DE102015006079A1

DE102015006079A1 - Bauteil, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils

Info

Publication number: DE102015006079A1
Application number: DE102015006079.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Elsner; Bernd Schietinger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: ELSNER, CHRISTIAN, DIPL.-ING., DE; Schietinger Bernd Dr-Ing De
Priority date: 2015-05-09
Filing date: 2015-05-09
Publication date: 2015-12-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (10), insbesondere für ein Fahrzeug, mit wenigstens zwei Einzelkomponenten (12, 14), welche aus einem jeweiligen Grundwerkstoff (32) gebildet und in jeweiligen Verbindungsbereichen (16, 18) miteinander verschweißt sind, und mit wenigstens einem von den Verbindungsbereichen (16, 18) unterschiedlichen Oberflächenbereich (20, 22), in welchem das Bauteil (10) im Vergleich zu den jeweiligen Grundwerkstoffen (32) der Einzelkomponenten einen höheren Kohlenstoffanteil und eine höhere Härte aufweist, wobei der Oberflächenbereich (20, 22) dadurch gebildet ist, dass Kohlenstoff in Form mindestens einer kohlenstoffhaltigen Substanz (26) auf eine Oberfläche (28, 30) zumindest eines der Grundwerkstoffe (32) aufgebracht ist und zumindest Anteile des Kohlenstoffes unter Aufkohlen des Oberflächenbereichs (20, 22) durch Einwirkung von Energie einer Energiequelle (42) in oberflächennahe Regionen des zumindest einen Grundwerkstoffes (32) eingearbeitet sind, wobei der aufgekohlte Oberflächenbereich (20, 22) zumindest teilweise gehärtet ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere für ein Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.
In technischen Anwendungen sind oftmals Bauteile, insbesondere Stahlbauteile gefordert, die einerseits zumindest örtlich eine hohe Härte aufweisen, jedoch gleichzeitig als Schweißkonstruktion darstellbar sein sollen. Die Forderung nach einer lokal hohen Härte geht bei Stählen in der Regel mit der Forderung nach einem hohen Kohlenstoffgehalt einher, wobei die Forderung nach der Darstellbarkeit als Schweißkonstruktion bei Stählen typischerweise mit der Forderung eines niedrigen Kohlenstoffgehalts einhergeht. Hieraus ergibt sich ein Zielkonflikt, welcher bislang nur mit unerwünschten Kompromissen zu lösen ist.
Aus der Literatur sind verschiedene Verfahren bekannt, um die Oberflächenhärte eines Bauteils zu steigern. Dies kann bei Stahlbauteilen beispielsweise dadurch erfolgen, dass in einem thermochemischen Prozess von außen zusätzlicher Kohlenstoff in Randbereiche des Bauteils eingetragen wird. Ein bekanntes Verfahren ist das sogenannte Einsatzhärten. Hier wird zunächst das Bauteil unter Kohlenstoffatmosphäre mehrere Stunden bei Temperaturen von etwa 900 Grad Celsius aufgekohlt und anschließend zum Zwecke einer Martensithärtung abgeschreckt.
In der Literatur sind ferner alternative Verfahren beschrieben, um zumindest lokal Kohlenstoff in die Oberfläche eines Grundwerkstoffes einzubringen.
Die FR 2 991 980 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, bei welchem eine kohlenstoffhaltige Schicht auf ein Substrat aufgebracht wird. Dabei wird der Kohlenstoff unter Einwirkung einer Energiequelle eingearbeitet, wobei die Temperatur des Substrats nicht höher als 150 Grad Celsius ist. Ein solches Verfahren geht auch aus der FR 2 992 957 A1 hervor.
Aus der CN 102758207 A ist ein Prozess bekannt, der die Schritte Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes an der Oberfläche eines Stahlbauteils und die nachfolgende Wärmebehandlung mit der Zielstellung der örtlichen Bauteilhärtung beinhaltet.
Die DE 68900241 offenbart eine Einbringung kohlenstoffhaltiger Hartpartikel in die Oberfläche eines Substrats durch dessen partielles Aufschmelzen.
