung an weiteren Bauteilen angebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsteile aus Schrauben, Nieten oder Muttern und die Verbindungsmittel aus Bohrungen Hülsen oder Falzen bestehen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Stahlteile legierte Stähle verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hochfeste und verzinkte Fahrwerksbauteile aus luftgehärtetem Stahl hergestellt werden.