DE102017005122A1 - Method for producing a steel-containing component - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Stahl aufweisenden Bauteils mit folgenden Schritten vorgeschlagen: Bereitstellen eines formgehärteten, mit einer Aluminium-Silizium-Legierung beschichteten Stahlblechteils, Entfernen einer Aluminiumoxidschicht von dem Stahlblechteil, und Phosphatieren des Stahlblechteils.A method is proposed for producing a steel-containing component, comprising the steps of providing a form-hardened aluminum-silicon alloy coated steel sheet member, removing an aluminum oxide layer from the steel sheet member, and phosphating the steel sheet member.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stahl aufweisenden Bauteils.The invention relates to a method for producing a steel-containing component.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Stahl aufweisenden Bauteils zu schaffen, bei welchem die genannten Nachteile nicht auftreten.The invention has for its object to provide a method for producing a steel-containing component, wherein said disadvantages do not occur.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by providing a method with the steps of claim 1. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren ist vorgesehen, dass ein formgehärtetes, mit einer Aluminium-Silizium-Legierung beschichtetes Stahlblechteil bereitgestellt wird, wobei eine Aluminiumoxidschicht von dem Stahlblechteil entfernt wird. Das Stahlblechteil wird phosphatiert. Auf diese Weise wird insbesondere das Stahl aufweisende Bauteil erhalten. Dadurch, dass die Aluminiumoxidschicht vor dem Phosphatieren des Stahlblechteils entfernt wird, wird erreicht, dass auch ein mit einer Aluminium-Silizium-Legierung beschichtetes Stahlblechteil nach einem Formhärteprozess prozesssicher und mit zufriedenstellender Haftung phosphatiert werden kann. Insoweit ist insbesondere erkannt worden, dass eine Ursache für die mangelhafte Phosphatverbindung in an der Oberfläche des Stahlblechteils angeordneten und aus dem Formhärteprozess resultierenden Aluminiumoxiden zu sehen ist. Durch die Kombination einer Wärmebehandlung, nämlich des Formhärtens, mit einer nachgelagerten Reinigung unter Entfernung der Aluminiumoxidschicht ergibt sich ein Zustand des Stahlblechteils, der eine Phosphatierung ermöglicht. Die flächige Belegung der Bauteiloberfläche mit Phosphatkristallen verbessert die Lackhaftung und dadurch insbesondere den Schutz der Oberfläche gegen Korrosionsangriffe. Dies ermöglicht letztlich den Einsatz von Aluminium-Silizium-beschichteten pressgehärteten Bauteilen in kundensichtbaren Bereichen, die kostengünstiger sind als auf Zink basierende Schmelztauchveredelungen.In the method proposed here, it is provided that a form-hardened, coated with an aluminum-silicon alloy sheet steel part is provided, wherein an aluminum oxide layer is removed from the sheet steel part. The sheet steel part is phosphated. In this way, in particular the steel-containing component is obtained. By removing the aluminum oxide layer before phosphating the steel sheet part, it is achieved that a steel sheet part coated with an aluminum-silicon alloy can be phosphated process-reliable and with satisfactory adhesion after a mold-hardening process. In that regard, it has been recognized, in particular, that a cause for the deficient phosphate compound can be seen in aluminum oxides disposed on the surface of the sheet steel part and resulting from the mold hardening process. The combination of a heat treatment, namely, the mold hardening, with a subsequent cleaning with removal of the aluminum oxide layer results in a state of the sheet steel part, which allows phosphating. The surface coverage of the component surface with phosphate crystals improves the paint adhesion and thus in particular the protection of the surface against corrosion attacks. This ultimately allows the use of aluminum-silicon coated press-hardened components in more visible areas, which are less expensive than zinc-based hot-dip finishes.