DE60128624T2

DE60128624T2 - Formteil, das aus einem Stahlblech hergestellt ist, und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE60128624T2
Application number: DE60128624T
Authority: DE
Inventors: Katsunori Aki-gun Hanakawa; Kyoso Aki-gun Ishida; Mitsugi Aki-gun Fukahori
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2021-06-30
Also published as: US6723175B2; JP2002018868A; US20020069938A1; EP1172454A1; EP1172454B1; JP3659135B2; JP2002020853A; JP3823695B2; DE60128624D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils, hergestellt aus einem Stahlblechteil, beispielsweise ein Karosserieblechteil oder einem Strukturteil für eine Karosserie von Fahrzeugen wie etwa von Kraftfahrzeugen.
Wie allgemein bekannt ist, besteht auf dem Gebiet von Fahrzeugen wie Kraftfahrzeugen und dergleichen zusätzlich zu der Nachfrage nach einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit beim Betrieb des Fahrzeugs seit einiger Zeit auch eine starke Nachfrage nach einer Verbesserung der Kraftstoffsparsamkeit im Hinblick auf Umweltprobleme. Insbesondere besteht die Forderung nach einem noch stärker reduzierten Gewicht der Karosserie, die einen Großteil des Fahrzeuggewichts ausmacht. Andererseits ist es zur Aufrechterhaltung und Verbesserung des Passagierschutzes im Falle eines Zusammenstoßes des Fahrzeugs erforderlich, eine Karosseriestärke und -steifigkeit zu gewährleisten, die über einem gewissen Niveau liegt.
Wie vorstehend beschrieben, ist es bei einer Kraftfahrzeugkarosserie erforderlich, gleichzeitig eine Gewährleistung der Karosseriefestigkeit und der Karosseriesteifigkeit zur Verbesserung der Sicherheit im Falle eines Zusammenstoßes sowie eine Gewichtsreduzierung zur Verbesserung der Kraftstoffsparsamkeit zu erreichen.
Es ist in der Technik wohl bekannt, daß es zur Verbesserung des Passagierschutzes im Falle eines Zusammenstoßes des Fahrzeugs erforderlich ist, die Festigkeit des Stahlblechs selbst, das zum Bilden eines Karosserieblechteils und eines Strukturteils der Karosserie verwendet wird, zu erhöhen oder die Strukturstabilität durch eine Vergrößerung der Dicke des Stahlblechs oder durch Bereitstellen eines zusätzlichen Verstärkungsteils zu verbessern.
Von diesen Ansätzen läßt sich das letztere (Verstärkung der Struktur) jedoch prinzipiell schwer übernehmen, da eine Vergrößerung der Dicke des Stahlblechs und die zusätzliche Bereitstellung eines Verstärkungsteils notwendigerweise eine Erhöhung des Karosseriegewichts zur Folge haben.
Wie bei dem ersten Ansatz (Erhöhung der Festigkeit des Stahlblechs selbst) ist andererseits bekannt, daß gewöhnlich nur Stahlbleche von Klassen mit einer Zugfestigkeit von bis zu 440 MPa (sogenanntes 440-MPa-Stahlblech, dessen Mindestwert der Zugfestigkeit in der Spezifikation 440 MPa beträgt, wobei die Zugfestigkeit tatsächlich in dem Bereich von etwa 440 bis 550 MPa liegt) verwendet werden können, da die Gewährleistung der plastischen Verformbarkeit des Stahlblechs durch Prellformen und dergleichen eingeschränkt ist, und daß sich Stahlbleche mit größerer Festigkeit äußerst schwer formen lassen.
In dem Fall des obigen Zugfestigkeitsbereichs (etwa 500 MPa oder weniger), ist es jedoch auch bei dem Versuch, die Dicke unter Verwendung eines Stahlblechs mit großer Festigkeit zu reduzieren, schwierig, eine ausreichende Wirkung hinsichtlich der Reduktion des Karosseriegewichts und der Produktionskosten zu erzielen.
Als eine Art der Wärmebehandlung von Stahlmaterialien ist übrigens allgemein bekannt, daß es möglich ist, durch Aussetzen eines Stahlmaterials, enthaltend ein Nitridbildungselement (sogenannter Nitridbildungsstahl), einem gewissen Maß an Wärmebehandlung (Nitridierungsbehandlung), ein Stahlteil mit einem weichen Inneren und mit einer äußerst großen Härte in dem Oberflächenteil und der Umgebung zu erhalten.
Diese Nitridierungsbehandlung zielt im wesentlichen auf eine Verbesserung der Abriebbeständigkeit des Oberflächenteils, während die Erhöhung der inneren Härte des Teils beschränkt und die Zähigkeit gewährleistet wird, und ist nicht dafür bestimmt, die Festigkeit des ganzen Teils zu verbessern. In letzter Zeit ist allerdings im Hinblick darauf, daß gleichzeitig sowohl ein reduziertes Gewicht als auch die Festigkeit/Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie gewährleistet werden soll, erwägt worden, Oberflächenwärmebehandlungstechniken, einschließlich Nitridierungsbehandlung, auf Strukturteile und Verstärkungsteile für Kraftfahrzeuge anzuwenden. Beispielsweise offenbart die ungeprüfte japanische Offenlegungsschrift HEI 11-279685, daß zum Zweck der Herstellung eines Preßformteils mit großer Festigkeit, das eine ausgezeichnete Stoßabsorptionsfähigkeit und eine ausreichende Maßgenauigkeit sowie niedrige Produktionskosten aufweist, ein Nitridbildungsstahlblech mit einer speziellen Zusammensetzung nach der Preßarbeit einer Nitridierungsbehandlung unterzogen wird.
Bei dem obigen Stand der Technik ist jedoch auch bei der Bemühung, die Festigkeit des Stahlblechs selbst zu verbessern und dabei die Preßformbarkeit dadurch zu gewährleisten, daß das Nitridbildungsstahlblech nach dem Preßformen einer Nitridierungsbehandlung unterzogen wird, in der Praxis die nach der Nitridierungsbehandlung erhaltene Festigkeit (Zugfestigkeit), welche maximal etwa 700 MPa beträgt, noch nicht ausreichend, und daher war es nicht möglich, eine wesentliche Wirkung hinsichtlich der Reduktion des Karosseriegewichts und der Produktionskosten zu erhalten.
Wenn die Strukturstabilität durch eine Vergrößerung der Dicke des Stahlblechs, das zum Bilden des Karosserieblechteils und des Strukturteils zum Verbessern des Passagierschutzes bei einem Zusammenstoß des Fahrzeugs verwendet wird, verbessert wird, ist es im Hinblick auf eine Reduktion des Karosseriegewichts und der Produktionskosten übrigens nicht bevorzugt, die Blechdicke solcher Karosserieteile und Strukturteile, bei denen der Beitrag zur Steifigkeit der ganzen Karosserie relativ gering ist, zu vergrößern.
Es ist daher nicht ungewöhnlich, daß es erwünscht ist, einen Abschnitt mit anderen Eigenschaften als andere Abschnitte in einem Karosserieblechteil und einem Strukturteil, die ursprünglich als ein einteiliges Preßformteil erhalten werden sollten, bereitzustellen.
In bezug auf diesen Bedarf ist ein sogenanntes Tailored-Blanks-Verfahren als ein Verfahren zum Bilden eines Anteils mit anderen Eigenschaften als andere Anteile in einem einteiligen Teil bekannt. Das Tailored-Blanks-Verfahren soll durch Schweißen und dergleichen Rohlingmaterialien (Blechteile) mit unterschiedlichen Eigenschaften hinsichtlich einer vorbestimmten Spezifikation (wie Blechdicke und/oder Wärmebehandlungseigenschaften) verbinden, wodurch ein einteiliges Blechteil (Vorform) erhalten wird, und danach das plastische Verformen wie Preßformen durchführen, wodurch ein fertiges Formteil erhalten wird.
Durch ein solches Verfahren ist es möglich, ein Formteil mit einem darin enthaltenen Anteil, dessen Eigenschaften sich von anderen Anteilen hinsichtlich einer vorbestimmten Spezifikation gemäß den Eigenschaften des Rohlingmaterials unterscheiden, zu erhalten, während allgemein der Nutzen des Blechmaterials verbessert wird.
Es ist daher möglich, durch die Anwendung des Tailored-Blanks-Verfahrens auf die Produktion der Karosserien von Kraftfahrzeugen den Nutzen des Stahlblechmaterials zu verbessern und einem Anteil mit anderen Eigenschaften als die anderen Anteile in einem einteiligen Teil, das einen Abschnitt der Fahrzeugkarosserie ausmacht, zu bilden. Es ist somit ebenfalls möglich, das optimale Material für das Stahlblechmaterial, die Blechdicke, Wärmebehandlung, Oberflächenbehandlung und dergleichen unter Berücksichtigung der erforderlichen Eigenschaften (beispielsweise Festigkeit, Steifigkeit, Korrosionsbeständigkeit und dergleichen) und der Wirkung der Reduktion des Karosseriegewichts und der Produktionskosten zu bestimmen.
Bisher ist die Anwendung des Verfahrens jedoch dann, wenn ein Formteil, welches einen Anteil mit größerer Festigkeit als andere Anteile, aufweist, durch Anwendung des Tailored-Blanks-Verfahrens gebildet werden soll, auf einen bestimmten Bereich beschränkt, da im Hinblick auf die Aufrechterhaltung der Preßformbarkeit des Stahlblechs, wie oben beschrieben, nur das Stahlblech, dessen Zugfestigkeit bis zu etwa 440 MPa beträgt, verwendet werden kann. Es ist daher schwierig, eine ausreichende Wirkung der Reduktion des Karosseriegewichts und der Produktionskosten zu erhalten.
In dem zugeschnittenen Tailored-Blanks-Verfahren wird nach dem Schweißen der Rohlingmaterialien eine plastische Verformung durchgeführt. Daher treten insbeson dere dann, wenn ein Rohlingmaterial mit hoher Zugfestigkeit verwendet wird, gewöhnlich Schäden wie Risse an dem verbundenen Teil auf, da sich die mechanischen Eigenschaften des Rohlingmaterials wesentlich von denen des anderen Rohlingmaterials unterscheiden. Das kann ein Hauptfaktor sein, der die Anwendung des Verfahrens einschränkt.
Als eines der Verfahren zur Verstärkung eines Formteils, beispielsweise eines Rahmenteil, das in einer Karosserie von Fahrzeugen wie Kraftfahrzeugen verwendet wird, ist es übrigens bekannt, Schaummaterial (beispielsweise Schaumurethanharz) als ein inneres Füllmaterial in mindestens einen Teil des geschlossenen Abschnitts eines Formteils zu füllen. Dadurch ist es möglich, die Festigkeit, die Steifigkeit und die Energieabsorptionseigenschaften für die Stoßbelastung zu verbessern, ohne eine starke Vergrößerung des Gewichts, wie in Fällen, wo die Blechdicke des Formteils vergrößert wird oder eine Verstärkung durchgeführt wird.
Im Fall einer Verbesserung der Festigkeit, der Steifigkeit und der Energieabsorptionseigenschaften des Formteils durch Füllen von Füllmaterial in dessen geschlossenen Abschnitt ist es bekannt, daß die Verstärkungswirkung nicht nur in Abhängigkeit von der Art des Füllmaterials, dessen mechanischen Eigenschaften und der Art, wie das Füllmaterial in den Abschnitt des Formteils gefüllt wird, sondern ebenso in Abhängigkeit von der Konfiguration, wie das Füllmaterial in dem Abschnitt des Formteils gehalten und/oder fixiert wird, schwankt. Beispielsweise wird bei Vorliegen eines bestimmten Niveaus oder weniger der Scherhaftfestigkeit des Fixierteils des Füllmaterials in dem Formteil die Haltbarkeit des Formteils, von dem ein Teil durch Füllmaterial verstärkt wird, wesentlich reduziert.
