DE102005003551B4

DE102005003551B4 - Verfahren zur Warmumformung und Härtung eines Stahlblechs

Info

Publication number: DE102005003551B4
Application number: DE200510003551
Authority: DE
Inventors: Gerd Wunderlich
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: DE102005003551A1

Abstract

Verfahren zur Warmumformung und Härtung eines härtbaren Stahlblechs, bei dem zunächst eine austenitisierende Erwärmung des Stahlblechs über den A_C3 Punkt erfolgt, wobei das Verfahren weiterhin eine Umformung und eine Abkühlung des Stahlblechs umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass nach der austenitisierenden Erwärmung zunächst eine Abkühlung des Stahlblechs auf Temperaturen im Bereich von 400°C bis 600°C vorgesehen ist und erst nach Erreichen dieses Temperaturbereichs eine Umformung des Stahlblechs zum Formteil erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Warmumformung und Härtung eines härtbaren Stahlblechs, bei dem zunächst eine austenitisierende Erwärmung des Stahlblechs über den A_C3 Punkt erfolgt, wobei das Verfahren weiterhin eine Umformung und eine Abkühlung des Stahlblechs umfasst.
Bei den bislang bekannten Wärmebehandlungs- und Umformverfahren zur Herstellung hochfester Blechformteile geht man in der Regel so vor, dass im Anschluss an eine austenitisierende Erwärmung des Stahlblechs bei hohen Temperaturen die Umformung beginnt und anschließend eine Abkühlung erfolgt bis in das Martensitgebiet. Dieses bekannte Verfahren wird auch als Hochtemperatur-Thermomechanische Behandlung mit martensitischer Härtung (HTMB) bezeichnet. Nach diesem bekannten Verfahren hergestellte Karosserieteile, insbesondere aus Feinblech haben vergleichsweise ungünstige Beschneideigenschaften, weisen starke Verzunderung oder Wärmeverzug auf und lassen sich nur mit vergleichsweise hohem Werkzeugverschleiß weiter verarbeiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Warmumformung und Härtung von Stahlblechen zur Verfügung zu stellen, welches zu besseren Produkteigenschaften führt und insbesondere ein Beschneiden umgeformter Stahlbleche mit geringerem Verschleiß ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Warmumformung und Härtung von Stahlblechen der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise für härtbare Feinbleche, vorzugsweise für Stahlbleche mit einem C-Gehalt von etwa 0,1% bis etwa 0,3% angewandt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Anschluss an eine austenitisierende Erwärmung des Stahlblechs bis in das γ-Gebiet, das heißt, bis über den A_C3 Punkt sich eine vorzugsweise vergleichsweise rasche Abkühlung bis auf einen Temperaturbereich von 400°C bis 600°C anschließt. Mit Erreichen dieses Temperaturbereichs von 400°C bis 600°C erfolgt eine vorzugsweise ebenfalls vergleichsweise rasche Umformung des Blechs zu dem gewünschten Formteil.
Die Temperaturführung und Umformung erfolgt dabei vorzugsweise so, dass weder das Ferrit-, noch das Perlit- noch das Martensitgebiet erreicht wird. Vorzugsweise wird nach Erreichen des genannten Temperaturbereichs isotherm umgeformt bis das Zwischenstufengebiet erreicht wird, so dass das sich einstellende Gefüge ein Zwischenstufengefüge ist.
Gegenüber den gegenwärtig praktizierten Herstellungsverfahren liefert das erfindungsgemäße Verfahren eine Reihe von Vorteilen. Es entsteht weniger Zunder auf der Oberfläche, so dass das Abkühlen gegebenenfalls noch im Schutzgasteil des Ofens erfolgen kann. Eine Entzunderung zwischen Ofen und Umformwerkzeug ist möglich, da genügend Zeit vorhanden ist und eine Temperaturabsenkung ohnehin beabsichtigt ist. Die geringe Wärmguttemperatur ermöglicht beispielsweise das Arbeiten mit Magnetgreifern. Das Umformwerkzeug muss nicht abgekühlt werden, sondern verbleibt bei einer konstanten Temperatur, die innerhalb des genannten Bereichs von 400°C bis 600°C liegt, beispielsweise bei 450°C. Das sich einstellende Zwischenstufengefüge bringt eine hinreichend hohe Festigkeit bei erhöhter Bruchdehnung und wesentlich verbesserten Schweißeigenschaften. Gegenüber dem sich bei Anwendung des aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens ergebenden Martensitgefüge ergeben sich wesentlich verbesserte Eigenschaften, insbesondere beim nachfolgenden Beschneiden und Lochen eines Blechformteils. Der Werkzeugverschleiß ist wesentlich geringer, da das gesamte Werkzeug keiner großen Temperaturwechselfolge ausgesetzt ist. Während beispielsweise bei den bekannten Verfahren eine Abkühlung um ca. 600°C (von etwa 900°C auf etwa 300°C) bei jedem Umformvorgang erfolgte, liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Temperaturdifferenz bei jedem Umformvorgang beispielsweise bei etwa 200°C (zum Beispiel Abkühlung von 600°C auf 400°C während des Umformvorgangs). Die geringere Umformtemperatur bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht den Einsatz von Schmiermitteln.
Das erfindungsgemäße Verfahren der kombinierten Warmumformung und Zwischenstufenhärtung liefert eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem bislang bei der Umformung von Stahlblechen üblichen Verfahren der Hochtemperatur-thermomechanischen Behandlung mit martensitischer Härtung.
Weitere Vorteile liegen darin, dass nur eine vergleichsweise kurzzeitige Erwärmung bis über A_C3 erforderlich ist. Damit wird eine Grobkornbildung im Blech verhindert. Es kann noch im Ofen, das heißt noch im Schutzgasbereich eine Herabkühlung des Wärmgutes erfolgen, was zu einer Verringerung der Zunderbildung führt. Alternativ dazu kann außerhalb des Ofens eine Entzunderung erfolgen, da eine Temperaturverringerung technologisch vorgeschrieben ist. Die verringerte Zunderbildung führt zu besserer Qualität und geringerem Werkzeugverschleiß. Die geringeren Temperaturwechsel je Abpressvorgang führen ebenfalls zu geringerem Werkzeugverschleiß. Mit dem sich einstellenden Zwischenstufengefüge erhält man eine genügende Festigkeit, bei besseren Dehneigenschaften und besserer Beschneidbarkeit des Blechteils. Die Schweißeigenschaften werden ebenfalls verbessert.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin die Verwendung eines Verfahrens der vorgenannten Art zur thermomechanischen Niedertemperatur-Behandlung von Feinblechen. Gegenstand des vorliegenden Verfahrens ist insbesondere die thermomechanische Niedertemperatur-Behandlung von Feinblechen für Karosserieteile. Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigt
1 ein schematisch vereinfachtes Diagramm zu dem erfindungsgemäßen Verfahren der Niedertemperatur-Thermomechanischen Behandlung von Blechen.
Es wird auf 1 Bezug genommen. Das Diagramm zeigt den Temperaturverlauf in Abhängigkeit von der Zeit bei einem erfindungsgemäßen Wärmebehandlungs- und Umformverfahren. Die verschiedenen Gefüge, die bei einer Warmumformung von Stahlblechen abhängig vom Temperaturverlauf auftreten, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Temperatur, bei deren Überschreiten eine Austenitisierung erfolgt, da das Kristallgitter in ein kubisch flächenzentriertes Gitter umschlägt, wird als A_C3-Linie bezeichnet. Diese A_C3-Linie ist mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt zunächst eine Austenitisierung eines Stahlblechs, das heißt eine Erwärmung über die A_C3-Linie 10 hinaus. Danach erfolgt eine vergleichsweise rasche Abkühlung entlang der Temperaturlinie 11, wobei diese Abkühlung innerhalb des Austenitgebiets 12 erfolgt und nicht die Umwandlungslinie 13 der Abgrenzung zum Martensitgebiet 14 unterschreitet.
Nach dieser verhältnismäßig raschen Abkühlung auf der Temperaturlinie 11 innerhalb des Austenitgebiets 12 folgt dann eine Umformung 15 des Stahlblechs unter isothermen Bedingungen zur Herstellung des gewünschten Formteils. Die Temperaturlinie 16 verläuft also weiterhin horizontal und somit wird unter isothermen Bedingungen das Gebiet 17 des Zwischenstufengefüges erreicht. Es ist also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine thermomechanische Behandlung bei Niedertemperatur vorgesehen und die Temperaturlinie 16 verläuft vorzugsweise isotherm innerhalb eines Temperaturbereichs von ca. 400°C bis 600°C. Wie das Diagramm, zeigt, erfolgt die Abkühlung im Bereich der Temperaturlinie 11 innerhalb des Austenitgebiets von einer Temperatur über A_C3 auf die Umformungstemperatur 16, die zwischen 400°C und 600°C liegt vergleichsweise rasch. Dabei wird während der thermomechanischen Behandlung das Perlitgebiet 18 und auch das Ferritgebiet 19 ebenso wenig erreicht wie das Martensitgebiet 14, da vielmehr eine Umwandlung in das Zwischenstufengefüge erfolgt und die Härtung mindestens teilweise im Zwischenstufengebiet 17 vorgesehen ist.
Bezugszeichenliste

