-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechbauteils
mit Bereichen unterschiedlicher Duktilität.
-
Im
Automobilbau bestehen weiterhin große Bestrebungen, den
Kraftstoffverbrauch und die damit verbundenen Emissionen zu reduzieren.
Hierbei steht insbesondere der Automobilindustrie der Wunsch im
Vordergrund, durch neue Materialien eine Gewichtsreduzierung des
Fahrzeuges vorzunehmen. Dabei können prinzipiell zwei Wege
eingeschlagen werden. Einerseits kann hier ein Ziel die Herstellung von
Stahllegierungen mit einem geringeren spezifischen Gewicht sein,
welche ansonsten die bisherigen günstigen Eigenschaften
beibehalten. Andererseits kann eine Gewichtsreduzierung durch Verringerung
des Bauteilquerschnittes durch den Einsatz von hoch und höherfesten
Stahlwerkstoffen erreicht werden.
-
Es
ist darüber hinaus bekannt, warmgeformte Bauteile für
beispielsweise Strukturbauteile wie B-Säulen, Streben und
Längsträger mit über dem Formbauteil
verteilt gleich bleibende Eigenschaften herzustellen. Dies geschieht
durch eine komplette Erwärmung der Ausgangsplatine bzw.
des Formbauteils mit einem anschließenden Warmumformschritt bzw.
Härten. In verschiedenen Anwendungsfällen der
Kraftfahrzeugtechnik sollen Formbauteile über bestimmte
Bereiche eine hohe Festigkeit, über andere Bereiche wiederum
eine im Verhältnis dazu höhere Duktilität
aufweisen. Hierbei ist bereits bekannt, über Wärmebehandlungen
ein Bauteil so zu behandeln, dass es lokal Bereiche höherer
Festigkeit oder höherer Duktilität aufweist.
-
So
zeigt die
DE 197 43
802 C2 ein Verfahren auf, ein Formbauteil mit Bereichen
unterschiedlicher Duktilität herzustellen, indem eine Ausgangsplatine vor
oder nach dem Pressen nur partiell erwärmt oder bei einer
vorausgegangenen homogenen Erwärmung in den Bereichen mit
gewünschter höherer Duktilität gezielt
nacherwärmt wird. Vorzugsweise geschieht die partielle
Erwärmung induktiv.
-
Die
DE 200 14 361 U1 beschreibt
eine B-Säule, die ebenfalls Bereiche unterschiedlicher Festigkeit
besitzt. Die Herstellung der B-Säule erfolgt im Warmformprozess,
wobei ausgehend von einer Formplatine oder einem vorgeformten Längsprofil dieses
im Ofen austenitisiert wird und anschließend in einem gekühlten
Werkzeug umgeformt/gehärtet wird. Im Ofen können
großflächige Bereiche des Werkstücks
gegen die Temperatureinwirkung isoliert werden, wobei in diesen
Bereichen die Austenitisierungstemperatur nicht erreicht wird und
sich demnach im Werkzeug bei der Härtung kein martensitisches
Gefüge einstellt.
-
Die
DE 102 56 621 B3 beschreibt
ein Verfahren, bei dem eine Ausgangsplatine oder ein vorgeformtes
Bauteil während des Transports durch einen Durchlaufofen
gleichzeitig mindestens zwei nebeneinander in Durchlaufrichtung
angeordneten Zonen des Durchlaufofens mit unterschiedlichen Temperaturniveaus
durchläuft. Eine Zone 1 des Durchlaufofens ist dabei auf
eine Temperatur A eingestellt und eine andere Zone 2 auf eine Temperatur
B, die höher ist als Temperatur A. Dadurch erwärmt
sich das Halbzeug in den Bereichen, in denen es den Durchlaufofen
in Zone 1 durchläuft auf Temperatur A und in den Bereichen,
in denen es Zone 2 durchläuft auf Temperatur B. Anschließend
wird das auf diese Weise unterschiedlich erwärmte Halbzeug
einem Warmformprozess und/oder Härteprozess unterworfen,
wodurch sich in dem zuvor auf Temperatur A erwärmten Bereich
1 des
Bauteils ein im Verhältnis zu dem auf Temperatur B erwärmten
Bereich
2 des Bauteils duktileres Gefüge einstellt.