Bisher bestand daher das Fixierverfahren beispielsweise darin, daß Haftbindungen auf die innere Oberfläche des Blechteils, das ein Formteil darstellt, aufgebracht wurden und das Füllmaterial durch eine Haftschicht an dem Formteil fixiert wurde. Dieses Verfahren ist jedoch zum Verbessern der Produktivität des verstärkten Formteils nachteilig, da ein zusätzlicher Schritt zum Aufbringen der Haftbindung nötig ist, und zum Trocknen des Haftmittels, das auf das Blechmaterial des Formteils aufgebracht ist, viel Zeit benötigt wird.
Andererseits kann in Erwägung gezogen werden, ein vorbestimmtes Schaumfüllmaterial als Füllmaterial zu verwenden und das Füllmaterial auf der inneren Oberfläche des Formteils durch das Haftvermögen des Schaumfüllmaterials selbst zu fixieren. Es ist jedoch schwierig, einen erforderlichen Wert des Haftvermögens beständig zu erreichen.
Ein sogenanntes Hydroform-Verfahren ist übrigens allgemein als ein Form-Verfahren zum Bilden eines Metallteils bekannt. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: das Bilden einer Vorform mit einer Form, die der Endform des Formteils in etwa ähnelt, durch Bilden eines Metallteils mit einem geschlossenen Abschnitt; das Legen der Vorform in eine vorbestimmten Preßform; und das Umformen der Vorform in ihre Endform entsprechend der Form der Preßform, indem dem geschlossenen Abschnitt Druckflüssigkeit zum Ausüben eines inneren Drucks in dem geschlossenen Abschnitt der Vorform zugeführt wird.
Durch die Anwendung des Hydroform-Verfahrens ist es möglich, ein Formteil mit einer relativ komplexen Form in einem Stück zu bilden, ohne eine Vielzahl an Teilen zusammenzubauen und sie zu verbinden. Dadurch ist es möglich, die Produktionskosten durch eine Reduktion der Anzahl der Teile und die Beseitigung von Arbeitsschritten zu reduzieren.
In dem Hydroform-Verfahren kann ein Rohrteil wie ein Stahlrohr, das einteilig durch Ziehen gebildet ist, als ein Metallteil verwendet werden, das dem Verfahren unterzogen wird. Wenn die Dicke im Vergleich zu dem Durchmesser relativ dünn ist, kann ebenfalls ein Rohrformteil, erhalten durch Walzen eines Stahlblechs und Schweißen des Walzstahlteils, als Metallteil verwendet werden, das dem Hydroform-Verfahren unterzogen wird.
Bisher ist jedoch dann, wenn ein Stahlformteil mit hoher Festigkeit durch die Anwendung des Hydroform-Verfahrens gebildet werden soll, die Anwendung des Verfahrens auf einen bestimmten Bereich beschränkt, da im Hinblick auf die Aufrechterhaltung der Preßformbarkeit des vorstehend beschriebenen Stahlblechs nur das Stahl blech, dessen Zugfestigkeit bis zu etwa 440 MPa beträgt, verwendet werden kann. Es ist daher schwierig, eine ausreichende Wirkung hinsichtlich einer Reduktion des Formteilgewichts und der Produktionskosten zu erreichen.
Es ist außerdem nicht unüblich, daß hinsichtlich des Formteils, das durch das Hdroform-Verfahren erhalten wird, nur eine Verstärkung eines bestimmten Bereichs erforderlich ist. Um einen solchen Bedarf zu befriedigen, ist es daher erwünscht, eine teilweise Verstärkung zuverlässig und leicht durchzuführen.
US-A-3,847,682 beschreibt einen Tiefziehstahl, der durch eine Legierungs-Stickstoff-Fällungs-Verstärkung auf eine minimale durchschnittliche Dehngrenze von 50 ksi verstärkt ist.
US-A-3,887,362 beschreibt nitridierbare Stähle, die zum Bilden von Teilen durch Formverfahren unter starker Kälte verwendet werden können, wobei danach die so gebildeten Teile durch Nitridieren gehärtet werden können, damit sie eine große Oberflächenhärte aufweisen.
Im Hinblick auf die obigen Angaben ist ein wesentlicher Gegenstand der Erfindung, dann, wenn ein Formteil eines Stahlblechteils mit hoher Festigkeit durch die Durchführung einer Nitridierungsbehandlung nach der plastischen Verformung unter Verwendung eines Stahlblechmaterials erhalten wird, ein Formteil mit einer ausreichend hohen Festigkeit nach der Nitridierungsbehandlung sicher zu erhalten, während die plastische Formbarkeit eines Stahlblechs gewährleistet ist.
Es ist ebenfalls ein Gegenstand der Erfindung, ein Formteil mit einem Anteil ausreichend hoher Festigkeit im Vergleich zu der Festigkeit der anderen Anteile sicher zu erhalten und gleichzeitig den Nutzen des Stahlblechmaterials zu verbessern.
Es ist außerdem ein Gegenstand der Erfindung, das Schaummaterial an dem Formteil in einer relativ einfachen Konfiguration zu fixieren und eine große Verstärkungswirkung durch das Befüllen mit Schaum bei der Verstärkung des Formteils durch die Befüllung mit Schaum zu erhalten.
Es ist außerdem ein Gegenstand der Erfindung, zuverlässig ein Formteil mit ausreichend hoher Festigkeit zu erhalten und es zu ermöglichen, daß sich eine teilweise Verstärkung zuverlässig und leicht durchführen läßt.
Die Lösung des obigen technischen Problems wird durch die Bereitstellung des Gegenstands, der in den Ansprüchen erläutert wird, erreicht. Insbesondere wird ein Verfahren zur Herstellung eines fertigen Formteils (30, 50, 50', 60, 70, 80), hergestellt aus einem Stahlblech, umfassend die folgenden Schritte bereitgestellt:
Herstellen eines Stahlblechmaterials, welches eine Zugfestigkeit von 500 MPa oder weniger aufweist und ein Nitridierungs- bzw. Nitridbildungselement (im folgenden als Nitridbildungselement bezeichnet) enthält,
Bilden eines intermediären Formteils (30') mit einer vorbestimmten Form durch Durchführen einer plastischen Verformung an dem Stahlblechmaterial, wobei das Formen des fertigen Formteils (30, 50, 50', 60, 70, 80) mit einer vorbestimmten Form durch ein Verfahren durchgeführt wird, umfassend die Schritte:
Herstellen eins ersten Rohlingmaterials und eines zweiten Rohlingmaterials mit unterschiedlichen Eigenschaften zur Steigerung der Zugfestigkeit aufgrund einer Nitridierungsbehandlung, wobei die Nitridierungsbehandlung die Zugfestigkeit von einem der Rohlingmaterialien mehr als die des anderen steigert, als die Stahlblechmaterialien, Bilden einer Vorform durch Verbinden dieser Rohlingmaterialien und
Durchführen einer plastischen Verformung an der Vorform, um ein intermediäres Formteil (30') mit einer vorbestimmten Form zu bilden, und
Durchführen einer Nitridierungsbehandlung an dem intermediären Formteil (30'), so daß eine durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung des resultierenden Stahlblechteils Hv 300 oder mehr in Vickers Härte beträgt, wobei der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem inneren Zentralteil in der Dickenrichtung des Stahlblechteils des fertigen Formteils (30, 50, 50', 60, 70, 80) Hv 200 oder weniger in Vickers Härte beträgt, wobei die Zugfestigkeit des Stahlblechs nach Nitridierungsbehandlung 1000 MPa oder mehr beträgt.
Wie vorstehend beschrieben, unterscheidet sich allgemein die Wirkung (insbesondere der wirtschaftliche Nutzen) in Abhängigkeit von der erreichten Festigkeit des Stahlblechs, wenn eine Reduktion des Karosseriegewichts und der Produktionskosten durch Verstärken des Stahlblechs selbst erreicht werden sollen. Im Hinblick auf die obenerwähnten technischen Probleme haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung als Ergebnis sorgfältiger Untersuchungen festgestellt, daß sich der erreichte wirtschaftliche Nutzen bei einer speziellen Zugfestigkeit (etwa 1.000 MPa) als Grenzlinie signifikant unterscheidet, wie in 5 dargestellt ist.
Das heißt, es kann bei einer Zugfestigkeit des Stahlblechs von weniger als etwa 1.000 MPa nur die Wirkung erreicht werden, daß die Blechdicke des Stahlblechs der Karosserie in Übereinstimmung mit der Steigerung der Zugfestigkeit dünner geformt werden kann, aber bei einer Zugfestigkeit des Stahlblechs von etwa 1.000 MPa oder mehr kann nicht nur die Blechdicke reduziert werden, sondern es fällt auch die Notwendigkeit eines Verstärkungsteils weg, so daß nicht nur das Karosseriegewicht und die Materialkosten reduziert, sondern auch die Kosten der Preßform und des Montageverfahrens beseitigt werden können, was einen wesentlichen wirtschaftlichen Nutzen zur Folge hat.
Wenn die Reduktion des Karosseriegewichts durch Verstärken des Stahlblechs selbst (d. h. durch Reduzieren der Dicke des Stahlblechmaterials) erwogen wird, so ist es im allgemeinen nicht bevorzugt, solche Karosserieteile und Strukturteile, bei denen nicht nur die Festigkeit, sondern auch die Steifigkeit in bezug auf die Karosseriestruktur gewährleistet werden müssen (mit anderen Worten der Beitrag hinsichtlich der Steifigkeit der ganzen Karosserie hoch ist) als einen Gegenstand auszuwählen, der zur Gewichtsreduktion dünner gemacht werden soll, da selbst bei einer Gewährleistung der Festigkeit durch ein Verstärken des Stahlblechs selbst die reduzierte Blechdicke in bezug auf die Gewährleistung der Steifigkeit eine negative Wirkung aufweist. Es ist jedoch bevorzugt, eine Anwendung dieser Maßnahme für solche Karosserieteile und Strukturteile in Erwägung zu ziehen, bei denen der Beitrag in bezug auf die Steifigkeit der ganzen Karosserie relativ gering ist und ein bestimmtes Maß an Festigkeit oder mehr erforderlich ist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben im Laufe der weitergeführten Untersuchung und der Entwicklung hin zu einer Anwendung dieser Nitridierungsbehand lungstechnik auf ein Stahlblech einer Fahrzeugkarosserie ferner festgestellt, daß sich die Härte eines Stahlblechs, das einer Nitridierungsbehandlung unterzogen wurde, auf verschiedene Weise in der Blechdickenrichtung entsprechend dem Unterschied in dem Stahlblechmaterial selbst und einem Unterschied in den Behandlungsbedingungen verteilt, aber es besteht eine hohe Korrelation zwischen der durchschnittlichen Härte und der Zugfestigkeit, so daß es durch Einstellen der durchschnittlichen Härte in der Blechdickenrichtung auf einen vorbestimmten Wert möglich ist, eine erwünschte Zugfestigkeit gemäß dem bereitgestellten Wert zu erhalten. Außerdem ist bei derselben durchschnittlichen Härte der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil (Oberfläche und Umgebung) und dem inneren Zentralteil des Blechmaterials um so größer, je geringer die Zugfestigkeit und die Dehnungseigenschaft sind, und insbesondere fallen die Zugfestigkeit und Dehnungseigenschaft stark ab, wenn der Unterschied in der Härte einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben außerdem als Ergebnis sorgfältiger Untersuchungen der Anwendung des Tailored-Blank-Verfahrens auf die Herstellung von Kraftfahrzeugkarosserien festgestellt, daß, wie für die mechanischen Eigenschaften des Rohlingmaterialien, die durch Schweißen und dergleichen verbunden werden sollen, in dem Fall, wo der Unterschied in der Dehnungseigenschaft vor dem Preßformen zwischen den beiden Rohlingmaterialien auf einen bestimmten, kleinen Bereich oder auf etwa das gleiche Niveau beschränkt ist, in dem verbundenen Anteil nicht so leicht Schäden wie Risse oder Brüche auftreten können, selbst wenn eine plastische Verformung nach dem Schweißen durchgeführt wird.