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aluminiumoxidschicht mittels eines Strahlprozesses oder durch Stoßwellenreinigen entfernt wird. Dies sind einfach und kostengünstig durchzuführende sowie hocheffiziente Prozesse, die zum Entfernen der Aluminiumoxidschicht angewendet werden können. Unter einem Strahlprozess wird dabei ein Prozess verstanden, bei welchem das Stahlblechteil mit einem Strahlmittel, insbesondere einem flüssigen, festen und/oder gasförmigen Strahlmittel, vorzugsweise mit einem Abrasivstrahlmittel, beaufschlagt, insbesondere bestrahlt wird. Unter einer Stoßwellenreinigung wird das Entfernen der Aluminiumoxidschicht durch den Einsatz von Stoßwellen, vorzugsweise in einem Wasserbad, verstanden. Zur Erzeugung solcher Stoßwellen eignen sich insbesondere Piezoelemente, Mikroexplosionen durch Bleiacetat- oder Silberacetatkugeln, elektromagnetische Elemente, und/oder gepulste Laser. Auch die Erzeugung von Stoßwellen durch Unterwasserfunkenentladung von Kondensatoren ist möglich.According to one embodiment of the invention, it is provided that the aluminum oxide layer is removed by means of a blasting process or by shock wave cleaning. These are simple and inexpensive to perform and highly efficient processes that can be used to remove the alumina layer. A jet process is understood to be a process in which the steel sheet part is exposed to a blasting agent, in particular a liquid, solid and / or gaseous blasting agent, preferably an abrasive blasting agent, in particular irradiated. Under a shock wave cleaning, the removal of the aluminum oxide layer by the use of shock waves, preferably in a water bath understood. Piezo elements, microexplosions by lead acetate or silver acetate spheres, electromagnetic elements, and / or pulsed lasers are particularly suitable for generating such shock waves. The generation of shock waves by underwater spark discharge of capacitors is possible.
Unter einer Phosphatierung wird insbesondere ein Verfahren verstanden, bei dem durch chemische Reaktion von metallischen Oberflächen mit wässrigen Phosphat-Lösungen eine Konversionsschicht aus festhaftenden Metallphosphaten gebildet wird.A phosphating is understood in particular to mean a process in which a conversion layer of firmly adhering metal phosphates is formed by chemical reaction of metallic surfaces with aqueous phosphate solutions.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Strahlprozess ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus Trockeneistrahlen, einem Sandstrahlprozess, Bestrahlen mit Kältemittel, und Dampfstrahlen. Beim Trockeneisstrahlen werden insbesondere Trockeneispartikel als Strahlmittel verwendet. Bei einem Sandstrahlprozess wird insbesondere Sand als Strahlmittel, insbesondere als Abrasivstrahlmittel, verwendet. Bestrahlen mit einem Kältemittel als Strahlmittel führt zu einer Versprödung der Aluminiumoxidschicht, wobei bevorzugt anschließend ein abrasiver Reinigungsprozess mit einem Bearbeitungswerkzeug oder einem weiteren Strahlprozess durchgeführt wird, wobei durch die Kältebehandlung die mechanische, abrasive Bearbeitung mit Werkzeugen geringerer Härte als bei herkömmlicher Bearbeitung ausgeführt werden kann. Beim Dampfstrahlen wird Dampf als Strahlmittel verwendet. Die verschiedenen Strahlprozesse können auch miteinander kombiniert werden, wobei beispielsweise eine Mischung oder Abfolge aus einem ersten Strahlmittel wie Trockeneis und einem zweiten Abrasivstrahlmittel wie beispielsweise Sand angewendet werden kann. Verschiedene Strahlmittel können insbesondere zugleich oder zeitlich nacheinander angewendet werden.According to one embodiment of the invention, it is provided that the blasting process is selected from a group consisting of dry ice blasting, a sandblasting process, blasting with refrigerant, and steam blasting. Dry ice blasting in particular uses dry ice particles as blasting agents. In a sandblasting process, in particular, sand is used as blasting agent, in particular as abrasive blasting agent. Irradiation with a coolant as a blasting medium leads to an embrittlement of the aluminum oxide layer, preferably followed by an abrasive cleaning process is performed with a machining tool or another blasting process, which can be performed by cold treatment mechanical abrasion machining with tools of lower hardness than in conventional machining. Steam blasting uses steam as a blasting medium. The various blasting processes can also be combined with each other, wherein, for example, a mixture or sequence of a first blasting agent such as dry ice and a second abrasive blasting agent such as sand can be applied. Different blasting agents can be used in particular at the same time or in succession.