-
Die
DE 102 08 216 C1 beschreibt
ein Verfahren, bei dem eine Ausgangsplatine bzw. ein vorgeformtes
Bauteil in einem Durchlaufofen auf Austenitisierungstemperatur gebracht
wird und Bereiche erster Art der Platine bzw. des vorgeformtes Bauteil,
die im späteren Endbauteil duktiler sind, von einer bestimmten
Abkühl-Starttemperatur aktiv z. B. mit Pressluft abgeschreckt
werden, wobei das aktive Abschrecken beendet wird, wenn eine vorgegebene Stopptemperatur
erreicht ist. Anschließend werden diese Bereiche annähernd
isotherm zur Umwandlung des Austenits in ein Gefüge mit
hohem Ferrit- und/oder Perlitanteil gehalten. Währenddessen
wird in Bereichen zweiter Art, die im Endbauteil im Verhältnis
geringere Duktilität aufweisen, eine Härtetemperatur
erreicht, die mindestens so hoch ist, dass eine ausreichende Martensitbildung
in diesen Bereichen während eines Härteprozesses
stattfinden kann. Während in den Bereichen erster Art eine
isotherme Umwandlung stattfindet, werden die Bereiche zweiter Art
vorwiegend oder gänzlich im Austenitbereich gehalten. Einem
zu starken Temperaturabfall kann hier beispielsweise mit einer Erwärmeinrichtung oder
mit einem reflektierenden Spiegel entgegengewirkt werden.
-
Diese
Verfahren weisen in ihrer Umsetzung teilweise einige Probleme auf
bzw. benötigen für die erfolgreiche Durchführung
technische Hilfsmittel wie beispielsweise Isolierungsmaterialien,
induktive Erwärmungsvorrichtungen bzw. aktive Kühlung, um
die gewünschten unterschiedlichen Gefügebereiche
im fertigen Bauteil einzustellen. Das Isolieren durch Abkapseln
im Ofen ist technisch aufwendig, weil in jedem Zyklus jedes einzelne
Teil eine eigene Isolierung braucht. Weiters lässt sich
ein Ofen mit unterschiedlichen Temperaturzonen in Durchlaufrichtung
speziell für vorgeformte Bauteile technisch schwer realisieren.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechbauteils
zu schaffen, mit welchem einfach und kostengünstig Bereiche
unterschiedlicher Duktilität erzeugt werden können.
-
Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Stahlblechbauteil
mit Bereichen unterschiedlicher Duktilität dadurch erzeugt,
dass gezielt in gewünschten Flächenbereichen das
Verhalten des Stahlblechs beim Erwärmen oder Abkühlen
geändert wird. Bekannterweise verändert Stahl
beim Erwärmen oder Abkühlen seine kristalline
Struktur, so dass beim Erwärmen und/oder Abkühlen
je nach Temperatur-Zeit-Verlauf unterschiedliche Phasen, z. B. Ferrit oder
Perlit oder Austenit vorliegen. In ebenso bekannter Weise wird diese
Phasenbildung dafür verwendet, bestimmte Eigenschaften
eines aus diesen Stählen hergestellten Produktes zu beeinflussen.
Ein Beispiel hierfür ist die Härtung, insbesondere
die Härtung von Bor-Mangan-Stählen.
-
Bei
bekannten Verfahren werden aus derartigen Stählen beispielsweise
Blechbauteile hergestellt, auf eine Temperatur aufgeheizt, bei der
sich Austenit im Gefüge bildet, oder sogar eine vollständige
Umwandlung in Austenit erzielt wird und anschließend rasch
abgekühlt, so dass sich ein Härtungsgefüge
bildet, welches es erlaubt, Festigkeiten bis ca. 1.500 MPa zu erzielen.
Bei einer nicht vollständigen Austenitisierung, d. h. geringeren
Temperaturen und/oder verringerten Haltezeiten kann das Gefüge
homogen nur auf einen bestimmten Teil der absolut erzielbaren Härte
gebracht werden. Üblicherweise werden diese Verfahren entweder
am bereits umgeformten Blechbauteil durchgeführt oder eine
Blechplatine wird auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt,
anschließend warm umgeformt und nach dem Warmumformen so
schnell abgekühlt, dass das gewünschte Gefüge
erzielt ist.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Gefüge über
die Fläche des Bauteils bzw. über die Fläche
der Platine variabel gestaltet, d. h. es werden beim Aufheizen im
Durchlaufofen und/oder Abkühlen des Halbzeugs beim Transfer
vom Durchlaufofen in die Presse Bereiche mit unterschiedlichen Gefügestrukturen
und damit unterschiedlichen Duktilitäten bzw. Härten
erzeugt. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch,
dass die Blechplatine oder das Stahlblechbauteil mit unterschiedlichen
Oberflächen ausgebildet wird.