Außerdem haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß dann, wenn ein Stahlblechmaterial einer Wärmebehandlung (insbesondere einer Nitridierungsbehandlung) unterzogen wird, eine intermetallische Verbindung (im Fall einer Nitridierungsbehandlung Nitrid) mit mikroskopischer Porosität (als porös bezeichnet) in der Oberfläche und der Umgebung des Stahlblechs erzeugt wird, so daß es möglich ist, viel bessere Hafteigenschaften als bei dem Stahlblech, das keiner Wärmebehandlung unterzogen wurde, zu erhalten.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben außerdem als Ergebnis sorgfältiger Untersuchungen der Anwendung des Hydroform-Verfahrens auf die Herstellung eines Kraftfahrzeugkarosserieteils festgestellt, daß das Hydroform-Verfahren, nachdem ein Metallmaterial, welches vorbestimmte Wärmebehandlungselemente enthält, durch das Hydroform-Verfahren gebildet und das Formteil einer vorbestimmten Wärmebehandlung unterzogen worden ist, ohne Probleme durchgeführt werden kann, und es dabei gleichzeitig möglich ist, ein Formteil mit ausreichend hoher Festigkeit zu erhalten und eine teilweise Verstärkung leicht durchzuführen.
Im Hinblick auf das oben Dargestellte umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils, hergestellt aus einem Stahlblechteil gemäß einem ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung die Schritte: Herstellen eines Stahlblechmaterials, welches eine Zugfestigkeit von 500 MPa oder weniger aufweist und ein Nitridbildungselement enthält, Bilden eines Formteils mit einer vorbestimmten Form durch Durchführen einer plastischen Verformung an dem Stahlblechmaterial, und Durchführen einer Nitridierungsbehandlung an dem Formteil, so daß eine durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung des resultierenden Stahlblechteils Hv 300 oder mehr in Vickers-Härte beträgt.
Die Obergrenze der Zugfestigkeit des Stahlblechteils wurde auf 500 MPa festgelegt, da, wenn die Zugfestigkeit diesen Wert überschreitet, die plastische Verformbarkeit bei einem Preßformen stark gemindert ist, so daß es schwierig ist, eine plastische Verformung durchzuführen. Es sollte beachtet werden, daß ein im Handel erhältliches, sogenanntes 440 MPa-Stahlblech, bei dem die Untergrenze der Zugfestigkeit in der Spezifikation 440 MPa beträgt, tatsächlich eine Zugfestigkeit in dem Bereich von etwa 440 MPa bis etwa 500 MPa aufweist. Außerdem wurde die Untergrenze der durchschnittlichen Härte in der Blechdickenrichtung des Stahlblechmaterials nach der Nitridierungsbehandlung auf Hv 300 festgelegt, da, wie oben beschrieben, zum Erhalt eines hinreichend großen wirtschaftlichen Nutzens, der dadurch erhalten wird, daß nicht nur eine Reduktion der Blechdicke ermöglicht wird, sondern auch die Notwendigkeit eines Verstärkungsteils wegfällt, sowie daß nicht nur eine Reduktion des Karosseriegewichts und der Materialkosten ermöglicht wird, sondern auch die Notwendigkeit von Kosten, die beim Formen und beim Aufbau entstehen, bei dem Teil wegfällt, die Zugfestigkeit des Stahlblechs etwa 1.000 MPa oder mehr betragen muß und die durchschnittliche Härte Hv 300 oder mehr betragen muß, damit diese Zugfestigkeit erhalten werden kann.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Formteils, hergestellt aus einem Stahlblechteil gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist es möglich, die plastische Verformbarkeit zum Preßformen und dergleichen vor der Nitridierungsbehandlung ausreichend zu gewährleisten, da die Zugfestigkeit des Stahlblechmaterials 500 MP oder weniger beträgt. Außerdem ist es möglich, einen bedeutend großen wirtschaftlichen Nutzen deshalb zu erhalten, daß die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung des Stahlblechteils 300 Hv oder mehr und die Zugfestigkeit des Stahlblechmaterials etwa 1.000 MPa oder mehr beträgt. Beispielsweise können bei dessen Anwendung auf ein Karosserieblechteil oder ein Strukturteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie nicht nur die Blechdicke reduziert, sondern auch die Notwendigkeit eines Verstärkungsteils beseitigt werden, so daß nicht nur das Karosseriegewicht und die Materialkosten, sondern auch die Kosten, die beim Formen und beim Zusammenbau entstehen, reduziert werden können, was einen wesentlichen wirtschaftlichen Nutzen ergibt.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung eines Formteils, hergestellt aus einem Stahlblech gemäß dem ersten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblechmaterial als Nitridbildungselement eine vorbestimmte Menge von mindestens einem Element von Titan (Ti), Niob (Nb), Bor (B), Vanadium (V) und Aluminium (Al) enthält.
Es ist bevorzugt, daß der Anteil an Titan (Ti) 0,14 Gew.-% oder mehr, der Anteil an Niob (Nb) 0,1 Gew.-% oder weniger, der Anteil an Bor (B) 0,005 Gew.-% oder weniger, der Anteil an Vanadium (V) 0,1 Gew.-% oder weniger und der Anteil an Aluminium (Al) 0,06 Gew.-% oder weniger beträgt.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann im Grunde die gleiche Wirkung wie bei dem ersten Aspekt erreicht werden. Insbesondere, da das obige Stahlblechteil eine vorbestimmte Menge von mindestens einem Element von Titan (Ti), Niob (Nb), Bor (B), Vanadium (V) und Aluminium (Al) als Nitridbildungselement enthält, ist es möglich, den Wärmebehandlungseffekt durch die Nitridierungsbehandlung zuverlässig zu erhalten.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist das Verfahren zur Herstellung eines Formteils, hergestellt aus einem Stahlblech gemäß dem ersten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem inneren Zentralteil in der Dickenrichtung des Stahlblechteils des Formteils Hv 200 oder weniger in Vickers-Härte beträgt.
Die Obergrenze des Unterschieds in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem inneren Zentralteil in der Blechdicke des Stahlblechteils des Formteils wurde auf Hv 200 festgelegt, da, da wie oben beschrieben, bei derselben durchschnittlichen Härte in der Blechdickenrichtung die Zugfestigkeit und Dehnungseigenschaft desto niedriger sind, je stärker der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil (Oberfläche und Umgebung) und dem inneren Zentralteil des Blechmaterials zunimmt, wobei die Zugfestigkeit und Dehnungseigenschaft insbesondere dann plötzlich abnehmen, wenn der Unterschied in der Härte Hv 200 überschreitet.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann im Grunde die gleiche Wirkung wie bei dem ersten Aspekt erreicht werden. Insbesondere, nehmen aufgrund der Steigerung des Unterschieds in der Härte zwischen dem Oberflächenteil (Oberfläche und Umgebung) und dem inneren Zentralteil des Stahlblechteils selbst bei derselben durchschnittlichen Härte in der Blechdickenrichtung die Zugfestigkeit und Dehnungseigenschaft ab; jedoch kann durch Einstellen des Unterschieds in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem inneren Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechteils des Formteils auf Hv 200 oder weniger verhindert werden, daß die Zugfestigkeit und Dehnungseigenschaft plötzlich abnehmen, wodurch eine stabilere Verstärkung erhalten werden kann.
Außerdem ist gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Verfahren zur Herstellung eines Formteils, hergestellt aus einem Stahlblech gemäß dem ersten Aspekt dadurch gekennzeichnet, daß nur ein spezieller Bereich des Formteils durch die Nitridierungsbehandlung verstärkt wird und, wenn das Formteil biegeverformt wird, es sich an der Grenze zwischen dem speziellen Bereich und dem nicht speziellen Bereich als Ursprung verformt.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann im Grunde die gleiche Wirkung wie bei dem ersten Aspekt erreicht werden. Insbesondere der Verformungsmodus kann zur Zeit der Biegeverformung insbesondere deswegen ohne die Notwendigkeit, ein anderes Teil wie ein Verbindungsteil, Teilverstärkungsteil und dergleichen bereitzustellen, bei einem einteiligen Formteil nach Wunsch kontrolliert werden, da nur der spezielle Bereich des Formteils durch die Nitridierungsbehandlung verstärkt wird, so daß, wenn das Formteil biegeverformt wird, es sich an der Grenze zwischen dem speziellen Bereich und dem nicht speziellen Bereich als Verformungsursprung verformt.
Außerdem ist gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung das Verfahren zur Herstellung eines Formteils, hergestellt aus einem Stahlblech gemäß dem vierten Aspekt dadurch gekennzeichnet, daß vor der Nitridierungsbehandlung eine Maskierungsbehandlung an dem Teil durchgeführt werden kann, das sich von dem speziellen Bereich des Formteils unterscheidet.
Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann im Grunde die gleiche Wirkung wie bei dem vierten Aspekt erreicht werden. Insbesondere, da die Maskierungsbehandlung an dem anderen Teil als dem speziellen Bereich des Formteils vor der Nitridierungsbehandlung durchgeführt wird, ist es möglich, nur den speziellen Bereich des Formteils zuverlässig und leicht durch die Nitridierungsbehandlung zu verstärken.
Außerdem ist gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Verfahren zur Herstellung eines Formteils, hergestellt aus einem Stahlblech gemäß dem vierten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitridierungsbehandlung dann durchgeführt wird, wenn nur der spezielle Bereich des Formteils in ein Salzbad eingetaucht wird.
Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann im Grunde die gleiche Wirkung wie bei dem vierten Aspekt erreicht werden. Insbesondere, da die Nitridierungsbehandlung dann durchgeführt wird, wenn nur der spezielle Bereich des Formteils in ein Salzbad eingetaucht wird, ist es möglich, nur den spezielle Bereich des Formteils zuverlässig durch die Nitridierungsbehandlung zu verstärken ohne die Notwendigkeit, ein anderes Verfahren bereitzustellen.
Außerdem ist gemäß einem siebenten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Verfahren zur Herstellung eines Formteils, hergestellt aus einem Stahlblech gemäß dem ersten Aspekt dadurch gekennzeichnet, daß das Bilden des Formteils mit einer vorbestimmten Form durch ein Verfahren durchgeführt wird, umfassend die Schritte: Herstellen eines ersten Rohlingmaterials und eines zweiten Rohlingmaterials mit unterschiedlichen Eigenschaften gemäß einer vorbestimmten Spezifikation als die Stahlblechmaterialien, Bilden einer Vorform durch Verbinden dieser Rohlingmaterialien und Durchführen einer plastischen Verformung an der Vorform, um ein Formteil mit einer vorbestimmten Form zu erhalten.
Gemäß dem siebenten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann im Grunde die gleiche Wirkung wie bei dem ersten Aspekt erreicht werden. Insbesondere, da nach der plastischen Verformung der Vorform, welche durch Verbinden des ersten Rohlingmaterials mit dem zweiten Rohlingmaterial mit unterschiedlichen Eigenschaften gemäß einer vorbestimmten Spezifikation gebildet wurde, ein spezieller Teil des Formteils, welcher durch die plastische Verformung erhalten wurde, durch die Nitridierungsbehandlung gehärtet wird, ist es möglich, die plastische Verformbarkeit vor der Wärmebehandlung ausreichend zu gewährleisten. Und die Nitridierungsbehandlung, die nach der plastischen Verformung durchgeführt wird, verleiht dem speziellen Teil des Formteils die erwünschte Festigkeit. Das heißt, durch Anwendung des Tailored-Blank-Verfahrens ist es möglich, ein Formteil mit einem Teil darin zu erhalten, dessen Festigkeit ausreichend höher als die anderer Teile ist, wobei der Nutzen des Blechmaterials verbessert wird.
Außerdem ist gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Verfahren zur Herstellung eines Formteils, hergestellt aus einem Stahlblech gemäß dem ersten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil eine geschlossene Abschnittsform aufweist und durch ein Verfahren verstärkt wird, umfassend die Schritte: Einbringen eines Schaummaterials an einen Bereich, der der Nitridierungsbehandlung unterzogen wird, und Veranlassen, daß sich das Schaummaterial durch Erwärmen des Formteils ausdehnt.
Gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann im Grunde die gleiche Wirkung wie bei dem ersten Aspekt erreicht werden. Insbesondere, da nach dem Bilden eines Formteils mit einer geschlossenen Abschnittsform durch Unterziehen eines Blechmaterials, welches das Nitridbildungselement enthält, einer plastischen Verformung, die Nitridierungsbehandlung an mindestens einem vorbestimmten Bereich des Formteils durchgeführt wird, wird eine intermetallische Verbindung mit einer Porosität (als porös bezeichnet) in der Oberfläche und der Umgebung der Oberfläche in bezug auf diesen vorbestimmten Bereich erzeugt. Da nach Einbringen eines Schaummaterials an diesen vorbestimmten Bereich veranlaßt wird, daß sich das Schaummaterial durch Erwärmen des Formteils ausdehnt, wird dann das Schaummaterial in bezug auf den vorbestimmten Bereich, dessen Oberfläche und dessen Umgebung porös sind, ausgedehnt und gehärtet, so daß es möglich ist, viel bessere Hafteigenschaften als bei den Stahlblechen, die keiner Wärmebehandlung unterzogen wurden, zu erhalten. Das heißt, beim Verstärken des Formteils durch Einfüllen des Schaums ist es möglich, den Schaum an das Formteil mit einer relativ einfachen Konfiguration zu fixieren und eine große Verstärkungswirkung durch Einfüllen des Schaums zu erhalten.
Außerdem ist gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Verfahren zur Herstellung eines Formteils, hergestellt aus einem Stahlblech gemäß dem ersten Aspekt dadurch gekennzeichnet, daß das Bilden des Formteils mit einer vorbestimmten Form durch ein Verfahren durchgeführt wird, umfassend die Schritte: Bilden einer Vorform mit einer geschlossenen Abschnittsform, welche der Endform des Formteils relativ ähnlich ist, Geben der Vorform in eine vorbestimmte Preßform und Bilden der Vorform, indem dem geschlossenen Abschnittsbereich eine Druckflüssigkeit zugeführt wird, um das Formteil entsprechend der Form der Preßform zu erhalten.
Gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann im Grunde die gleiche Wirkung wie bei dem ersten Aspekt erreicht werden. Insbesondere, da sich die Vorform mit einer geschlossenen Abschnittsform, welche der Endform des Formteils relativ ähnlich ist, in der vorbestimmten Preßform befindet, und durch das Zuführen von Druckflüssigkeit in den geschlossenen Abschnittsbereich der Vorform wird das Formteil durch die Nitridierungsbehandlung nach dem Bilden des Formteils entsprechend der Form der Preßform gehärtet, wodurch es möglich ist, eine befriedigende plastische Verformbarkeit zum Zeitpunkt der Verformung vor der Wärmebehandlung zu gewährleisten. Anschließend ist es durch die Nitridierungsbehandlung, die nach der plastischen Verformung durchgeführt wird, auch möglich, den speziellen Bereich des Formteils mit einer erwünschten Festigkeit bereitzustellen. Das heißt, wenn ein Formteil durch die Anwendung des sogenannten Hydroform-Verfahrens erhalten wird, ist es möglich, zuverlässig das Formteil mit befriedigender Festigkeit zu erhalten.
Außerdem weist ein Formteil, hergestellt aus einem Stahlblechteil gemäß einem zehnten Aspekts, durch die plastische Verformung eines Stahlblechteils, das eine Zugfestigkeit von 500 MPa oder weniger aufweist und ein Nitridbildungselement enthält, zu einer vorbestimmten Form und unter Durchführung einer Nitridierungsbehandlung nach der plastischen Verformung eine durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung von Hv 300 oder mehr in Vickers-Härte auf.
Die Obergrenze der Zugfestigkeit des Stahlblechteils wurde auf 500 MPa oder weniger festgelegt und die Untergrenze der durchschnittlichen Härte in der Dickenrichtung des Stahlblechteils nach der Nitridierungsbehandlung wurde aus demselben Grund wie bei dem ersten Aspekt der Erfindung auf Hv 300 festgelegt.
Bei dem Formteil, hergestellt aus einem Stahlblechteil gemäß dem zehnten Aspekt, ist es möglich, die plastische Verformbarkeit, wie Preßformen vor der Nitridierungsbehandlung, ausreichend zu gewährleisten, da die Zugfestigkeit des Stahlblechmaterials 500 MPa oder weniger beträgt. Da die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung des Stahlblechteils nach der Nitridierungsbehandlung Hv 300 oder mehr beträgt, ist es außerdem möglich, daß die Zugfestigkeit dieses Stahlblechteils 1.000 MPa oder mehr beträgt, so daß ein bedeutend großer wirtschaftlicher Nutzen erhalten werden kann. Bei der Anwendung auf ein Karosserieblechteil oder Strukturteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie beispielsweise, kann nicht nur die Blechdicke reduziert werden, sondern es fällt auch die Notwendigkeit eines Verstärkungsteils weg, so daß nicht nur das Karosseriegewicht und die Materialkosten reduziert, sondern auch die Kosten der Form und des Montageverfahrens beseitigt werden können, was einen wesentlichen wirtschaftlichen Nutzen zur Folge hat.
Außerdem ist gemäß einem elften Aspekt das Formteil, hergestellt aus einem Stahlblechteil gemäß dem zehnten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil durch eine plastische Verformung an einer Vorform, erhalten durch Verbinden eines ersten Rohlingmaterials und eines zweiten Rohlingmaterials mit unterschiedlichen Eigenschaften gemäß einer vorbestimmten Spezifikation, mit einer vorbestimmten Form gebildet wird.
Gemäß dem elften Aspekt kann im Grunde die gleiche Wirkung wie bei dem zehnten Aspekt erhalten werden. Insbesondere, da nach der plastischen Verformung die Vorform, welche durch Verbinden des ersten Rohlingmaterials und des zweiten Rohlingmaterials mit unterschiedlichen Eigenschaften gemäß einer vorbestimmten Spezifikation gebildet wurde, ein spezieller Teil des Formteils, der durch die plastische Verformung erhalten wurde, durch die Nitridierungsbehandlung gehärtet wird, ist es möglich, die plastische Verformbarkeit vor der Wärmebehandlung ausreichend zu gewährleisten. Die Nitridierungsbehandlung, die nach der plastischen Verformung durchgeführt wird, verleiht dem speziellen Teil des Formteils eine erwünschte Festigkeit. Das heißt, durch die Anwendung des Tailored-Blank-Verfahrens ist es möglich, ein Formteil mit einem Teil darin zu erhalten, dessen Festigkeit ausreichend höher ist als die der anderen Teile, wobei der Nutzen des Blechmaterials verbessert wird.
Außerdem ist gemäß einem zwölften Aspekt das Formteil, hergestellt aus einem Stahlblechteil gemäß dem zehnten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil eine geschlossene Abschnittsform aufweist und durch Einfüllen eines Schaum materials in mindestens einen Bereich, der der Nitridierungsbehandlung unterzogen wird, und Veranlassen, daß sich das Schaummaterial durch Erwärmen des Formteils ausdehnt, mindestens ein Teil des Formteils mit Schaummaterial gefüllt wird.
Gemäß dem zwölften Aspekt kann im Grunde die gleiche Wirkung wie bei dem zehnten Aspekt erreicht werden. Insbesondere, da nach dem Bilden eines Formteils das eine geschlossene Abschnittsform aufweist, durch Unterziehen eines Blechmaterials, welches das Nitridbildungselement enthält, einer plastischen Verformung die Nitridierungsbehandlung an mindestens einem vorbestimmten Bereich des Formteils durchgeführt wird, wird eine intermetallische Verbindung mit einer Porosität (als porös bezeichnet) in der Oberfläche und der Umgebung der Oberfläche in bezug auf diesen vorbestimmten Bereich erzeugt. Da nach dem Einbringen eines Schaummaterials an diesen vorbestimmten Bereich veranlaßt wird, daß sich das Schaummaterial durch Erwärmen des Formteils ausdehnt, wird dann das Schaummaterial in bezug auf den vorbestimmten Bereich ausgedehnt und gehärtet, wobei die Oberfläche und die Umgebung porös sind, so daß es möglich ist, viel bessere Hafteigenschaften als bei Stahlblechen, die keiner Wärmebehandlung unterzogen wurden, zu erhalten. Das heißt, beim Verstärken des Formteils durch Einfüllen des Schaums ist es möglich, den Schaum an dem Formteil mit einer relativ einfachen Konfiguration zu fixieren und durch Einfüllen des Schaums eine große Verstärkungswirkung zu erhalten.
Außerdem ist gemäß einem dreizehnten Aspekt das Formteil, hergestellt aus einem Stahlblechteil gemäß dem zehnten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil mit einer vorbestimmten Form durch Bilden einer Vorform mit einer geschlossenen Abschnittsform, welche der Endform des Formteils relativ ähnlich ist, Einbringen der Vorform in eine vorbestimmte Preßform und Bilden der Vorform, indem dem geschlossenen Abschnittsbereich Druckflüssigkeit zugeführt wird, geformt wird, um das Formteil entsprechend der Form der Preßform zu erhalten.
Gemäß dem dreizehnten Aspekt kann im Grunde die gleiche Wirkung wie bei dem zehnten Aspekt erreicht werden. Insbesondere, da sich die Vorform mit einer geschlossenen Abschnittsform, welche der Endform des Formteils relativ ähnlich ist, in der vorbestimmten Preßform befindet und durch Befüllen des geschlossenen Ab schnittsbereichs der Vorform mit einer Druckflüssigkeit wird das Formteil durch die Nitridierungsbehandlung nach dem Bilden des Formteils entsprechend der Form der Preßform, gehärtet, wodurch es möglich ist, zum Zeitpunkt der Formgebung vor der Wärmebehandlung eine plastische Verformbarkeit zu gewährleisten. Dann ist es durch die Nitridierungsbehandlung, die nach der plastischen Verformung durchgeführt wird, auch möglich, dem speziellen Bereich des Formteils eine erwünschte Festigkeit zu verleihen. Das heißt, wenn ein Formteil durch Verwendung des sogenannten Hydroform-Verfahrens erhalten wird, ist es möglich, das Formteil mit befriedigender Festigkeit zuverlässig zu erhalten.
