DE102015206183A1 - Halbzeug und seine Verwendung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein band-, platten- oder blechförmiges Halbzeug umfassend einen partikelverstärkten Stahlwerkstoff sowie eine entsprechende Verwendung des Halbzeugs.
Description
- Die Erfindung betrifft ein band-, platten- oder blechförmiges Halbzeug umfassend einen partikelverstärkten Stahlwerkstoff sowie eine entsprechende Verwendung des Halbzeugs.
- Auf die Automobilhersteller lastet ein enormer Druck, die CO2-Emissionen insbesondere bei Personenkraftwagen in den nächsten Jahren senken zu müssen, um nicht mit Geldstrafen belangt zu werden. Eine Möglichkeit, den CO2-Ausstoß zu senken, besteht unter anderem durch eine Reduzierung des Fahrzeuggewichts. Aufgrund der steigenden Sicherheitsanforderungen kann auch nicht ausgeschlossen werden, dass zukünftig zusätzliche Teile bzw. Bauteile im Fahrzeug eingebaut werden müssen, um diesen Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, was wiederum im Widerspruch zur angestrebten Reduzierung des Gesamtgewichts des Fahrzeugs steht. Eine Möglichkeit, Gewicht einzusparen, ist beispielsweise die Karosserie, Rahmen und/oder das Fahrwerk eines Fahrzeugs noch leichter, durch leichte und innovative Werkstoffe im Vergleich zu den konventionell eingesetzten Werkstoffen zu gestalten bzw. zu bauen. So können beispielsweise bauteilspezifisch konventionelle Werkstoffe durch leichtere Werkstoffe mit vergleichbaren Eigenschaften ersetzt werden.
- Beispielsweise können partikelverstärkte insbesondere mit TiC- und TiB2-Partikeln verstärkte hochfeste Stähle mit geringer Dichte und höherem E-Modul bei gleichbleibenden Eigenschaften dünner ausgelegt werden als konventionelle Stähle und durch die Reduzierung der Materialdicke kann positiv Einfluss auf das Gesamtgewicht des Bauteils respektive des Fahrzeugs genommen werden. Derartige Stahlwerkstoffe eignen sich hervorragend für die Automobilindustrie. Gattungsgemäße Stahlwerkstoffe sind im Stand der Technik bekannt und ein Ausführungsbeispiel ist in der
europäischen Offenlegungsschrift 2 703 509 offenbart. - Die Herstellung von partikelverstärkten Stahlwerkstoffen mit in der Stahlmatrix fein dispergierten Partikeln ist ebenfalls der Fachwelt bekannt (vgl. auch
EP 2 703 509 A1 ). Auf die Verteilung der Partikel innerhalb der Stahlmatrix kann nur bedingt oder mit hohem Aufwand Einfluss genommen werden, so dass nicht ausgeschlossen werden kann, dass sich die Partikel auch oberflächennah bzw. direkt an/auf der Oberfläche während des Herstellungsprozesses absetzen bzw. festsetzen. Die eingesetzten Partikel sind in der Regel härter als der Matrixwerkstoff, so dass es im Zuge der Fertigung zum Endprodukt dazu kommen kann, dass die harten Partikel aus der Oberflächenebene der Stahlmatrix herausragen, wodurch die formgebenden Werkzeuge, beispielsweise im Stahlwerk bei der Herstellung als auch im Presswerk bei der Weiterverarbeitung, im Bereich der Kontaktierung schneller verschleißen können bzw. einem hohen abrasiven Verschleiß unterliegen. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbzeug aus einem partikelverstärkten Stahlwerkstoff zur Verfügung zu stellen, mit welchem der abrasive Verschleiß an den formgebenden Werkzeugen im Wesentlichen verringert, insbesondere verhindert werden kann, sowie eine entsprechende Verwendung des Halbzeugs anzugeben.
- Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass der partikelverstärkte Stahlwerkstoff ein- oder beidseitig vollflächig und stoffschlüssig mit mindestens einer Lage aus einem nichtpartikelverstärkten Metallwerkstoff verbunden ist.
- Die Erfinder haben festgestellt, dass durch das Vorsehen mindestens einer Lage aus einem nichtpartikelverstärkten Metallwerkstoff, welche ein- oder beidseitig vollflächig und stoffschlüssig mit dem partikelverstärkten Stahlwerkstoff verbunden ist, kann sichergestellt werden, dass keine Partikel im oberflächennahen Bereich anwesend sind und dass die mindestens eine Lage aus einem nichtpartikelverstärkten Metallwerkstoff die Funktion einer Sperr- und/oder Schutzschicht übernimmt. Zur Verstärkung des Stahlwerkstoffs kommen alle geeigneten Partikel, insbesondere keramische Partikel beispielsweise SiC-, Al2O3-, TiC-, ZrO2 und/oder TiB2-Partikel, einzeln oder in Kombination in Frage, welche je nach Beschaffenheit der Partikel (Typ, Größe) in der Stahlmatrix mit einem Anteil zwischen 5 bis 40 Gew.-%, insbesondere mit einem Anteil zwischen 10 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise mit einem Anteil zwischen 15 bis 30 Gew.-% dispergiert sind.
- Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs weist die mindestens eine Lage aus dem nichtpartikelverstärkten Metallwerkstoff eine Materialdicke zwischen 0,2% und 20%, insbesondere zwischen 0,5% und 15% bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Halbzeugs auf. Der als Sperr- und/oder Schutzschicht vorgesehene nichtpartikelverstärkte Metallwerkstoff sollte in der Materialdicke derart bemessen sein, das zum Einen die Eigenschaften des partikelverstärkten Stahlwerkstoffs im Wesentlichen nicht negativ beeinflusst werden, wobei die Materialdicke der mindestens einen Lage maximal 20%, insbesondere maximal 15%, vorzugsweise maximal 10% bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Halbzeugs beträgt, und zum Anderen zu gewährleisten, dass die Partikel im partikelverstärkten nicht aus Oberfläche des Halbzeugs herausragen, wobei die Materialdicke der mindestens einen Lage mindestens 0,2%, insbesondere mindestens 0,5%, vorzugsweise mindestens 1% bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Halbzeugs beträgt.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs besteht der nichtpartikelverstärkte Metallwerkstoff aus einem Stahlwerkstoff, beispielsweise aus einem Baustahl oder einem Edelstahl. Je nach Verwendung des erfindungsgemäßen Halbzeugs eignen sich Baustähle als nichtpartikelverstärkte Stahlwerkstoffe, da sie sich relativ günstig herstellen lassen. Werden Edelstähle als nichtpartikelverstärkte Stahlwerkstoffe verwendet, kann neben der Verbesserung der Optik, je nach Edelstahl-Werkstoff, durch die Lage bzw. Lagen dem Halbzeug ein Korrosionsschutz, ohne eine zusätzliche Beschichtung vorzusehen, verliehen werden. Selbstverständlich sind je nach Verwendung auch andere Stahlwerkstoffe einsetzbar. Beispielsweise kann außenseitig auf dem erfindungsgemäßen Halbzeug auch eine organische und/oder anorganische Beschichtung, vorzugsweise eine Beschichtung auf Zink-Basis, appliziert sein.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbzeugs ist das Halbzeug mittels Plattieren, insbesondere Walzplattieren oder mittels Gießen hergestellt. Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Halbzeug mittels Warmwalzplattieren, wie es beispielsweise in der
deutschen Patentschrift 10 2005 006 606 offenbart ist, hergestellt. Es wird Bezug auf diese Patentschrift genommen, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird. Alternativ kann das erfindungsgemäße Halbzeug mittels Gießen hergestellt werden, wobei eine Möglichkeit zu seiner Herstellung in derjapanischen Offenlegungsschrift 03 133 630 - Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Halbzeugs. Das erfindungsgemäße Halbzeug wird insbesondere nach einer Formgebung zu einem Teil oder Bauteil für eine tragende Konstruktion verwendet. Als tragende Konstruktion kommen Rahmen, Hilfsrahmen beispielsweise im Fahrzeugbau (PKW, NFZ nebst Trailer) oder Eisenbahnbau, Schiffbau oder Luft- und Raumfahrt, aber auch im Baubereich, beispielsweise Pfeiler in Frage.
- 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
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- EP 2703509 [0003]
- EP 2703509 A1 [0004]
- DE 102005006606 [0010]
- JP 03133630 [0010]
Claims (6)
- Band-, platten- oder blechförmiges Halbzeug umfassend einen partikelverstärkten Stahlwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der partikelverstärkte Stahlwerkstoff ein- oder beidseitig vollflächig und stoffschlüssig mit mindestens einer Lage aus einem nichtpartikelverstärkten Metallwerkstoff verbunden ist.
- Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lage aus dem nichtpartikelverstärkten Metallwerkstoff eine Materialdicke zwischen 0,2% und 20%, insbesondere zwischen 0,5% und 15% bezogen auf die Gesamtmaterialdicke des Halbzeugs aufweist.
- Halbzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtpartikelverstärkte Metallwerkstoff vorzugsweise aus einem Stahlwerkstoff, insbesondere aus einem Baustahl oder einem Edelstahl besteht.
- Halbzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug mittels Plattieren oder mittels Gießen hergestellt ist.
- Verwendung eines Halbzeugs nach einem der vorgenannten Ansprüche, insbesondere nach Formgebung als Teil oder Bauteil für tragende Konstruktion.
- Verwendung nach Anspruch 5 im Baubereich, Fahrzeug-, Eisenbahn-, Schiffbau oder Luft- und Raumfahrt.
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