-
Unterschiedliche
Oberflächen meint im Sinne der Erfindung, dass Oberflächen
vorhanden sind, die beim Aufheizen Wärme unterschiedlich
aufnehmen bzw. reflektieren bzw. beim Abkühlen Wärme unterschiedlich
abstrahlen. Diese Eigenschaft wird Emissivität genannt.
Durch die Einstellung der Stärke der Emissivität
kann erfindungsgemäß sehr feinfühlig das
Wärmeaufnahme- und Wärmeabgabeverhalten des entsprechenden
Bereichs gesteuert werden und damit auch das entsprechende Gefüge
sowohl beim Aufheizen als auch beim Abkühlen.
-
Ein
erfindungsgemäßer Ansatz für die Beeinflussung
der Emissivität ist die Verwendung einer metallischen Beschichtung
auf dem Stahlbauteil bzw. der Ausgangsplatine und insbesondere eine
metallische Beschichtung mit Zink oder auf Basis von Zink. Bekanntlich
bilden Beschichtungen aus Zink bzw. auf der Basis von Zink auf Oberflächen
von Stahlbauteilen beim Aufheizen im Grenzbereich zwischen Stahl Zinklegierungsschichten,
wobei je nach Höhe und Anwendungsdauer der Temperatur auch
eine Durchlegierung erzielbar ist. Es hat sich herausgestellt, dass
Beschichtungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen bezogen auf
Zink und Eisen und unterschiedlichen Zinkschichtdicken zu unterschiedlichen
Oberflächenemissivitäten bzw. Absorptionsgraden
führen. Grund hierfür ist die verschieden starke Legierungsreaktion
des Zinks mit dem darunter liegenden Eisen, was eine unterschiedlich
starke Bildung von Oberflächenoxiden, im speziellen Zinkoxidverbindungen,
zur Folge hat. Zinkoxidverbindungen zeigen typischerweise eine im
optisch sichtbaren Bereich leicht grünliche bis dunkelbraune
Färbung und entsprechend nimmt auch die Oberflächenemissivität zu.
So führen höhere Zinkauflagen und/oder dicke Fe-Al
Hemmschichten bei der Wärmebehandlung zu niedrigen Oberflächenemissivitäten,
während niedrige Zinkauflagen und/oder dünne Fe-Al
Hemmschichten zu hohen Oberflächenemissivitäten
führen. Als Hemmschicht wird eine Schicht bezeichnet, die durch
einen Aluminiumzusatz im Zinkbad zwischen dem Stahlsubstrat und
der Zinkschicht während der kontinuierlichen Schmelztauchbeschichtung
und ggf. nachfolgenden Wärmebehandlung auftritt.
-
Erfindungsgemäß kann
die Oberflächenemissivität aber auch durch zusätzliche
Beschichtungen auf anorganischer und organischer Basis auf einer
Zinkschicht und/oder Aluminium-Silizium Schicht – so genannte
Feueraluminierte Schichten – und/oder dem blanken Metall
bzw. durch Aufrauungen der Oberfläche durchgeführt
werden.
-
Erfindungsgemäß wird
die Oberflächenemissivität über die Ausgangs-Zinkschichtdicke
bei der Schmelztauchbeschichtung bzw. einer elektrolytischen Verzinkung
des Stahlbandes eingestellt. Die Ausgangs-Zinkschichtdicke kann
mittels variabler Einstellung des Abstreifdruckes bzw. zusätzlichen elektromagnetischen
Feldern bei der Schmelztauchverzinkung eingestellt werden. Bei elektrolytischen Beschichtungen
wird die aufzubringende Schichtdicke über die Stärke
des elektrolytisch wirksamen Stromes gesteuert.