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Strahlprozess ein Schleuderradstrahlen angewendet wird. Beim Schleuderradstrahlen wird das Strahlmittel durch die Nabe eines Schleuderrades in das sich drehende, insbesondere als Schaufelrad ausgebildete Schleuderrad eingeleitet und aufgrund einer hohen Drehzahl und damit auch entsprechend hoher Umfangsgeschwindigkeit des Schleuderrads aus diesem in einem breitgefächerten Strahl auf eine Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstückes ausgeworfen. Die Beschleunigungsenergie für das Strahlmittel wird dabei insbesondere bestimmt durch die Drehzahl des Schleuderrades sowie durch dessen Durchmesser und Breite.According to one embodiment of the invention, it is provided that a blast wheel is used as the blasting process. When blasting, the blasting agent through the hub of a Impeller in the rotating, in particular designed as a paddle wheel and introduced due to a high speed and thus correspondingly high peripheral speed of the blast wheel from this ejected in a wide beam to a surface of a workpiece to be machined. The acceleration energy for the blasting agent is determined in particular by the speed of the blast wheel and by its diameter and width.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aluminiumoxidschicht durch Gleitspanen entfernt wird. Der Prozess des Gleitspanens ist insbesondere in der
Insbesondere kann die Aluminiumoxidschicht durch Trommelgleitschleifen, Vibrationsgleitschleifen, Tauchgleitspanen, Fliehkraftgleitspanen, oder mittels eines Flowfinishers entfernt werden. Bei einem sogenannten Flowfinisher wälzt ein stabiles Band im Innenbereich des Behälters die Werkstücke und die Schleifkörper kontinuierlich um.In particular, the aluminum oxide layer can be removed by drum slipping, vibratory slipping, dip sliding, centrifugal sliding, or by a flow finisher. In a so-called flow finisher, a stable band in the interior of the container continuously circulates the workpieces and the grinding wheels.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stahlblechteil bereitgestellt wird, indem ein Stahlblech mit einer Aluminium-Silizium-Legierung beschichtet wird. Das Stahlblech wird formgehärtet. Es ist möglich, dass das Stahlblech zuerst formgehärtet und danach mit der Aluminium-Silizium-Legierung beschichtet wird. Bevorzugt erfolgt aber zuerst eine Beschichtung des Stahlblechs mit der Aluminium-Silizium-Legierung und anschließend die Formhärtung des beschichteten Stahlblechs. Durch die hier beschriebenen Schritte wird das Stahlblechteil erhalten.According to one embodiment of the invention, it is provided that the steel sheet part is provided by a steel sheet is coated with an aluminum-silicon alloy. The steel sheet is hardened. It is possible that the steel sheet is first hardened and then coated with the aluminum-silicon alloy. Preferably, however, first a coating of the steel sheet with the aluminum-silicon alloy and then the shape hardening of the coated steel sheet. By the steps described here, the sheet steel part is obtained.
Unter einem Stahlblech wird ein noch unbearbeitetes, insbesondere unbeschnittenes Blech, insbesondere ein von einem Coil abgelängtes Stahlblech, aber alternativ auch eine bereits beschnittene Blechplatine verstanden. Für das hier vorgeschlagene Verfahren ist es irrelevant, ob ein unbeschnittenes Stahlblech oder eine Blechplatine verwendet wird.A sheet steel is understood to mean a still untreated, in particular untrimmed sheet, in particular a steel sheet cut to length from a coil, but alternatively also an already trimmed sheet metal blank. For the method proposed here, it is irrelevant whether an untrimmed steel sheet or a sheet metal blank is used.