1 ist eine graphische Darstellung eines Testergebnisses für Prüfkörper a in einem Test zur Untersuchung der Wirkung einer Legierungszusammensetzung eines Stahlblechmaterials auf die Härteverteilung und die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung;
2 ist eine graphische Darstellung eines Testergebnisses für Prüfkörper b in dem obenbeschriebenen Test;
3 ist eine graphische Darstellung eines Testergebnisses für Prüfkörper c in dem obenbeschriebenen Test;
4 ist eine graphische Darstellung eines Testergebnisses für Prüfkörper d in dem obenbeschriebenen Test;
5 ist eine schematische graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Zugfestigkeit eines Stahlblechs und des Einflusses auf die Reduktion des Karosseriegewichts eines Kraftfahrzeugs und der dabei anfallenden Produktionskosten;
6 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Zugfestigkeit und der durchschnittlichen Härte in der Blechdickenrichtung eines Stahlblechs;
7 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Zugfestigkeit und dem Unterschied in der Härte in der Blechdickenrichtung eines Stahlblechs;
8 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Dehnungseigenschaft und dem Unterschied in der Härte in der Blechdickenrichtung eines Stahlblechs;
9A ist eine Vorderansicht, in der schematisch eine B-Säulen-Verstärkung vor der Wärmebehandlung als ein konkretes Beispiel für ein Formteil erläutert wird;
9B ist eine Vorderansicht, in der schematisch eine B-Säulen-Verstärkung nach der Wärmebehandlung als ein konkretes Beispiel für das Formteil erläutert wird;
10 ist eine perspektivische Ansicht, in der schematisch ein Frontrahmen als ein weiteres konkretes Beispiel für das Formteil erläutert wird;
11A ist eine perspektivische Ansicht, in der schematisch ein Frontrahmen vor der Wärmebehandlung als noch ein weiteres konkretes Beispiel für das Formteil erläutert wird;
11B ist eine perspektivische Ansicht, in der schematisch ein Frontrahmen nach der Wärmebehandlung als noch ein weiteres konkretes Beispiel für das Formteil erläutert wird;
12 ist noch ein weiteres Beispiel einer graphischen Darstellung der Beziehung zwischen der Zugfestigkeit in bezug auf die Dehnung vor und nach der Nitridierungsbehandlung von jedem Rohlingmaterial, das in dem Frontrahmen gemäß den obigen Angaben verwendet wurde;
13 ist eine Explosionsdarstellung eines Beispiels, bei dem das Tailored-Blank-Verfahren auf die fahrerseitige Baugruppe eines Kraftfahrzeugs angewendet wurde;
14 eine Explosionsdarstellung eines weiteren Beispiels, bei dem das Tailored-Blank-Verfahren auf die fahrerseitige Baugruppe eines Kraftfahrzeugs angewendet wurde;
15 ist eine Darstellung, in der eine Abschnittsstruktur vor dem Einbringen eines Schaummaterials in einen Karosserierahmen zu dessen Verstärkung durch einen Schaum erläutert wird;
16 ist eine Darstellung, in der eine Abschnittsstruktur, die sich in so einem Zustand befindet, in dem das Schaummaterial in den Karosserierahmen zur Verstärkung durch den Schaum gefüllt wird, erläutert wird;
17 ist eine Darstellung, in der eine Abschnittsstruktur nach der Ausdehnung des Schaummaterials in dem Karosserierahmen zur Verstärkung durch den Schaum erläutert wird;
18 ist eine Darstellung, in der schematisch ein Testgerät zum Durchführen eines statischen Cantilever-Biegetests eines Karosserierahmens erläutert wird;
19 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen dem Biegewinkel und dem Biegemoment von Rahmen, umfassend verschiedene Arten von Füllmaterialien, in dem Cantilever-Biegetest;
20 ist eine Darstellung des maximalen Biegemoments und der Menge an Energieabsorption von Rahmen, umfassend verschiedene Arten von Füllmaterialien, in dem Cantilever-Biegetest;
21 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen der Scherhaftfestigkeit einer Haftschicht und dem maximalen Biegemoment;
22 ist eine Darstellung von Scherhaftfestigkeiten eines konkreten Beispiels, wobei ein spezieller Bereich eines Rahmens einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, und eines Vergleichsbeispiels, wobei keine Wärmebehandlung durchgeführt wurde;
23A ist eine Ansicht aus einer Reihe von Prozeßansichten, in denen das Verfahren zur Herstellung eines Metallformteils durch ein Hydroform-Verfahren erläutert wird;
23B ist eine Ansicht aus einer Reihe von Prozeßansichten, in denen das Verfahren zur Herstellung des Metallformteils durch das Hydroform-Verfahren erläutert wird;
23C ist eine Ansicht aus einer Reihe von Prozeßansichten, in denen das Verfahren zur Herstellung des Metallformteils durch das Hydroform-Verfahren erläutert wird;
23D ist eine Ansicht aus einer Reihe von Prozeßansichten, in denen das Verfahren zur Herstellung des Metallformteils durch das Hydroform-Verfahren erläutert wird;
24A ist eine Ansicht aus einer Reihe von Prozeßansichten, in der die Teilnitridierungsbehandlung in einem Verfahren zur Herstellung eines Metallformteils durch ein Hydroform-Verfahren erläutert wird;
24B ist eine Ansicht aus einer Reihe von Prozeßansichten, in der die Teilnitridierungsbehandlung in dem Verfahren zur Herstellung des Metallformteils durch das Hydroform-Verfahren erläutert wird;
25A ist eine Ansicht aus einer Reihe von Prozeßansichten, in denen ein weiteres Beispiel für eine Teilnitridierungsbehandlung in dem obigen Verfahren erläutert wird;
25B ist eine Ansicht aus einer Reihe von Prozeßansichten, in denen ein weiteres Beispiel für die Teilnitridierungsbehandlung in dem obigen Verfahren erläutert wird;
25C ist eine Ansicht aus einer Reihe von Prozeßansichten, in denen ein weiteres Beispiel für die Teilnitridierungsbehandlung in dem obigen Verfahren erläutert wird.
Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die anhängenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Zuerst wird eine Erläuterung zu dem Stahlblechmaterial, das als ein Material für ein Formteil gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wurde, gegeben. In der vorliegenden Ausführungsform wird als ein Materialstahlblech für das Formteil ein sogenanntes Nitrierstahlblech, welches ein Nitridbildungselement enthält, verwendet, dessen Legierungszusammensetzung fünf Stahlgrundelemente (C, Si, Mn, P und S) mit einem Gehalt (Gew.-%) in dem Bereich, wie in Tabelle 1 unten gezeigt, und mindestens eine der Nitridbildungselemente mit einem Gehalt (Gew.-%) in dem in Tabelle 1 gezeigten Bereich umfaßt.

Der hierin verwendete Begriff „Nitridierungsbehandlung" schließt nicht nur eine allgemeine Nitridierungsbehandlung, sondern auch eine Carbo-Nitridierungsbehandlung ein, wenn nicht anders angegeben, und schließt alle Arten von Nitridierungs- und Carbo-Nitridierungsbehandlungen wie eine Flüssignitridierungsbehandlung, umfassend eine Salzbad-Nitridierungsbehandlung, und Gasnitridierungsbehandlung, umfassend eine Ionen-Nitridierungsbehandlung, ein. Tabelle 1: (Einheit: Gew.-%)

C	Si	Mn	P	S	Ti	Nb	B	V	Al
0,003 oder weniger	0,05 oder weniger	0,5 oder weniger	0,05 oder weniger	0,02 oder weniger	0,14 oder weniger	0,1 oder weniger	0,005 oder weniger	0,1 oder weniger	0,06 oder weniger

Der Grund, warum die entsprechenden Anteile der Legierungselemente wie in Tabelle 1 definiert sind, ist folgender.
Das heißt, die Obergrenze des Gehalts an Kohlenstoff (C) wurde auf 0,003 Gew.-% festgelegt, da in dem Stahlblechmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Nitridbildungselement wie Titan (Ti) und Niob (Nb) zum Verbessern der durchschnittlichen Härte in der Blechdickenrichtung durch eine Nitridierungsbehandlung zugegeben wurde; wenn der Gehalt an C jedoch mehr als 0,003 Gew.-% beträgt, wird er sich mit dem Nitridbildungselement verbinden, wodurch Carbide (TiC, NiC und dergleichen) leicht ausfallen, so daß eine Reduktion der plastischen Verformbarkeit vor der Nitridierungsbehandlung sowie die Zugabe einer größeren Menge an Nitridbildungselement nötig ist.
Die Obergrenze des Gehalts an Silicium (Si) wurde auf 0,05 Gew.-% festgelegt, denn, wenn der Gehalt an Si über dieser Grenze liegt, vergrößert sich die Menge an fester Lösung zu einer Ferritstruktur, wodurch sich die plastische Verformbarkeit vor der Nitridierungsbehandlung verschlechtert, und es wird sich bei der Nitridierungsbehandlung mit Stickstoff (N) verbinden, wodurch ein Nitrid (SiN) leicht ausgefällt wird, so daß sich eine flache Verteilung der Härte in der Blechdickenrichtung aufgrund des Eindringens von N in das Stahlblechmaterial schwer erreichen läßt.
Die Obergrenze des Gehalts an Mangan (Mn) wurde auf 0,5 Gew.-% festgelegt, da Mn ein Feststofflösungs-Verstärkungselement ist, welches in einer Ferritstruktur feststofflöslich ist, und es hat eine negative Wirkung auf N, das bei der Nitridierungsbehandlung in das Stahlblechmaterial eindringt, und verbindet sich mit Schwefel (S), wodurch MnS ausgefällt wird, was einen Oberflächenfehler zur Folge hat, so daß eine Beschränkung des Gehalts an Mn, vorzugsweise auf 0,5 Gew.-% oder weniger, nötig ist.
Die Obergrenze des Gehalts an Phosphor (P) wurde auf 0,05 Gew.-% festgelegt, da P ein Feststofflösungs-Verstärkungselement ist, welches in einer Ferritstruktur feststofflöslich ist, und es hat eine negative Wirkung auf die plastische Verformbarkeit vor der Nitridierungsbehandlung sowie eine negative Wirkung auf N, das bei der Nitridierungsbehandlung in das Stahlblechmaterial eindringt, so daß eine Beschränkung des Gehalts an P, vorzugsweise auf 0,05 Gew.-% oder weniger, nötig ist.
Die Obergrenze des Gehalts an Schwefel (S) wurde auf 0,02 Gew.-% festgelegt, da sich S mit Mn verbinden wird, wodurch MnS ausgefällt wird, was einen Oberflächefehler zur Folge hat, wie oben beschrieben, so daß eine Beschränkung des Gehalts an S, vorzugsweise auf 0,02 Gew.-% oder weniger, nötig ist.
Die Untergrenze an Titan (Ti) wurde auf 0,14 Gew.-% festgelegt, da Ti in der Lage ist, Ausfällungen von C oder N, die in einer Ferritstruktur in Form einer festen Lösung gelöst sind, zu bewirken und zu fixieren, wodurch sich die plastische Verformbarkeit der Struktur erhöht, und außerdem ist es ein Nitridbildungselement und ist somit in der Lage, ein Nitrid mit größerer Härte (TiN) auszufällen, indem es bei einem Gehalt von 0,14 Gew.-% oder mehr zugegeben wird, was zu einer Verbesserung der durchschnittlichen Härte in der Blechdickenrichtung führt. Wenn der Gehalt weniger als 0,14 Gew.-% beträgt, ist der obige Effekt nicht befriedigend.
Ähnlich wie Ti, ist Niob (Nb) ebenfalls in der Lage, Ausfällungen von C oder N, die in einer Ferritstruktur in Form einer festen Lösung gelöst sind, zu bewirken und zu fixieren, wodurch sich die plastische Verformbarkeit der Struktur erhöht, und außerdem ist es ein Nitridbildungselement und ist somit in der Lage, ein Nitrid mit hoher Härte auszufällen, indem es zugegeben wird, wodurch die Nitridierungsbehandlung zu einer Verbesserung der durchschnittlichen Härte in der Blechdickenrichtung führt. Vorzugsweise ist es möglich, durch Zugabe von Nb mit einem Gehalt von 0,04 Gew.-% oder mehr diese Wirkung sicherer zu erreichen. Die Obergrenze des Gehalts an Nb wurde auf 0,1 Gew.-% festgelegt, denn, wenn die zugegebene Menge an Nb diese Grenze überschreitet, wird der Effekt gesättigt sein.
Bor (B) fällt ein Nitrid (BN) durch eine Nitridierungsbehandlung aus und ist in der Lage, durch die Nitridierungsbehandlung die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung zu verbessern. Vorzugsweise ist es bei einem Gehalt an B von 0,001 Gew.-% oder mehr möglich, diese Wirkung sicherer zu erreichen. Die Obergrenze des Gehalts an B wurde auf 0,005 Gew.-% festgelegt, denn, wenn der Gehalt an B diese Grenze überschreitet, wird sich die plastische Verformbarkeit vor der Nitridierungsbehandlung verschlechtern.
Vanadium (V) fördert die Diffusion von N und fällt ein Nitrid (VN) aus, und kann bei einer bestimmten Menge von mehr als 0 (null) Gew.-% die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung durch die Nitridierungsbehandlung verbessern. Die Obergrenze des Gehalts an V wurde auf 0,1 Gew.-% festgelegt, denn, wenn der Gehalt an V diese Grenze überschreitet, wird eine große Menge an Nitrid auf der Oberflächenseite des Stahlblechs ausgefällt, wodurch ein Eindringen von N in das Stahlblech verhindert wird; infolgedessen ist ein ausreichendes Härten des Stahlblechinneren nicht mehr möglich, so daß sich eine flache Verteilung der Härte in der Blechdickenrichtung schwer erreichen läßt.
Aluminium (Al) ist ein Nitridbildungselement, und durch Zugabe von Al ist es möglich, die Härte zu verbessern. Vorzugsweise ist es bei einem Gehalt an Al von 0,03 Gew.-% oder mehr möglich, diese Härtungswirkung sicherer zu verbessern. Die Obergrenze des Gehalts an Al wurde auf 0,06 Gew.-% festgelegt, denn wenn der Gehalt an Al diese Grenze überschreitet, wird das Härten auf der Oberflächenseite ausschlaggebend, so daß sich eine flache Verteilung der Härte in der Blechdickenrichtung schwer erreichen läßt.