-
Diese
Einstellung der Schichtdicke schon bei der Beschichtung des Bandes
wird dabei so ausgeführt, dass über die vorher
schon bekannten Schnittbilder von aus einem Band herzustellenden
Platinen und damit auch den damit festgelegten Bereichen unterschiedlicher
Emissivität die entsprechende Ansteuerung, beispielsweise
des Abstreifdruckes oder der die Elektrolyse beeinflussenden Parameter,
ermittelt wird. Somit wird ein entsprechendes Stahlband schon bei
der Beschichtung lage- und positionsgenau mit unterschiedlichen
Beschichtungsdicken ausgebildet, welche nach dem Schneiden der Platine
und gegebenenfalls dem Umformen bei einer Temperaturbehandlung die
Bereiche unterschiedlicher Emissivität ergeben.
-
Das
so hergestellte Stahlband wird in Folge so platiniert, dass die
Platine, aus der später das Bauteil durch direkte oder
indirekte Warmumformung hergestellt wird, mind. zwei Bereiche unterschiedlicher
Ausgangs-Zinkschichtdicke aufweist, wobei der im fertigen Bauteil
duktilere Gefügebereich bei Ausnutzen der Oberflächenemissivität
zur Gefügeeinstellung beim Erwärmen im Durchlaufofen
im Bereich der hohen Ausgangs-Zinkauflage bzw. bei Ausnutzen der
Oberflächenemissivität zur Gefügeeinstellung
beim Abkühlen in der Zeit des Transfers der Platine bzw.
des vorgeformten Bauteils vom Ofen in die Presse im Bereich der
niedrigeren Ausgangs-Zinkauflage zu liegen kommt.
-
Die
Oberflächenbehandlung des Stahlbandes, um bereits vor und/oder
während der Ofendurchlaufzeit unterschiedliche Oberflächenemissivitäten
zu erzeugen, kann ferner auf unterschiedliche Weisen erfolgen.
-
Dies
kann erfindungsgemäß durch eine Mattierungsbehandlung,
ein Dressieren, d. h. eine Mikrokonturierung der Oberfläche,
oder eine zusätzliche anorganische und/oder organische
Beschichtung erfolgen.
-
Zusätzliche
anorganische und/oder organische Beschichtungen können
erfindungsgemäß beispielsweise phosphathaltige
Substanzen sein, die definiert auf das Stahlband aber auch auf die
Platine bzw. das vorgeformte Bauteil beispielsweise durch Tauchen,
Sprühen oder Bedampfung appliziert werden können.
-
Es
ist somit möglich, die Halbzeugbereiche, die im Endzustand
eine hohe Oberflächenemissivität aufweisen sollen,
besonders stark absorbierend auszubilden, um einerseits beim Erhitzen
im Durchlaufofen ein rasches Erreichen der Austenitisierungstemperatur
bzw. andererseits ein rasches Abkühlen nach Ofenentnahme
und somit die Bildung eines Mischgefüges zu ermöglichen,
noch bevor der eigentliche Härte- bzw. Abkühlvorgang
startet. Die Halbzeugbereiche können eine mattierte, wenig
reflektierende bzw. dressierte Oberfläche erhalten oder
mit einer temporären dunklen Schutzschicht oder beispielsweise
mit einer Metalloxid- und/oder Metallnitridoberfläche versehen
sein, welche eine besonders gute Aufnahme bzw. Abgabe von Wärmestrahlung
ermöglicht.
-
Bei
der Erfindung ist von Vorteil, dass es gelingt, härtbare
Stähle, die für die Härtung einer Wärmebehandlung
unterzogen werden müssen, mit Bereichen unterschiedlicher
Duktilität auszubilden, wobei diese Ausbildung unterschiedlicher
Duktilitäten inline am Band erfolgt, was eine erhebliche
Kosteneinsparung zusätzlich aber auch eine hohe Prozesssicherheit
gewährleistet. Zudem ist von Vorteil, dass ein harmonischer
allmählicher Härteübergang erzielt wird,
im Gegensatz zu aus mehreren Blechen unterschiedlichen Härteeigenschaften
zusammengeschweißten Blechen (taylored welded blanks),
die abrupte Übergange besitzen.
-
Weiters
kann der Halbzeugbereich, der im Endbauteil ein gehärtetes,
martensitisches Gefüge aufweisen soll, durch ein im Infrarotbereich
reflektierendes Element und/oder eines zusätzlichen Heizelements,
beispielsweise in Form einer Stahlplatte bzw. -formteils als integraler
Bestandteil des Halbzeugträgersystems im Durchlaufen nach
Entnahme aus dem Ofen von einem zu raschen Abkühlen behindert
werden, da in diesem Fall ein freies Abkühlen an der Umgebungsluft
unterbunden wird.