Unter einem Formhärten wird ein Prozess verstanden, bei dem ein Stahlblech auf eine bestimmte Temperatur, beispielsweise von ungefähr 950°C, erwärmt, im erwärmten Zustand umgeformt und während der Umformung abgekühlt wird. Das Stahlblech wird insbesondere bei der bestimmten Temperatur austenitisiert, wodurch sich dessen Gitterstruktur ändert. Das dann rot glühende Stahlblech wird in eine Presse transferiert, in die ein gekühltes, insbesondere wassergekühltes Werkzeug eingebaut ist. Während des Schließvorgangs der Presse wird das Stahlblech durch das Werkzeug umgeformt. Vorzugsweise beginnt nach Erreichen des unteren Totpunktes des Werkzeugs eine Haltezeit, in der das Stahlblech abgeschreckt wird, wobei ein Hauptteil der Wärme dem Stahlblech innerhalb weniger Sekunden entzogen wird. Typischerweise beträgt die Haltezeit weniger als 20 Sekunden. Nach Ablauf der Haltezeit wird das Stahlblech dem Werkzeug mit einer reduzierten Temperatur, insbesondere zwischen 150°C und 250°C, entnommen. Durch die rasche Abkühlung in dem Werkzeug bildet sich eine martensitische Gefügestruktur im Stahl aus, welche für hohe Härtewerte verantwortlich ist.Form hardening is understood to mean a process in which a steel sheet is heated to a specific temperature, for example of approximately 950 ° C., shaped in the heated state and cooled during the shaping. The steel sheet is austenitized especially at the certain temperature, thereby changing its lattice structure. The then red-hot steel sheet is transferred to a press, in which a cooled, especially water-cooled tool is installed. During the closing of the press, the steel sheet is formed by the tool. Preferably, after reaching the bottom dead center of the tool, a holding time is started in which the steel sheet is quenched, with a major portion of the heat being removed from the steel sheet within a few seconds. Typically, the hold time is less than 20 seconds. After the holding time, the steel sheet is the tool with a reduced temperature, in particular between 150 ° C and 250 ° C taken. Due to the rapid cooling in the mold, a martensitic microstructure in the steel is formed, which is responsible for high hardness values.
Alternativ zu der Durchführung des Beschichtens und des Formhärtens des Stahlblechs im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens ist es auch möglich, dass für die Durchführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens ein bereits beschichtetes und formgehärtetes Stahlblech als Ausgangsmaterial bereitgestellt wird, beispielsweise indem dieses von einem Zulieferer bezogen wird, wobei es anschließend den oben definierten Verfahrensschritten unter Entfernen einer Aluminiumoxidschicht und Phosphatieren unterzogen wird.As an alternative to carrying out the coating and the form hardening of the steel sheet in the method proposed here, it is also possible that an already coated and thermoset steel sheet is provided as starting material for carrying out the method proposed here, for example by being obtained from a supplier, after which it is subjected to the above-defined process steps with removal of an aluminum oxide layer and phosphating.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Beschichten des Stahlblechs mit der Aluminium-Silizium-Legierung durch Schmelztauchveredeln erfolgt.According to one embodiment of the invention, it is provided that the coating of the steel sheet with the aluminum-silicon alloy is carried out by hot dipping.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines Stahl aufweisenden Bauteils.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. The single figure shows a schematic representation of an embodiment of the method for producing a steel-containing component.