Wie oben beschrieben, ist es dann, wenn das Stahlblechmaterial mindestens ein Element von Titan (Ti), Niob (Nb), Bor (B), Vanadium (V) und Aluminium (Al) enthält, möglich, durch eine Nitridierungsbehandlung die Wirkung der Wärmebehandlung sicher zu erreichen. Von den obigen Nitridbildungselementen wird hauptsächlich Ti verwendet, und vorzugsweise werden gegebenenfalls andere Nitridbildungselemente (Nb, B, V und Al) als Hilfselemente von Ti verwendet. Das heißt, es gibt einen Fall, in dem die Zugabe einer zu großen Menge eines Elemententyps (Ti) als Nitridbildungselement nicht bevorzugt ist, und in einem solchen Fall ist es bevorzugt, eine angemessene Menge anderer Nitridbildungselemente (Nb, B, V und Al) zuzugeben, während der Gehalt an Ti auf einen gewissen Grad beschränkt wird.
Test 1
Bevor eine Erläuterung spezieller Beispiele für Formteile und zu Produktionsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform gegeben wird, wird eine Erläuterung zu verschiedenen Tests und zu Testberechnungen, die zur Untersuchung verschie dener mechanischer Eigenschaften und erhältlicher Zugfestigkeiten durchgeführt wurden, und zu dem wirtschaftlichen Nutzen (der Wirkung hinsichtlich der Reduktion des Karosseriegewichts eines Kraftfahrzeugs und der Kosten) von Stahlblechen gegeben, die unter Verwendung verschiedener Prüfkörper und Proben und durch deren Unterziehen einer Nitridierungsbehandlung erhältlich sind.
Zuerst wurde Test 1 zur Untersuchung der Wirkung einer Legierungszusammensetzung eines Stahlblechmaterials auf die Härteverteilung und die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung nach der Nitridierungsbehandlung durchgeführt.

Die Art des Stahls, des Materials sowie die Blechdicke und Legierungszusammensetzung (5 Grundelemente) von jeder der Prüfkörper a bis d, die in diesem Test verwendet wurden, sind in Tabelle 2 aufgeführt. Diese Prüfkörper stimmen mit der Spezifikation des Japan Iron and Steel Federation Standard (JFS) überein. Tabelle 2: (Einheit: Gew.-%)

Prüfkörper	Stahlart	Material und Blechdicke	C	Si	Mn	P	S
a	Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt	JFS JSH270C 1,4 t	0,04	0,003	0,27	0,015	0,006
b	Stahl mit ultra geringem Kohlenstoffgehalt	JFS JSC270E 1,2 t	0,002	0,01	0,11	0,013	0,004
c	Stahl mit ultra geringem Kohlenstoffgehalt	JFS JSC260G 1,4 t	0,001	0,004	0,1	0,007	0,004
d	hochzugfester Stahl	JFS JSC590Y 1,4 t	0,08	0,72	1,4	0,015	0,002

Prüfkörper a ist ein sogenannter Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt, in dem der Gehalt an Si, Mn, P und S mit dem speziellen Bereich, der in obiger Tabelle 1 aufge führt ist, übereinstimmt, während der Gehalt an C wesentlich größer ist (mehr als das 10fache der Obergrenze). Außerdem ist Prüfkörper d ein sogenannter hochzugfester Stahl, in dem die Gehalte an anderen Legierungselementen als P und S die spezifizierten Bereiche, die in obiger Tabelle 1 aufgeführt sind, wesentlich überschreiten, und er weist eine Zugfestigkeit von 440 MPa oder mehr auf.
Prüfkörper b und Prüfkörper c sind beide ein sogenannter Stahl mit ultra geringem Kohlenstoffgehalt, und sie enthalten Titan (Ti), das sich mit Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) verbindet, die in der Ferritstruktur in Form einer festen Lösung gelöst sind, so daß Carbid und Nitrid ausfallen (gewöhnlich enthält ein Stahl mit ultra geringem Kohlenstoffgehalt etwa 0,05 Gew.-% Ti), und Prüfkörper c enthielt mehr Ti als Prüfkörper b.
Jeder der Prüfkörper a bis d wurde einer Nitridierungsbehandlung unter denselben Behandlungsbedingungen (Gas-Carbo-Nitridierungsbehandlung unter einer Atmosphäre von 570°C) unterzogen. Fünf Proben von jedem Prüfkörper, die durch die Nitridierungsbehandlungen mit variierenden Nitridierungsbehandlungszeiten von 0,5 Stunden (h) bis 10,0 Stunden (h) erhalten wurden, wurden hinsichtlich der Verteilung der Vickers-Härte (Hv: Meßlast 200 g) in der Blechdickenrichtung gemessen.
Die Meßergebnisse waren so, wie in den 1 bis 4 gezeigt. Aus diesen Meßergebnissen geht deutlich hervor, daß, obwohl Prüfkörper a eine hohe Härte des Ausgangsmaterials vor der Nitridierungsbehandlung aufweist, da es mehr C als die Prüfkörper b und c enthält, dennoch das Ausmaß der Steigerung der Härte aufgrund einer Nitridierungsbehandlung äußerst klein ist. Außerdem war in dem Fall von Prüfkörper a der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil des Stahlblechs und dem Zentralteil in der Blechdickenrichtung äußerst klein, und die Härteverteilung in der Blechdickenrichtung wies eine fast flache (ebene) Form auf. Im Fall einer Verlängerung der Nitridierungsbehandlungszeit wurde zwar eine geringe Wirkung des Abflachens der Härteverteilung in der Blechdickenrichtung beobachtet, doch, da ursprünglich ein geringer Härtegrad (die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung) vorlag, war die Wirkung nicht signifikant.
Wie oben beschrieben, konnte bestätigt werden, daß in dem Fall von Prüfkörper a die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung nach der Nitridierungsbehandlung gering war, und die Härteverteilung in der Blechdickenrichtung davon war fast flach.
In dem Fall von Prüfkörper b war aufgrund der Nitridierungsbehandlung der Wert der Zunahme der Härte größer als bei Prüfkörper a, aber geringer als bei Prüfkörper c. Außerdem war der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem inneren Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs zwar bei kurzer Nitridierungsbehandlungszeit groß, doch mit ansteigender Behandlungszeit verringerte sich der Unterschied, so daß die Härteverteilung in der Blechdickenrichtung eine fast flache (ebene) Form aufwies. Es wurde eine deutliche Wirkung des Abflachens der Härteverteilung in der Blechdickenrichtung durch Verlängern der Nitridierungsbehandlungszeit beobachtet.
Wie oben beschrieben, konnte bestätigt werden, daß in dem Fall von Prüfkörper b sich die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung nach der Nitridierungsbehandlung leicht erhöhte (im Vergleich zu dem Fall von Prüfkörper a) und die Härteverteilung in der Blechdickenrichtung über eine gewisse Behandlungszeit oder länger fast flach war.
In dem Fall von Prüfkörper c war aufgrund der Nitridierungsbehandlung der Wert der Zunahme der Härte größer als bei Prüfkörper b. Das lag wohl daran, daß Prüfkörper c eine größere Menge an Ti als Prüfkörper b enthielt. Andererseits war der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem inneren Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs zwar bei kurzer Nitridierungsbehandlungszeit äußerst groß, doch mit ansteigender Behandlungszeit verringerte sich der Unterschied, so daß in dem Fall einer Behandlungszeit von 6 Stunden oder mehr die Härteverteilung in der Blechdickenrichtung insgesamt eine flache (ebene) Form aufwies, wenn auch noch eine geringe Ausdehnung vorlag. Auch in dem vorliegenden Fall wurde eine deutliche Wirkung des Abflachens der Härteverteilung in der Blechdickenrichtung durch eine Verlängerung der Nitridierungsbehandlung beobachtet.
Wie oben beschrieben, konnte in dem Fall von Prüfkörper c bestätigt werden, daß in dem Fall von Prüfkörper c sich die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung nach der Nitridierungsbehandlung erhöhte (im Vergleich zu dem Fall von Prüfkörper b) und die Härteverteilung in der Blechdickenrichtung über eine gewisse Behandlungszeit oder länger fast flach war.
In dem Fall von Prüfkörper d wurde durch Verlängern der Nitridierungsbehandlungszeit ein beträchtlich hoher Wert für die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung erhalten, doch auch bei einer über einen längeren Zeitraum durchgeführten Nitridierungsbehandlung wurde fast keine Erhöhung der Härte in dem inneren Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs und seiner Umgebung beobachtet, der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem inneren Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs war äußerst groß, und die Härteverteilung in der Blechdickenrichtung wies insgesamt die Form einer inversen Parabel auf. Das lag wohl daran, daß eine große Menge an Legierungselementen enthalten waren und N aufgrund des Ausfällens von Nitriden in der Umgebung der Oberfläche nicht in das Stahlblech eindringen konnte, so daß die Erhöhung der Härte durch die Nitridierungsbehandlung auf die Oberfläche und dessen Umgebung beschränkt war.
Wie oben beschrieben, konnte bestätigt werden, daß es in dem Fall von Prüfkörper d möglich war, durch Durchführen einer Nitridierungsbehandlung über eine gewisse Behandlungszeit oder länger die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung zu erhöhen, doch war es nicht möglich, die Härte des angrenzenden Zentralteils und dessen Umgebung in der Blechdickenrichtung zu erhöhen, so daß sich der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs bedeutend vergrößerte.
Bei der Härtemessung, wie oben beschrieben, wurde die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung derart berechnet, daß Vickers-Härte für jede vorbestimmte Diagrammbreite (beispielsweise 0,05 mm breit) beispielsweise in der Blechdickenrichtung gemessen wurde, und von allen diesen Messungen wurde zur Berechnung der durchschnittlichen Härte der Durchschnitt ermittelt. Alternativ kann die durch schnittliche Härte auch durch Verbinden aller so eingezeichneten Meßpunkte zum Zeichnen einer Härteverteilungskurve berechnet werden, wobei die Fläche des Bereichs, die von dieser Härteverteilungskurve und den Koordinatenachsen (Bezugslinie für eine Härte von null und zwei Bezugslinien, welche die Enden des Blechteils darstellen) umgeben ist, berechnet und diese Fläche durch die Blechdicke dividiert wird.
Test 2
Anschließend wurde ein Test zur Untersuchung der Korrelation zwischen der Zugfestigkeit des Stahlblechs und der durchschnittlichen Härte in der Blechdickenrichtung nach der Nitridierungsbehandlung durchgeführt. In diesem Test wurde eine Anzahl von Proben mit unterschiedlicher durchschnittlicher Härte in der Blechdickenrichtung nach der Nitridierungsbehandlung, ausgedehnt auf einen breiten Bereich (Bereich von etwa Hv 80 bis Hv 330), durch Modifizieren der Stahlart und der chemischen Zusammensetzung oder der Bedingung der Nitridierungsbehandlung auf verschiedene Weisen hergestellt und die Zugfestigkeit zur Untersuchung der Korrelation mit der durchschnittlichen Härte für jede Probe gemessen.
Die Testergebnisse sind in 6 aufgeführt, und es konnte bestätigt werden, daß eine hohe Korrelation zwischen der durchschnittlichen Härte in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs nach der Nitridierungsbehandlung (Vickers-Härte Hv: Meßlast 200 g) und der Zugfestigkeit besteht.
Bei einem Versuch, das Karosseriegewicht und die Produktionskosten durch Erhöhen der Festigkeit des Stahlblechs selbst, das zum Bilden eines Karosserieblechteils oder eines Strukturteils verwendet wird, zu reduzieren, wird die Wirkung (insbesondere der wirtschaftliche Nutzen) abhängig von der erreichten Festigkeit des Stahlblechs unterschiedlich sein. Angesichts dessen wurde ein wirtschaftlicher Nutzen, der durch eine Steigerung der Zugfestigkeit des Stahlblechs auf etwa 440 MPa oder mehr, was im Hinblick auf die Gewährleistung der Preßformbarkeit die Obergrenze ist, erhalten werden kann, durch Simulierung zum Test berechnet. Diese Versuchsberechnung wurde für eine Personenkraftwagenkarosserie als Objekt durchgeführt.