Ferner ist aus der DE 35 45 128 A1 ein Verfahren zur Härtung einer Metalloberfläche durch Aufbringen von Kohlenstoff auf die Substratoberfläche und Aufschmelzen bekannt, so dass der Grundwerkstoff mit Kohlenstoff reagiert und Metallcarbide bildet.
Ferner offenbart die JP 56296663 ein Aufkohlen und Härten eines Bereichs eines Stahlbauteils in kurzer Zeit durch Beschichten der Stahloberfläche mit Grafit in einer inerten Atmosphäre unter Einwirkung eines Laserstrahls.
Die DE 44 09 746 A1 offenbart ein Verfahren zur lokalen Modifizierung von Werkstoffeigenschaften, bei dem ein Zusatzwerkstoff mittels energiereicher Strahlung in einen Grundwerkstoff eingeschmolzen wird. Der Zusatzwerkstoff wird hierbei als Formkörper bereitgestellt.
Ein ähnliches Verfahren ist auch der DE 196 50 258 A1 zu entnehmen.
Aus dem Stand der Technik sind somit Verfahren zur Herstellung von Bauteilen bekannt, welche zumindest örtlich Oberflächenregionen aufweisen, welche einen im Vergleich zum Grundwerkstoff erhöhten Kohlenstoffgehalt und dadurch auch eine im Vergleich zum Grundwerkstoff höhere Härte aufweisen. Den oben genannten Verfahren, die sich damit beschäftigen, nur örtlich Kohlenstoff in eine Bauteiloberfläche einzubringen ist gemeinsam, dass dabei kein Schweißprozess am auf eine solche Weise behandelten Bauteil stattfindet.
Aus dem Stand der Technik sind ferner geschweißte Bauteile bekannt, die aus zwei und mehr Einzelkomponenten bestehen. Diese Einzelkomponenten können dabei aus gleichen oder aus unterschiedlichen Grundwerkstoffen bestehen. Diese Einzelkomponenten werden an jeweiligen Verbindungsbereichen miteinander verschweißt.
Sollen beispielsweise einsatzgehärtete Bauteile miteinander verschweißt werden, wird in Regel vor dem Schweißen die kohlenstoffreiche Randschicht des Verbindungsbereiches entfernt um damit den Schweißprozess zu erleichtern. Dies ist in der Praxis üblicherweise mit einem Mehraufwand und somit mit Mehrkosten verbunden. Ist zudem an diesem Bauteil nur eine örtliche Steigerung der Oberflächenhärtung erforderlich, erweist sich die Einsatzhärtung als ein vergleichsweise aufwändiger und teurer Prozess. Zusätzlich muss in der Regel die Fertigungsprozesskette zum Zwecke der Wärmebehandlung unterbrochen werden, was einen Logistikaufwand und damit zusätzlich Kosten verursacht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein geschweißtes Bauteil mit insbesondere zumindest örtlich erhöhter Oberflächenhärte und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen der eingangs beschriebene Zielkonflikt ohne unerwünschte Kompromisse kostengünstig gelöst werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Bauteil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welchem der eingangs genannte Zielkonflikt ohne unerwünschte Kompromisse gelöst werden kann, das heißt mittels welchem die Vereinbarkeit von Schweißeignung und guter Härtbarkeit realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Oberflächenbereich dadurch gebildet ist, dass Kohlenstoff in Form mindestens einer kohlenstoffhaltigen Substanz auf eine Oberfläche zumindest eines der Grundwerkstoffe ausgebracht ist und zumindest Anteile des Kohlenstoffes unter Aufkohlen des Oberflächenbereichs durch Einwirken von Energie einer Energiequelle, insbesondere eines Laserstrahls oder eines Elektronenstrahls, in oberflächennahe Regionen des zumindest einen Grundwerkstoffes eingearbeitet sind, wobei der aufgekohlte Oberflächenbereich zumindest teilweise gehärtet ist. Die Härtung