-
Es
ist ferner erfindungsgemäß möglich, die unterschiedlich
vorhandenen bzw. sich im Durchlaufofen unterschiedlich ausbildenden
Oberflächenemissivitäten insofern zu nutzen, dass
in einem Zonendurchlaufofen beispielsweise erst in der letzten separaten
Zone in einem Halbzeugteilbereich mit hoher Oberflächenemissivität
die Austenitisierungstemperatur überschritten wird, während
in anderen Halbzeugbereichen mit deutlich niedriger Oberflächenemissivität
die Austenitisierungstemperatur bei Ofenentnahme nicht erreicht
wird und somit bei der anschließenden direkten und/oder
indirekten Warmumformung wieder Bereiche unterschiedlicher Duktilität entstehen.
-
Die
Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert.
Es zeigen hierbei:
-
1:
den Temperatur-Zeit-Verlauf einer 1 mm dicken Platine mit unterschiedlicher
Ausgangs-Zinkauflage in einem Strahlungsofen mit 900°C;
-
2:
Bereiche unterschiedlicher Emissivität einer Platine nach
Ofenentnahme mit niedriger und hoher Ausgangs-Zinkauflage;
-
3:
den Temperatur-Zeit-Verlauf einer 1 mm dicken Platine mit einer
homogenen, hohen Ausgangs-Zinkauflage, wobei ein Bereich zur Erzeugung einer
unterschiedlichen Emissivität mit einer Zink-Phosphat-Schicht
beschichtet ist in einem Strahlungsofen mit 900°C;
-
4:
Bereiche unterschiedlicher Emissivität einer Platine vor
und nach Erwärmung mit einem Zink-Phosphat bedeckten Bereich 1b und
einem Bereich mit niedriger Ausgangszinkauflage 2b;
-
5:
den Temperatur-Zeit-Verlauf einer 1 mm dicken Platine mit unterschiedlicher
Ausgangs-Zinkauflage nach Entnahme aus dem Strahlungsofen mit 900°C;
-
6:
den Temperatur-Zeit-Verlauf einer 1 mm dicken Platine mit einer
homogenen, niedrigen Ausgangs-Zinkauflage, wobei ein Bereich zur
Erzeugung einer unterschiedlichen Emissivität mit einer Bornitridbasislösung
beschichtet ist nach Entnahme aus einem Strahlungsofen mit 900°C;
-
7:
Bereiche unterschiedlicher Emissivität einer Platine nach
Ofenentnahme mit niedriger Ausgangszinkauflage 1c und einem
Bereich mit einer zusätzlichen Bornitridbasisbeschichtung 2c;
-
1 zeigt
den Temperatur-Zeit-Verlauf einer 1 mm dicken Platine (2)
mit unterschiedlicher Zinkauflage in einem Strahlungsofen mit 900°C. Während
der Bereich 1a der Platine, der mit einer Schmelztauchbeschichtung
von 2140 g/m2 beschichtet ist, sich rasch
aufgrund der sich ausbildenden Oberflächenoxide auf über
Austenitisierungstemperatur erwärmt, steigt die Temperatur
des anderen Bereichs 2a der Platine, der mit einer Schmelztauchbeschichtung
von 2275 g/m2 beschichtet ist, vergleichsweise
langsam an und ist – während der andere Bereich
schon vollaustenitisch ist – noch immer unterhalb der Austenitisierungstemperatur.
Erst nach einer längeren Verweilzeit im Ofen, kommt es
zu einem Angleich der beiden Temperaturen. Wird die so erwärmte
Platine zwischen zwei wassergekühlten Stahlplatten gehärtet,
noch bevor der Bereich 2a die Austenitisierungstemperatur
erreicht, stellen sich zwei unterschiedliche Gefügebereiche
ein. Während Bereich 1a vollmartensistisch wird,
zeigt sich im Bereich 2a eine Mischgefüge aus
vorzugsweise Ferrit, Perlit und Bainit mit typischen mechanischen
Eigenschaften von Rp0.2 > 300–400 MPa, Rm > 500–700 MPa
und A > 16%.