Als Ergebnis davon wurde, wie in 5 gezeigt, festgestellt, daß ein bedeutender Unterschied in dem wirtschaftlichen Nutzen bei einer bestimmten Zugfestigkeit und dessen Umgebung (in der vorliegenden Berechnung etwa um 1.000 MPa) als Grenze entsteht. Das heißt, in dem Fall, wo die Zugfestigkeit des Stahlblechs weniger als etwa 1.000 MPa beträgt, wird nur die Wirkung, daß die Blechdicke des Karosseriestahlblechs entsprechend der Verbesserung der Zugfestigkeit dünner sein kann, erreicht, während in dem Fall, wo die Zugfestigkeit des Stahlblechs etwa 1.000 MPa oder mehr beträgt, nicht nur die Blechdicke dünner sein kann, sondern auch die Notwendigkeit von Verstärkungsteilen wegfallen kann, was dazu führt, daß nicht nur die Reduktion des Karosseriegewichts und der Materialkosten aufgrund des Wegfalls solcher Verstärkungsteile, sondern auch die Notwendigkeit von Preßformkosten und Montageverfahren wegfallen, wodurch sich der wirtschaftliche Nutzen wesentlich erhöht.
Mit Verweis auf die Testergebnisse des obigen Tests (6) ist ebenfalls ersichtlich, daß mit der durchschnittlichen Härte in der Blechdicke von etwa Hv 300 oder mehr die Zugfestigkeit von etwa 1.000 MPa oder mehr erreicht werden kann, wodurch der obengenannte bedeutende wirtschaftliche Nutzen erreicht wird.
Test 3
Anschließend wurde ein Test zur Untersuchung des Einflusses, den das Härtungsmuster, das heißt die Verteilungsform der Härteverteilung in der Blechdickenrichtung nach der Nitridierungsbehandlung (mit anderen Worten der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs), auf die Zugfestigkeit und Dehnungseigenschaft des Stahlblechs hat, durchgeführt. In diesem Test wurde eine Anzahl von Proben mit der gleichen durchschnittlichen Härte in der Blechdickenrichtung (beispielsweise Hv 280) und unterschiedlichen Härtungsmustern hergestellt, und die Zugfestigkeit und Dehnung jeder Probe wurden zur Bestimmung der Beziehung zu dem Unterschied in der Härte gemessen.
Die Testergebnisse sind in 7 (Zugfestigkeit) und 8 (Dehnungseigenschaft) aufgeführt, und es wurde festgestellt, daß mit größer werdendem Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs sich der Meßwert der Zugfestigkeit sowie der Dehnungseigenschaft verringert. Das liegt wohl daran, daß, da das Oberflächenteil des Stahlblechs härter als das Innere ist, wenn die Zugbelastung in der Längsrichtung des Stahlblechs wirkt, es im Grunde unwahrscheinlich ist, daß sich die Oberfläche dehnt, wobei sich wahrscheinlich nur das Innere dehnt, so daß sich die Beanspruchung in dem Oberflächenteil konzentriert, was zu einem Riß und aufgrund einer schnellen Ausbreitung des Risses zu einer Verringerung der Festigkeit führt.
Außerdem konnte ebenfalls bestätigt werden, daß eine solche Verringerung der Zugfestigkeit und der Dehnung aufgrund eines geringeren Unterschieds in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs insbesondere dann erheblicher sind, wenn der Unterschied in der Härte Hv 200 überschreitet.
Wie oben beschrieben, kann, auch wenn die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung über einem gewissen Niveau gehalten wird, dann, wenn der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs über einem gewissen Niveau liegt, nicht einfach geschlußfolgert werden, daß ein erwünschter Wert entsprechend der durchschnittlichen Härte für die Zugfestigkeit des Stahlblechs erhalten werden kann, doch es ist möglich, durch ein größtmögliches Abflachen der Form des Härtungsmusters in der Blechdickenrichtung, genauer durch ein Beschränken des Unterschieds in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs auf etwa Hv 200 oder weniger, eine drastische Verringerung der Zugfestigkeit und der Dehnung zu vermeiden und eine Steigerung der Festigkeit dauerhafter zu erreichen.
Wie oben beschrieben, ist es zum Erhalt einer Zugfestigkeit des Stahlblechs von etwa 1.000 MPa oder mehr, um einen großen wirtschaftlichen Nutzen durch eine Steigerung der Festigkeit des Stahlblechs selbst zu erreichen, erforderlich, daß die durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung etwa Hv 300 oder mehr und der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs Hv 200 oder weniger beträgt.
In diesem Fall wurden als Stahlmaterial vor der Nitridierungsbehandlung jene mit einer Zugfestigkeit von 500 MPa oder weniger im Hinblick auf den Erhalt der Verformbarkeit bei der plastischen Verformung wie Preßformen, das vor der Nitridierungsbehandlung durchgeführt wurde, verwendet.
Wie oben beschrieben, ist es bei einer Zugfestigkeit des Stahlmaterials von 500 MPa oder weniger möglich, die plastische Verformbarkeit wie Preßformen vor der Nitridierungsbehandlung ausreichend zu gewährleisten. Außerdem ist es bei einer durchschnittlichen Härte in der Blechdickenrichtung des Stahlblechteils nach der Nitridierungsbehandlung von Hv 300 oder mehr möglich, daß die Zugfestigkeit dieses Stahlblechteils etwa 1.000 MPa oder mehr beträgt, so daß ein bedeutend großer wirtschaftlicher Nutzen erreicht werden kann. Beispielsweise kann bei der Anwendung auf ein Karosserieblechteil oder Strukturteil einer Kraftfahrzeugkarosserie nicht nur die Blechdicke dünner gemacht werden, sondern es kann auch die Notwendigkeit von Verstärkungsteilen wegfallen, was dazu führt, daß nicht nur eine Reduktion des Karosseriegewichts und der Materialkosten erreicht werden kann, sondern auch die Notwendigkeit von Preßformkosten und Montageverfahren wegfällt, wodurch sich der wirtschaftliche Nutzen erheblich vergrößert.
Auch für die gleiche durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung verringern sich außerdem mit größer werdendem Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs die Zugfestigkeit und Dehnungseigenschaft, doch ist es durch Einstellen des Unterschieds in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem inneren Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlblechs des obigen Formteils auf Hv 200 oder weniger möglich, eine drastische Verringerung der Zugfestigkeit und Dehnung zu vermeiden und eine dauerhaftere Festigung des Stahlblechs zu erreichen.
Während sich die obige Erläuterung auf ein Stahlblechmaterial (Blechstahlmaterial) bezieht, kann nicht nur mit einem solchem Blechmaterial, sondern beispielsweise auch mit einem Rohrstahlmaterial mit einer vorbestimmten Wanddicke die gleiche Wirkung wie mit dem obenbeschriebenen Stahlmaterial erreicht werden, wenn die Zugfestigkeit des Stahlmaterials 500 MPa oder weniger beträgt, die durchschnittliche Härte in der Dickenrichtung des Stahlteils nach der Nitridierungsbehandlung Hv 300 oder mehr beträgt und der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem Zentralteil in der Dickenrichtung des Stahlteils nach der Nitridierungsbehandlung Hv 200 oder weniger beträgt.
Nachstehend werden verschiedene konkrete Beispiele für ein Stahlteil (Formteil), das wie oben beschrieben durch Unterziehen der Stahlmaterialien einer Nitridierungsbehandlung hergestellt wurde, erklärt. in den folgenden Erläuterungen der entsprechenden konkreten Beispiele wird die Beschreibung nicht wiederholt, um Wiederholungen zu vermeiden, doch enthält mindestens ein Stahlmaterial, das für ein Teil oder einen Teil zur Durchführung der Nitridierungsbehandlung verwendet wird, die fünf Stahlgrundelemente (C, Si, Mn, P und S) in einem Bereich, der in vorstehender Tabelle 1 definiert ist, und enthält weiter eine vorbestimmte Menge (siehe Tabelle 1) von mindestens einem von Titan (Ti), Niob (Nb), Bor (B), Vanadium (V) und Aluminium (Al) als Nitridbildungselement wie oben beschrieben, und weist darüber hinaus eine Zugfestigkeit von 500 MPa oder weniger auf wie oben beschrieben. Außerdem wird die Bedingung der Nitridierungsbehandlung derart gesteuert, daß die durchschnittliche Härte in der Stahldickenrichtung des Stahlteils nach der Nitridierungsbehandlung Hv 300 oder mehr beträgt und der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem inneren Zentralteil in der Blechdickenrichtung des Stahlteils nach der Nitridierungsbehandlung Hv 200 oder weniger beträgt.
Zuerst wird ein konkretes Beispiel für ein Formteil eines Stahlteils und dessen Herstellungsverfahren anhand des Falls in dem es beispielsweise auf ein Verstärkungsteil einer Karosseriesäule eines Kraftfahrzeugs angewendet wird.
Die 9A und 9B sind Vorderansichten, in denen die Bedingungen vor und nach der Nitridierungsbehandlung eines Verstärkungsteils eines Stahlblechs, das in das Innere einer Zentrumssäule, die sich vertikal annähernd in dem inneren Zentralteil der Karosserie eines Kraftfahrzeugs (Zentralsäulenverstärkung: hierin nachste hend geeigneterweise mit „Zentralsäulen-Verst." abgekürzt) ausdehnt, eingeschlossen werden sollen, schematisch gezeigt wird.
Wie in diesen Figuren gezeigt, besteht eine Zentralsäulen-Verst. 10 (siehe 9B) aus einem Karosseriehauptteil 11, welcher sich in der vertikalen Richtung (Verst.-Körper) ausdehnt, einem oberen Basisteil 12, der nach vorn und nach hinten gerichtet ist, der auf dem oberen Ende des Verst.-Körpers 11 ausgebildet ist und in einen Dachrahmen (nicht gezeigt), der sich an der Seite des Karosseriedachs befindet, eingebaut werden soll, und einem unteren Basisteil 13, der nach vorn und nach hinten gerichtet ist, der an dem unteren Ende des Verst.-Körpers 11 ausgebildet ist und in einen Türschweller (nicht gezeigt) eingebaut werden soll, der sich an der Bodenseite der Karosserie befindet, wobei alle diese Teile 11, 12 und 13 vollständig durch Preßformen eines einzigen Nitrierblechs gebildet sind.
Wie in der Technik allgemein bekannt ist, kann die Zentralsäule (nicht gezeigt), in die die Zentralsäulen-Verst. 10 als ein Hauptverstärkungsteil eingebaut werden soll, bei einem Zusammenstoß des Fahrzeugs die Funktion des Schutzes der Passagiere durch die Verteilung der Kollisionsenergie übernehmen. Durch eine erwünschte Steuerung des Deformationsweges der Biegedeformation zur Zeit des Seitenzusammenstoßes ist es möglich, die Sicherheit der Passagiere noch weiter zu verbessern.
Konkreter ausgedrückt, setzt sich der Verst.-Körper 11 der Zentralsäulen-Verst. 10 aus einem Abschnitt in Gurthöhe 11U im oberen Teil und einem Gelenkabschnitt 11L im unteren Teil, das dem Insassenblech, welches eine Grenze ist, entspricht, zusammen, und es ist erwünscht, daß ein Eindringen des Abschnitts in Gurthöhe 11U, das der Insassenposition entspricht, in das Innere so weit wie möglich verhindert wird, wenn sich die Zentralsäule zum Zeitpunkt des Seitenzusammenstoßes verbiegt. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, daß die Deformation des Gelenkabschnitts 11L, der sich unter dem Abschnitt in Gurthöhe 11U befindet, der Deformation des Abschnitts in Gurthöhe 11U vorausgeht.