Dabei wird in einem ersten Schritt S1 ein formgehärtetes, mit einer Aluminium-Silizium-Legierung beschichtetes Stahlblechteil bereitgestellt. In einem zweiten Schritt S2 wird eine Aluminiumoxidschicht von dem Stahlblechteil entfernt, und in einem dritten Schritt S3 wird das Stahlblechteil phosphatiert. Auf diese Weise wird letztlich das herzustellende, Stahl aufweisende Bauteil erhalten.In this case, in a first step S1, a form-hardened sheet steel part coated with an aluminum-silicon alloy is provided. In a second step S2, an aluminum oxide layer is removed from the sheet steel part, and in a third step S3, the steel sheet part is phosphated. In this way, ultimately, the produced steel-containing component is obtained.
Durch das Entfernen der Aluminiumoxidschicht von dem Stahlblechteil in dem zweiten Schritt S2 ist es möglich, das Phosphatieren in dem dritten Schritt S3 prozesssicher und mit zufriedenstellender Haftung durchzuführen. By removing the aluminum oxide layer from the steel sheet part in the second step S2, it is possible to perform the phosphating in the third step S3 with process reliability and satisfactory adhesion.
Die Aluminiumoxidschicht wird vorzugsweise mittels eines Strahlprozesses oder durch Stoßwellenreinigen entfernt. Der Strahlprozess ist dabei bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Trockeneisstrahlen, einem Sandstrahlprozess, einer Bestrahlung mit Kältemittel, und einem Dampfstrahlen.The aluminum oxide layer is preferably removed by means of a blasting process or by shock wave cleaning. The blasting process is preferably selected from a group consisting of dry ice blasting, a sand blasting process, an irradiation with refrigerant, and a steam blasting.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Aluminiumoxidschicht durch Schleuderradstrahlen entfernt wird.According to a preferred embodiment of the method it is provided that the aluminum oxide layer is removed by centrifugal blasting.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Aluminiumoxidschicht durch Gleitspanen oder Gleitschleifen entfernt wird.Alternatively or additionally, it is possible for the aluminum oxide layer to be removed by sliding or tumbling.
Das Bereitstellen des formgehärteten, mit der Aluminium-Silizium-Legierung beschichteten Stahlblechteils ist grundsätzlich auf zwei verschiedene Weisen möglich. Insbesondere ist es möglich, dass innerhalb des ersten Schrittes S1 in einem ersten Unterschritt S1.1 ein Stahlblech, das auch als Stahlblechplatine ausgebildet sein kann, mit einer Aluminium-Silizium-Legierung beschichtet wird, wobei das beschichtete Stahlblech in einem zweiten Unterschritt S1.2 formgehärtet, insbesondere pressgehärtet wird.The provision of the form-hardened, coated with the aluminum-silicon alloy sheet steel part is basically possible in two different ways. In particular, it is possible that within the first step S1 in a first substep S1.1, a steel sheet, which may also be formed as sheet steel plate, is coated with an aluminum-silicon alloy, wherein the coated steel sheet in a second substep S1.2 mold-hardened, in particular press-hardened.
Alternativ hierzu ist es möglich, dass in dem ersten Schritt S1 ein fertiges, bereits beschichtetes und formgehärtetes Stahlblech in einem dritten Unterschritt S1.3 bereitgestellt, beispielsweise von einem Zulieferer bezogen wird.Alternatively, it is possible that in the first step S1, a finished, already coated and thermoset steel sheet is provided in a third substep S1.3, for example, from a supplier.
Das Stahlblech wird in dem ersten Unterschritt S1.1 bevorzugt durch Schmelztauchveredeln beschichtet.The steel sheet is preferably coated by hot dipping in the first substep S1.1.
Insgesamt zeigt sich, dass mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren ein mit einer Aluminium-Silizium-Legierung schmelztauchveredeltes Stahlblech nach einem Formhärteprozess sicher und mit zufriedenstellender Haftung phosphatiert werden kann.Overall, it can be seen that with the method proposed here, a steel plate which has been hot-dip-coated with an aluminum-silicon alloy can be phosphated safely and with satisfactory adhesion after a mold hardening process.
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