erfolgt dabei entweder aus der raschen Erstarrung der aufgeschmolzenen Zone selbst. Alternativ oder zusätzlich ist auch vorstellbar, dass der aufgeschmolzene Oberflächenbereich nachträglichen Wärmebehandlungsschritten unterzogen wird, besonders vorteilhaft mit derselben Wärmequelle wie bei dem Aufschmelzprozess. Somit ist es möglich, dass das Bauteil zumindest lokal, das heißt in dem wenigstens einen Oberflächenbereich beziehungsweise Oberflächenabschnitt eine hinreichend hohe Härte aufweist. Wird als Grundwerkstoff ein Stahl mit relativ geringem Kohlenstoffgehalt gewählt, weist das Bauteil gleichzeitig eine hinreichende bis gute Schweißeignung auf, so dass insbesondere die Einzelkomponenten besonders einfach miteinander verschweißt werden können. Dadurch kann eine besonders hohe Robustheit von Schweißverbindungen realisiert werden. Dies bedeutet, dass die Einzelkomponenten besonders fest miteinander verbunden werden können ohne beziehungsweise mit deutlich verringerter Gefahr einer Rissbildung beim Schweißen. Ferner kann das Bauteil auf besonders einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden, da das Bauteil mit einem nur geringen Energieaufwand hergestellt werden kann. Da der Aufkohlungs- und somit Härteprozess lediglich lokal beziehungsweise punktuell erfolgt, kann der Energieaufwand zum Herstellen des Bauteils gering gehalten werden. Im Vergleich zum Einsatzhärten, bei welchem das gesamte Bauteil erwärmt wird, kann das erfindungsgemäße Bauteil mit einer wesentlich geringeren Energiemenge bedarfsgerecht gehärtet werden. Zudem kann der Aufkohlungs- und/oder Härteprozess in der Fertigungsprozesslinie durchgeführt werden. Ein Ausschleusen der Teile aus der Prozesskette und die Überführung in einen separaten Ofen entfallen. Der Entfall des zugehörigen logistischen Aufwands führt zudem zu einer Zeitersparnis und zur Kostenreduzierung.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen Art zu schaffen, mittels welchem sich der eingangs genannte Zielkonflikt lösen lässt, das heißt mittels welchem eine Vereinbarkeit von Schweißeignung und guter Härtbarkeit darstellbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Oberflächenbereich beziehungsweise Oberflächenabschnitt dadurch gebildet wird, dass Kohlenstoff in Form mindestens einer kohlenstoffhaltigen Substanz auf eine Oberfläche zumindest eines der Grundwerkstoffe aufgebracht wird und zumindest Anteile des Kohlenstoffes unter Aufkohlen des Oberflächenbereichs durch Einwirkung von Energie einer Energiequelle in oberflächennahe Regionen des zumindest einen Grundwerkstoffes eingearbeitet werden, wobei der aufgekohlte Oberflächenbereich zumindest teilweise gehärtet wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauteils sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn als die Energiequelle ein Energiestrahl, insbesondere ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl verwendet wird.
Dies bedeutet, dass zumindest Anteile des Kohlenstoffs mittels des Energiestrahls in die oberflächennahen Regionen eingearbeitet werden. Mit anderen Worten ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass zumindest lokal die kohlenstoffhaltige Substanz von außen auf die Oberfläche des zumindest einen Grundwerkstoffs aufgebracht wird. Ferner wird zumindest eine Teilmenge des aufgebrachten Kohlenstoffes in die oberflächennahen Regionen des Grundwerkstoffs unter Einwirkung einer Energiequelle, insbesondere einer Laserstrahl- oder Elektronenstrahlquelle, eingearbeitet.