-
3 zeigt
den Temperatur-Zeit-Verlauf einer 1 mm dicken Platine (4)
mit einer homogenen Zinkauflage von 2275 g/m2 – wobei
der Teilbereich 1b mit einer Zinkphosphatschicht bedeckt
ist – in einem Strahlungsofen mit 900°C. Während
der Bereich 1b der Platine, der mit einer Schmelztauchbeschichtung
von 2275 g/m2 und einer Zinkphosphatschicht
beschichtet ist, sich rasch aufgrund der sich ausbildenden Oberflächenoxide
und der optisch dunkleren phosphathaltigen Schicht auf über
Austenitisierungstemperatur erwärmt, steigt die Temperatur
des Bereichs 2b der Platine, der mit einer Schmelztauchbeschichtung
von 2275 g/m2 beschichtet ist, vergleichsweise
langsam an und ist – während der andere Bereich
schon vollaustenitisch ist – noch immer unterhalb der Austenitisierungstemperatur. Erst
nach einer längeren Verweilzeit im Ofen, kommt es zu einem
Angleich der beiden Temperaturen. Wird die so erwärmte
Platine zwischen zwei wassergekühlten Stahlplatten gehärtet,
noch bevor der Bereich 2b eine Temperatur von ca. 820°C
erreicht, stellen sich zwei unterschiedliche Gefügebereiche
ein. Während Bereich 1b vollmartensistisch wird,
zeigt sich im Bereich 2b eine Mischgefüge aus
vorzugsweise Ferrit, Perlit und Bainit mit typischen mechanischen
Eigenschaften von Rp0.2 > 300–400 MPa, Rm > 500–700 MPa
und A > 16%.
-
5 zeigt
den Temperatur-Zeit-Verlauf einer 1 mm dicken Platine (2)
mit unterschiedlicher Zinkauflage nach der Entnahme aus einem Strahlungsofen
mit 900°C, wobei die gesamte Platine auf annähernd
Ofentemperatur erwärmt wurde, also vollaustenitisch ist.
Während der Bereich 1a der Platine, der mit einer
Schmelztauchbeschichtung von 2140 g/m2 beschichtet
ist, und rasch aufgrund der sich ausbildenden Oberflächenoxide,
d. h. mit einer hohen Oberflächenemissivität,
an der Umgebungsluft auskühlt, nimmt die Temperatur des
anderen Bereichs 2a der Platine, der mit einer Schmelztauchbeschichtung von
2275 g/m2 beschichtet ist, vergleichsweise
langsam ab. Wird die Platine zwischen wassergekühlten Stahlplatten
so gehärtet, dass der Bereich 1a den Temperaturbereich
zwischen ca. 700°C und ca. 600°C zur Bildung eines
Mischgefüges durchlaufen hat und dass der Bereich 2a eine
Temperatur von ca. 700°C noch nicht unterschritten hat,
stellen sich zwei unterschiedliche Gefügebereiche ein.
Während Bereich 2a vollmartensitisch wird, zeigt
sich im Bereich 1a ein Mischgefüge aus vorzugsweise
Fer rit, Perlit und Bainit mit typischen mechanischen Eigenschaften
von Rp0.2 > 300–400
MPa, Rm > 500–700
MPa und A > 16%.
-
6 zeigt
den Temperatur-Zeit-Verlauf einer 2 mm dicken Platine (7)
mit einer homogene Zinkauflage von 2140 g/m2 – wobei
der Teilbereich 2c mit einer Bornitridschicht bedeckt ist – nach
der Entnahme aus einem Strahlungsofen mit 900°C, wobei die
gesamte Platine auf annähernd Ofentemperatur erwärmt
wurde, also vollaustenitisch ist. Während der Bereich 1c der
Platine, der nur mit einer Schmelztauchbeschichtung von 2140 g/m2 beschichtet ist, und rasch aufgrund der
sich ausbildenden Oberflächenoxide, d. h. mit einer hohen
Oberflächenemissivität, an der Umgebungsluft auskühlt,
nimmt die Temperatur des anderen Bereichs 2c der Platine,
der mit Bornitrid beschichtet ist und zu einer vergleichsweisen
niedrigen Oberflächenemissivität nach Ofenentnahme
führt, relativ zu Bereich 1c langsam ab. Wird die
Platine zwischen wassergekühlten Stahlplatten so gehärtet,
dass der Bereich 1c den Temperaturbereich zwischen ca.