10: A_C3-Linie
11: Temperaturlinie
12: Austenitgebiet
13: Umwandlungslinie, Ms-Linie, Martensit-Start-Linie
14: Martensitgebiet
15: Umformung
16: Temperaturlinie
17: Zwischenstufengebiet-Bainitgebiet
18: Perlitgebiet
19: Ferritgebiet

Claims

Verfahren zur Warmumformung und Härtung eines härtbaren Stahlblechs, bei dem zunächst eine austenitisierende Erwärmung des Stahlblechs über den A_C3 Punkt erfolgt, wobei das Verfahren weiterhin eine Umformung und eine Abkühlung des Stahlblechs umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass nach der austenitisierenden Erwärmung zunächst eine Abkühlung des Stahlblechs auf Temperaturen im Bereich von 400°C bis 600°C vorgesehen ist und erst nach Erreichen dieses Temperaturbereichs eine Umformung des Stahlblechs zum Formteil erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der austenitisierenden Erwärmung eine verhältnismäßig rasche Abkühlung bis auf den Temperaturbereich von 400°C bis 600°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erreichen des Temperaturbereichs von 400°C bis 600°C eine vergleichsweise rasche Umformung des Stahlblechs zum Formteil erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturführung und Umformung so erfolgt, dass weder das Ferrit-, noch das Perlit- noch das Martensitgebiet erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abkühlung und Erreichen des Temperaturbereichs 400°C bis 600°C eine im Wesentlichen isotherme Umformung erfolgt, bis sich ein Zwischenstufengefüge einstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung mindestens teilweise im Schutzgasteil eines Ofens erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Erwärmung des Stahlblechs in einem Ofen und vor der Umformung eine Entzunderung des Stahlblechs vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Handling des Werkstücks während der Warmumformung und/oder Härtung mindestens teilweise mittels Magnetgreifern erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein nachfolgender Arbeitsschritt vorgesehen ist, in dem ein Beschneiden und/oder Lochen des Blechformteils erfolgt.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur thermomechanischen Niedertemperatur-Behandlung von Feinblechen.
Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zur thermomechanischen Niedertemperatur-Behandlung von Feinblechen für Karosserieteile.