Ferner ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass die wenigstens zwei Einzelkomponenten zu dem Bauteil verschweißt werden, wobei das Verschweißen zeitlich vor, und/oder während und/oder nach dem Aufbringen des Kohlenstoffs beziehungsweise der kohlenstoffhaltigen Substanz auf zumindest eine Einzelkomponente erfolgen kann.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Schweißen von zwei Bauteilen beziehungsweise Einzelkomponenten üblicherweise ein Dilemma vorliegt. Dieses Dilemma besteht zwischen der Wahl eines kohlenstoffreichen Grundwerkstoffes und eines kohlenstoffarmen Grundwerkstoffes. Mit einem kohlenstoffreichen Grundwerkstoff sind relativ hohe Härtewerte realisierbar, jedoch sind beim Schweißen aufwendige Maßnahmen hinsichtlich Vorwärmen und/oder Nachwärmen sowie der Qualitätssicherung im Hinblick auf Risse zu ergreifen, wobei stets ein Restrisiko bleibt. Bei einem kohlenstoffarmen Werkstoff resultiert ohne weitere Aufkohlung eine nur geringe Härte oder es muss typischerweise das gesamte Bauteil aufgekohlt und gehärtet werden, was insbesondere durch Einsatzhärten erfolgen kann. Jedoch müssen die zu verschweißenden Bereiche, das heißt die Verbindungsbereiche, zum Zwecke einer guten Schweißbarkeit abgearbeitet werden. Dieses Dilemma kann durch das erfindungsgemäße Bauteil und das erfindungsgemäße Verfahren gelöst werden, so dass die Vorteile eines örtlich kohlenstoffreichen Bauteilabschnitts mit den Vorteilen eines kohlenstoffarmen Grundwerkstoffs verknüpft werden können, ohne dabei die jeweiligen Nachteile hinnehmen zu müssen. Mit anderen Worten wird eine Art Verbundwerkstoff erzeugt, der im Bereich der Verbindungsbereiche einen geringen Kohlenstoffgehalt und im Bereich der zumindest örtlich zu härtenden Bereiche, insbesondere der Oberflächenbereiche, einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Schnittansicht eines Bauteils, insbesondere für ein Fahrzeug, gemäß einer ersten Ausführungsform, mit wenigstens zwei Einzelkomponenten, welche aus einem jeweiligen Grundwerkstoff gebildet und in jeweiligen Verbindungsbereichen miteinander verschweißt sind;
2 eine schematische Ansicht eines Verfahrens zum Herstellen des Bauteils;
3 eine schematische Schnittansicht des Bauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
4 eine schematische Schnittansicht des Bauteils gemäß einer dritten Ausführungsform.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Bauteil gemäß einer ersten Ausführungsform für ein Fahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen. Das Bauteil 10 ist beispielsweise ein Bauteil für einen Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug beziehungsweise einen Nutzkraftwagen. Das Bauteil 10 umfasst eine erste Einzelkomponente 12, welche aus einem ersten Grundwerkstoff gebildet ist. Ferner umfasst das Bauteil 10 eine zweite Einzelkomponente 14, welche aus einem zweiten Grundwerkstoff gebildet ist. Der jeweilige Grundwerkstoff ist beispielsweise ein metallischer Werkstoff, insbesondere ein Stahl. Es ist denkbar, dass der erste Grundwerkstoff und der zweite Grundwerkstoff gleich sind. Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Grundwerkstoffe unterschiedlich sind. Die Einzelkomponenten 12 und 14 sind jeweilige Einzelbauteile, welche in jeweiligen Verbindungsbereichen 16 und 18 miteinander verschweißt sind. Das Bauteil 10 gemäß der ersten Ausführungsform weist zwei von den Verbindungsbereichen 16 und 18 unterschiedliche Oberflächenbereiche 20 und 22 auf, in welchen das Bauteil 10 im Vergleich zu den jeweiligen Grundwerkstoffen der Einzelkomponenten 12 und 14 eine höhere Härte aufweist. Aus 1 ist erkennbar, dass der Oberflächenbereich 20 durch die erste Einzelkomponente 12 und der Oberflächenbereich 22 durch die Einzelkomponente 14 gebildet ist. Die Oberflächenbereiche 20 und 22 werden auch als Oberflächenabschnitte bezeichnet, wobei sich an die Oberflächenbereiche 20 und 22 weitere Bereiche 24 des Bauteils beziehungsweise der jeweiligen Einzelkomponente 12 und 14 anschließen, in denen das Bauteil 10 gegenüber den Oberflächenbereichen 20 und 22 eine geringere Härte aufweist. Gleichermaßen ist auch vorstellbar, dass nur eine der Einzelkomponenten 12 beziehungsweise 14 einen Oberflächenbereich 20 beziehungsweise 22 aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist vorstellbar, dass die Einzelkomponente 12 und/oder die Einzelkomponente 14 mehr als einen Oberflächenbereich 20, 22 aufweist.