700°C und ca. 600°C zur Bildung eines Mischgefüges
durchlaufen hat und dass der Bereich 2c eine Temperatur
von ca. 700°C noch nicht unterschritten hat, stellen sich
zwei unterschiedliche Gefügebereiche ein. Während
Bereich 2c vollmartensitisch wird, zeigt sich im Bereich 1c ein
Mischgefüge aus vorzugsweise Ferrit, Perlit und Bainit
mit typischen mechanischen Eigenschaften von Rp0.2 > 300–400 MPa,
Rm > 500–700
MPa und A > 16%.
-
Die
Erfindung ist hierbei nicht auf härtbare Stähle,
beispielsweise vom Typ 22MnB5, beschränkt. Das beschriebene
Verfahren ist so z. B. auch auf Dualphasenstähle, Komplexphasenstähle aber
auch TRIP-Stähle (Transformation Induced Plasticity) oder
TWIP-Stähle (Twinning Induced Plasticity) anwendbar.
-
Wie
gezeigt, gelingt es mit der Erfindung, das Gefüge über
die Fläche eines Bauteils bzw. über die Fläche
einer Platine variabel zu gestalten, wobei es gelingt, beim Aufheizen
und Abkühlen, Bereiche mit unterschiedlichen Gefügestrukturen
und damit unterschiedlichen Duktilitäten bzw. Härten
zu erzeugen.
-
Hierbei
ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders günstig,
denn es gelingt, die Oberfläche des Stahlblechbandes inline,
d. h. in einem laufenden Bandprozess, durchzuführen. Bei
den Stahlblechbändern kann von Anfang an festgelegt werden,
wo die Bereiche unterschiedlicher Duktilität positioniert sein
sollen. Dem entsprechend kann mit variablen Abstreifdüsen
oder elektrischen Feldern in diesen Bereichen die Zinkauflage wie
gewünscht eingestellt werden. Im weiteren Prozess können
dann die entsprechenden Schnitte und Stanzungen erfolgen.
-
Alternativ
hierzu oder ergänzend können die vorbestimmten
Bereiche unterschiedlicher Duktilität mit Beschichtungen,
Aufrauungen, usw. auch zweidimensional über die Ausgangsplatine
bzw. über das vorgeformte Bauteil ausgebildet werden. Diese
Vorgehensweise ist insbesondere für das selektive lokale
Beschichten und somit Einstellen der Oberflächenemissivität
geeignet, womit lokal auf dem fertigen Bauteil die Duktilität
je nach Anforderung eingestellt werden kann. Eine Möglichkeit
besteht beispielsweise darin, die zusätzlichen anorganischen
und/oder organischen Beschichtungen durch selektives Aufpinseln
oder Aufwalzen, d. h. eine Übertragung über eine
rotierende Walze, auf die Metalloberfläche aufzubringen.
Das Auftragen kann auch durch selektives Aufsprühen, Aufspritzen
oder Aufdrucken mittels einer geeigneten Sprüh-, Spritz-
oder Druckeinrichtung (beispielsweise durch Siebdruck) oder eines
geeigneten Druckersystems oder auf eine an sich bekannte andere
Art und Weise erfolgen.
-
Durch
die beschriebene Vorgehensweise lassen sich gewünschte
duktile und weniger duktile Bereiche nahezu beliebiger Gestalt mit
einfachen Beschichtungssystemen bei geringen Kosten sehr einfach,
schnell und präzise aufbringen. Die beschriebenen Verfahren
ermöglichen weiters eine hohe Flexibilität und
sind insbesondere für dreidimensionale, vorgeformte Stahlbauteile
mit unterschiedlichsten Geometrien geeignet. So können
auf einfache Art und Weise dreidimsionale Stanzteile selektiv mit
Beschichtungen zur gezielten Einstellung der Oberflächenemissivität
versehen werden.
-
Da
diese Prozesse nicht erst bei der fertigen Platine oder beim umzuformenden
Bauteil erfolgen soll, sondern schon zu einem sehr frühen
Stadium, wird der Aufwand minimiert und damit die Kosten gesenkt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19743802
C2 [0004]
- - DE 20014361 U1 [0005]
- - DE 10256621 B3 [0006]
- - DE 10208216 C1 [0007]