Wie in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist, ist der jeweilige Oberflächenbereich 20 beziehungsweise 22 dadurch gebildet, dass Kohlenstoff in Form mindestens einer kohlenstoffhaltigen Substanz 26 (2) auf eine jeweilige Oberfläche 28 beziehungsweise 30 des jeweiligen Grundwerkstoffs aufgebracht wird und zumindest Anteile des Kohlenstoffes der Substanz 26 unter Aufkohlen des jeweiligen Oberflächenbereichs 20 beziehungsweise 22 durch Einwirken von Energie einer Energiequelle in oberflächennahe Regionen des jeweiligen Grundwerkstoffes eingearbeitet werden, wobei der aufgekohlte Oberflächenbereich 20 beziehungsweise 22 zumindest teilweise gehärtet wird beziehungsweise ist. Als die Energiequelle wird vorzugsweise ein Energiestrahl 42, insbesondere ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl, verwendet, mittels welchem zumindest Anteile des Kohlenstoffs der Substanz 26 in die oberflächennahen Regionen eingearbeitet werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zumindest eine der Einzelkomponenten 12 und 14 in wenigstens einem vom aufgekohlten Oberflächenbereich 20 beziehungsweise 22 unterschiedlichen Teilbereich, beispielsweise dem Bereich 24, insbesondere aber in den Verbindungsbereichen 16, 18 aus einem Stahl mit höchstens zumindest im Wesentlichen 0,45 Gewichtsprozent Kohlenstoff, insbesondere mit höchstens zumindest im Wesentlichen 0,30 Gewichtsprozent Kohlenstoff, gebildet ist.
Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn eine Randzone des Oberflächenbereichs 20 beziehungsweise 22 ein anderes Gefüge als zumindest einer der Grundwerkstoffe aufweist. Dabei weist der Oberflächenbereich 20 beziehungsweise 22 mit dem gegenüber dem zumindest einen Grundwerkstoff anderen Gefüge vorzugsweise eine senkrecht zur Oberfläche 28 beziehungsweise 30 des Bauteils 10 verlaufende Tiefe bis 20 Millimeter, insbesondere bis 5 Millimeter, auf. Mit anderen Worten wird die Tiefe als senkrechter Abstand von der Oberfläche 28 beziehungsweise 30 gemessen.
Das gegenüber dem zumindest einen Grundwerkstoff veränderte Gefüge resultiert aus einer lokal hohen Temperatureinwirkung auf die Randzone des Grundwerkstoffs, aus der Einarbeitung beziehungsweise der Verteilung des von außen bereitgestellten Kohlenstoffs in diese Randzone unter Energieeinwirkung sowie aus der optionalen Gefügeveränderung durch den nachfolgenden Herstellprozess, wie beispielsweise durch einen Härteprozess und/oder einen Normalisierprozess und/oder durch einen Anlassprozess.
Als ferner besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Oberflächenbereich 20, 22 beziehungsweise Oberflächenabschnitt ein Gefüge mit karbidischen und/oder martensitischen und/oder bainitischen Gefügeanteilen aufweist.
Als ferner vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Oberflächenbereich 20, 22 in einer senkrecht zur Oberfläche 28 beziehungsweise 30 verlaufenden Tiefe von 5 Millimetern, insbesondere in einer Tiefe von 50 Mikrometern bis 1,5 Millimetern, eine Härte von mindestens 500 HV1 aufweist.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass zumindest einer der Grundwerkstoffe der Einzelkomponenten 12 und 14 eine im Zugversuch, insbesondere im Raumtemperaturzugversuch, ermittelte Bruchdehnung von mindestens 8%, insbesondere von mindestens 12%, aufweist. Mit anderen Worten ist zumindest einer der Grundwerkstoffe charakterisiert durch eine im Raumtemperaturzugversuch ermittelte Bruchdehnung von mindestens 8%, insbesondere von mindestens 12%. Dadurch hat diese Einzelkomponente 12 beziehungsweise 14 im Zuge des Herstellprozesses beziehungsweise der Herstellprozesskette ein zumindest lokal hohes Umformvermögen.
Das Bauteil 10 ist beispielsweise als Motorbauteil, insbesondere Nockenwelle, Kurbelwelle, Exzenterwelle, oder als Achsbauteil, insbesondere Radnabe, oder als Getriebebauteil, insbesondere Getriebewelle, Klauenkupplung, Zahnrad oder als Turboladerwelle einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, eines Kraftwagens ausgebildet.
Anhand von 2 ist ein Verfahren zum Herstellen des Bauteils 10 am Beispiel der Einzelkomponente 12 beschrieben, wobei die folgenden Ausführungen ohne weiteres auch auf die Einzelkomponente 14 sowie auf weitere in 2 nicht dargestellte Einzelkomponenten übertragen werden können. In 2 ist der Grundwerkstoff der Einzelkomponente 12 beispielhaft mit 32 veranschaulicht. Der Grundwerkstoff 32 der Einzelkomponente 12 kann aus Stahl sein und insbesondere ferritische und/oder perlitische und/oder martensitische und/oder bainitische und/oder austenitische Gefügebestandteile aufweisen. Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird die Einzelkomponente 12 bereitgestellt. Bei einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird der von dem Verbindungsbereich 16 der Einzelkomponente 12 unterschiedliche Oberflächenbereich 20 mit der im Vergleich zum Grundwerkstoff 32 höheren Härte gebildet, indem Kohlenstoff in Form der kohlenstoffhaltigen Substanz 26 auf die Oberfläche 28 im Oberflächenbereich 20 aufgebracht und zumindest Anteile des Kohlenstoffes der Substanz 26 unter Aufkohlen des Oberflächenbereichs 20 durch Einwirkung von Energie einer Energiequelle, insbesondere eines Laserstrahls oder eines Elektronenstrahls, in oberflächennahe Regionen des Grundwerkstoffes 32 eingearbeitet werden, wobei der aufgekohlte Oberflächenbereich 20 zumindest teilweise gehärtet wird. Der Zustand der Einzelkomponente 12 unmittelbar nach dem Einarbeiten des Kohlenstoffs in die oberflächennahen Regionen ist in 2 mit Z bezeichnet. Im Anschluss daran können zumindest im Bereich des aufgekohlten Oberflächenbereichs 20 weitere Wärmebehandlungsschritte erfolgen, wie beispielsweise ein martensitisches und/oder bainitisches Härten und/oder ein Diffusionsglühen und/oder eine Normalisierung und/oder ein Weichglühen und/oder ein Anlassen. Das Verschweißen der Einzelkomponenten 12 und 14, das heißt das Verschweißen der Verbindungsbereiche 16 und 18 kann vor, und/oder während und/oder nach dem Aufbringen des Kohlenstoffs beziehungsweise der kohlenstoffhaltigen Substanz 26 erfolgen.
3 zeigt das Bauteil 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform, bei welcher die Einzelkomponenten 12 und 14 über die Verbindungsbereiche 16 und 18 miteinander verschweißt sind. Bei der zweiten Ausführungsform weist das Bauteil 10 eine dritte Einzelkomponente 34 auf, wobei die Einzelkomponente 14 mit der Einzelkomponente 34 über jeweilige weitere Verbindungsbereiche 36 und 38 verschweißt ist. Aus 3 ist ferner erkennbar, dass die dritte Einzelkomponente 34 beispielsweise keinen lokal gehärteten Oberflächenbereich aufweist.
4 zeigt schließlich eine dritte Ausführungsform des Bauteils 10, bei welcher die Einzelkomponente 12 zwei Oberflächenbereiche 20 aufweist, auf die die vorigen Ausführungen des Oberflächenbereichs 20 übertragen werden können. Bei der dritten Ausführungsform ist die dritte Einzelkomponente 34 zwischen den Einzelkomponenten 12 und 14 angeordnet, so dass die dritte Einzelkomponente 34 und die Einzelkomponente 12 in jeweiligen Verbindungsbereichen 16 und 38 und die Einzelkomponente 34 und die Einzelkomponente 14 in jeweiligen Verbindungsbereichen 18 und 40 miteinander verschweißt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2991980 A1 [0005]
FR 2992957 A1 [0005]
CN 102758207 A [0006]
DE 68900241 [0007]
DE 3545128 A1 [0008]
JP 56296663 [0009]
DE 4409746 A1 [0010]
DE 19650258 A1 [0011]

Claims

Bauteil (10), insbesondere für ein Fahrzeug, mit wenigstens zwei Einzelkomponenten (12, 14), welche aus einem jeweiligen Grundwerkstoff (32) gebildet und in jeweiligen Verbindungsbereichen (16, 18) miteinander verschweißt sind, und mit wenigstens einem von den Verbindungsbereichen (16, 18) unterschiedlichen Oberflächenbereich (20, 22), in welchem das Bauteil (10) im Vergleich zu den jeweiligen Grundwerkstoffen (32) der Einzelkomponenten einen höheren Kohlenstoffgehalt und eine höhere Härte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Oberflächenbereich (20, 22) dadurch gebildet ist, dass Kohlenstoff in Form mindestens einer kohlenstoffhaltigen Substanz (26) auf eine Oberfläche (28, 30) zumindest eines der Grundwerkstoffe (32) aufgebracht ist und zumindest Anteile des Kohlenstoffes unter Aufkohlen des Oberflächenbereichs (20, 22) durch Einwirkung von Energie einer Energiequelle (42) in oberflächennahe Regionen des zumindest einen Grundwerkstoffes (32) eingearbeitet sind, wobei der aufgekohlte Oberflächenbereich (20, 22) zumindest teilweise gehärtet ist.
Bauteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Einzelkomponenten (12, 14) in wenigstens einem vom aufgekohlten Oberflächenbereich (20, 22) unterschiedlichen Teilbereich (24) aus einem Stahl mit höchstens zumindest im Wesentlichen 0,45 Gewichtsprozent Kohlenstoff, insbesondere mit höchstens zumindest im Wesentlichen 0,30 Gewichtsprozent Kohlenstoff gebildet ist.
Bauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Randzone des Oberflächenbereichs (20, 22) ein anderes Gefüge als zumindest einer der Grundwerkstoffe (32) aufweist.
Bauteil (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich (20, 22) mit dem gegenüber dem zumindest einen Grundwerkstoff (32) anderen Gefüge eine senkrecht zur Oberfläche (28, 30) des Bauteils (10) verlaufende Tiefe bis 20 Millimeter, insbesondere bis 5 Millimeter, aufweist.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich (20, 22) ein Gefüge mit karbidischen und/oder martensitischen und/oder bainitischen Gefügeanteilen aufweist.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich (20, 22) in einer senkrecht zur Oberfläche (28, 30) des Bauteils (10) verlaufenden Tiefe von 5 Millimetern, insbesondere in einer Tiefe von 50 Mikrometern bis 1,5 Millimetern, eine Härte von mindestens 500 HV1 aufweist.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Grundwerkstoffe (32) eine im Raumtemperaturzugversuch ermittelte Bruchdehnung von mindestens 8%, insbesondere von mindestens 12%, aufweist.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) als Motorbauteil, insbesondere Nockenwelle, Kurbelwelle, Exzenterwelle, oder als Achsbauteil, insbesondere Radnabe, oder als Getriebebauteil, insbesondere Getriebewelle, Klauenkupplung, Zahnrad, oder als Turboladerwelle ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteil (10), insbesondere für ein Fahrzeug, mit den Schritten: – Verschweißen von wenigstens zwei aus einem jeweiligen Grundwerkstoff (32) gebildeten Einzelkomponenten (12, 14) in jeweiligen Verbindungsbereichen (16, 18); und zeitlich vorgelagert und/oder zeitgleich und/oder zeitlich nachgelagert – Bilden wenigstens eines von den Verbindungsbereichen (16, 18) unterschiedlichen Oberflächenbereichs (20, 22) des Bauteils (10), welcher eine im Vergleich zu den jeweiligen Grundwerkstoffen (32) der Einzelkomponenten (12, 14) höheren Kohlenstoffgehalt und höhere Härte aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich (20, 22) dadurch gebildet wird, dass Kohlenstoff in Form mindestens einer kohlenstoffhaltigen Substanz (26) auf eine Oberfläche (28, 30) zumindest eines der Grundwerkstoffe (32) aufgebracht wird und zumindest Anteile des Kohlenstoffes unter Aufkohlen des Oberflächenbereichs (20, 22) durch Einwirkung von Energie einer Energiequelle (42) in oberflächennahe Regionen des zumindest einen Grundwerkstoffes (32) eingearbeitet werden, wobei der aufgekohlte Oberflächenbereich (20, 22) zumindest teilweise gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als die Energiequelle (42) ein Energiestrahl (42), insbesondere ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl, verwendet wird.