Es ist daher bevorzugt, daß sich der Verst.-Körper 11 der Zentralsäulen-Verst. 10 derart biegt, daß dann, wenn ein unmittelbar angrenzender Unterseitenbereich 11P des Abschnitts in Gurthöhe 11U so ausgebildet ist, daß er sich leicht biegen kann, und dann eine seitliche Kollisionslast ausgeübt wird, dieser unmittelbar angrenzende Unterseitenbereich 11P des Abschnitts in Gurthöhe sich vorher verbiegt und der Gelenkabschnitt 11L sich vorher deformiert, da dieses unmittelbar angrenzende Unterseitenbereich 11P sein Ursprung ist. Durch eine derartige Einstellung des Deformationsweges zum Zeitpunkt des Biegens ist es möglich, zu verhindern, daß der Abschnitt in Gurthöhe 11U in das Innere eindringt, wodurch die Sicherheit der Insassen werter verbessert wird.
Angesichts der obigen Ausführungen wurde in dem vorliegenden konkreten Beispiel ein Teil eines Zentralsäulen-Verst.-Formteils 10' (siehe 9A), der den Zustand vor der Nitridierungsbehandlung der Zentralsäulen-Verst. 10 darstellt, teilweise einer Nitridierungsbehandlung unterzogen, und eine Grenze zwischen einem Hochverstärkungsbereich 10H, umfassend den Abschnitt in Gurthöhe 11U, für den eine Steigerung der Festigkeit erwünscht ist, und einem unverstärkten Bereich 10M, umfassend den Gelenkabschnitt 11L, dessen Biegung dem Abschnitt in Gurthöhe 11U vorausgehen soll, und der als der obenerwähnte unmittelbar angrenzende Unterseitenbereich 11P eines Abschnitts in Gurthöhe definiert ist.
Durch die oben beschriebene Einstellung tritt ein Unterschied in der Festigkeit zwischen dem verstärkten Bereich 10H und dem unverstärkten Bereich 10M in dem Grenzbereich 11P auf, so daß sich die Zentralsäulen-Verst. 11 an diesem Grenzbereich 11P leicht biegen kann. Außerdem ist eine Deformation des Abschnitts in Gurthöhe 11U, der dem verstärkten Bereich 10H entspricht und sich oberhalb des unmittelbar an diesen angrenzenden Unterseitenbereich 11P befindet, unwahrscheinlich, da seine Festigkeit durch eine Nitridierungsbehandlung gesteigert wird, während der Gelenkabschnitt 11L, der sich unterhalb des unmittelbar an den Abschnitt in Gurthöhe angrenzenden Unterseitenbereich 11P befindet und dem unverstärkten Bereich 10M entspricht, relativ leicht deformiert wird, da seine Festigkeit nicht gesteigert wird (d. h., seine Deformation geht der des Abschnitts in Gurthöhe 11U voraus).
Eine solche teilweise (selektive) Nitridierungsbehandlung kann nur durch das Bewirken einer Maskierungsbehandlung auf dem Nichtverstärkungsbereich 10M vor der Nitridierungsbehandlung erreicht werden. Diese Maskierungsbehandlung kann beispielsweise durch Abdecken des Nichtverstärkungsbereichs 10M mit einem geeigneten Abdeckmaterial (umfassend Filme wie beispielsweise Plattierungsfilme) erreicht werden. Nach der Durchführung der Maskierungsbehandlung kann irgendeins der Gasnitrierverfahren und Salzbadnitrierverfahren angewendet werden.
Wie oben beschrieben, ist es möglich, durch das Bewirken einer Maskierbehandlung auf dem Bereich des Formteils 10 (nicht spezieller Bereich 10M), der ein anderer ist als der spezielle Bereich 10H, vor der Nitridierungsbehandlung, nur die Festigkeit des speziellen Bereichs 10H des Formteils 10 durch die Nitridierungsbehandlung genau und leicht zu erhöhen.
In dem Fall, wo eine solche Maskierbehandlung nicht durchgeführt wird, wird das Salzbadverfahren angewendet, in dem nur der Verstärkungsbereich 10H in das Salzbad eingetaucht wird und der Nichtverstärkungsbereich 10M außerhalb des Salzbads gehalten wird.
Auf diese Weise ist es möglich, in dem Fall, wo die Nitridierungsbehandlung durchgeführt wird, während nur der spezielle Bereich 10H des Formteils 10 in das Salzbad eingetaucht wird, nur die Festigkeit des speziellen Bereichs 10H des Formteils 10 sicher zu erhöhen, ohne daß ein anderes Verfahren (Maskierungsverfahren) bereitgestellt werden muß.
Wie oben beschrieben, wird durch die Nitridierungsbehandlung nur der spezielle Bereich (Verstärkungsbereich 10H) des Formteils (Zentralsäulen-Verst. 10) verstärkt, so daß, wenn sich das Formteil biegeverformt, es sich von dem Grenzbereich 11P zwischen dem speziellen Bereich 10H und dem nicht speziellen Bereich (unverstärkter Bereich 10M) als seinem Biegeursprung verformt, wodurch es möglich ist, den Deformationsweg zum Zeitpunkt der Biegedeformation für das einteilige Formteil 10 ohne die Notwendigkeit, ein anderes Teil wie beispielsweise ein Verbindungsteil oder ein Teilverstärkungsteil und dergleichen bereitzustellen, nach Wunsch zu steuern.
Im folgenden wird ein anderes konkretes Beispiel für das Formteil eines Stahlblechteils erläutert, wobei als Beispiel ein Frontrahmen, der ein Karosserierahmen eines Kraftfahrzeugs ist, genommen wird.
10 ist eine perspektivische Darstellung, in der schematisch ein Frontrahmen gezeigt wird, der sich in dem linken und dem rechten Seitenteil des Frontteils eines Kraftfahrzeugs nach vorn und hinten ausdehnt. Wie in dieser Figur gezeigt, wird ein Frontrahmen 20 durch Verbinden eines Paars zweier Stahlblechteile 20a und 20b, so gebildet, daß sich die Öffnungen ihrer Querschnitte gegenüberstehen, wobei die Stahlblechteile 20a und 20b so preßgeformt wurden, daß sie eine hutförmige Querschnittsform aufwiesen (so eine Form, daß ein flanschartiger Abschnitt, der sich nach außen hin ausdehnt, an jedem Ende des U-förmigen Querschnitts erstreckt).
Wie allgemein bekannt ist, kann der Frontrahmen 20 beim Frontalzusammenstoß des Fahrzeugs zwar die Funktion des Schutzes der Insassen durch eine Absorption der Kollisionsenergie übernehmen, doch in diesem Fall wird der Rahmen 20 selbst gestaucht, wodurch er die Kollisionsenergie im Verlauf des Stauchens absorbiert. In dem Fall, daß eine Energieabsorption durch Stauchen des Rahmens selbst erreicht wird, ist es dadurch, daß sich der Rahmen 20 durch Stauchen verformen kann, so daß er so weit wie möglich gefaltet wird, möglich, eine wirkungsvollere Energieabsorption zu erreichen.
Im Hinblick auf die obigen Ausführungen wird in dem vorliegenden konkreten Beispiel nach Bilden eines Frontrahmenformteils unter Verwendung eines Nitrierstahlblechs als Material eine teilweise (selektive) Nitridierungsbehandlung durchgeführt, so daß eine Vielzahl von verstärkten Bereichen 20H mit einer vorbestimmte Breite, die in der Längsrichtung des Rahmens 20 ausgerichtet sind, ausgebildet werden, wobei unverstärkte Bereiche 20M dazwischen angeordnet sind, wie in 10 gezeigt.
Alternativ ist es ebenso möglich, anstelle des Bewirkens einer Teilnitridierungsbehandlung nach dem Bilden eines Frontrahmenformteils aus preßgeformten Nitrier stahlblechen eine Teilnitridierungsbehandlung auf jedem Preßformteil nach dem Preßformen der Nitrierstahlbleche durchzuführen und danach diese Teile zur Fertigstellung des Frontrahmens zu verbinden.
Durch die Durchführung einer solchen Teilnitridierungsbehandlung in dem Frontrahmen 20 werden die verstärkten Teile 20H (die verstärkten Bereiche) in der Längsrichtung erhalten, wobei unverstärkte Teile 20M (unverstärkte Bereiche) dazwischen angeordnet sind, so daß Bereiche mit unterschiedlichen Festigkeiten periodisch wiederholt werden (jeder mit vorbestimmter Breite), wodurch der Rahmen 20 bei Ausüben einer Kollisionslast in der Längsrichtung leicht durch Biegen verformt werden kann, so daß er gefaltet wird, und dadurch eine wirkungsvolle Verbesserung des Energieabsorptionswerts möglich ist.
Eine solche Teilnitridierungsbehandlung kann durch die Durchführung einer Maskierbehandlung auf den unbehandelten Bereichen 20M vor der Nitridierungsbehandlung erreicht werden. Diese Maskierbehandlung kann beispielsweise durch Abdecken des unbehandelten Bereichs 20M mit einem geeigneten Abdeckmaterial (umfassend beispielsweise Filme wie Plattierungsfilme) erreicht werden. Nach der Durchführung der Maskierungsbehandlung kann irgendeins der Gasnitrierverfahren und Salzbadnitrierverfahren angewendet werden.
Als Verfahren zum Bilden eines Teils mit einer anderen Festigkeit als andere Teile in einem einteiligen Formteil steht ein Verfahren zur Verfügung, das ein Teil, das durch ein sogenanntes Tailored-Blank-Verfahren gebildet wird, verwendet.
Im folgenden wird ein anderes konkretes Beispiel für das Formteil, hergestellt aus einem Stahlblechteil, mit Verweis auf die 11A und 11B erläutert. Ähnlich wie bei dem in 10 gezeigten Beispiel wurde ein Frontrahmen 30 gemäß dem vorliegenden konkreten Beispiel (siehe 11B) durch Verbinden eines Paars zweier Stahlblechteile 30a und 30b, so daß sich die Öffnungen ihrer Querschnitte gegenüberstanden gebildet, wobei die Stahlblechteile 30a und 30b preßgeformt wurden, so daß sie eine hutförmige Querschnittsform aufwiesen.
Dieser Frontrahmen 30 wurde durch Unterziehen eines Frontrahmenformteils 30', gezeigt in 11A, einer vorbestimmten Härtungswärmebehandlung (z. B. einer Nitridierungsbehandlung in dem vorliegenden konkreten Beispiel) erhalten, wobei das Frontrahmenformteil 30' aus einem ersten Preßformteil 31', das nicht durch die Nitridierungsbehandlung verstärkt werden soll, und einem zweiten Preßformteil 32', das durch die Nitridierungsbehandlung verstärkt werden kann, bestand.
Das heißt, das Frontrahmenformteil 30' wurde durch ein sogenanntes Tailored-Blank-Verfahren gebildet. Wenn auch nicht ausdrücklich in den Zeichnungen gezeigt, wurden in dem obigen Verfahren beispielsweise ein erstes Rohlingmaterial (Stahlblechmaterial), hergestellt aus einem Stahlblechmaterial, das kein Nitridbildungselement enthielt und somit nicht durch die Nitridierungsbehandlung verstärkt werden konnte, und ein zweites Rohlingmaterial, das ein Nitridbildungselement enthielt und somit durch die Nitridierungsbehandlung verstärkt werden konnte, durch Schweißen verbunden, wodurch eine Vorform gebildet wurde, und dann wurde ein so erhaltenes einzelnes Blechmaterial (Vorform) zur Herstellung eines Stahlblechteils 30a' mit einer hutförmigen Querschnittsform preßgeformt. In gleicher Weise wurde ebenfalls ein Stahlblechteil 30b' hergestellt, das damit verbunden werden soll, und diese beiden Teile 30a' und 30b' wurden durch Schweißen miteinander verbunden, wodurch das Frontrahmenformteil 30', welches das erste Preßformteil 31' und das zweite Preßformteil 32' aufweist, gebildet wurde.
Es sollte beachtet werden, daß das erste Preßformteil 31' beispielsweise unter Verwendung eines Stahlblechs, das, wie oben beschrieben, kein Nitridbildungselement enthält, als ein Material (erstes Rohlingmaterial) oder unter Verwendung eines Stahlblechs mit einer bestimmten Spezifikation (z. B. Blechdicke), die sich von der des zweiten Rohlingmaterials unterscheidet, auch wenn es sich weiter um ein Nitrierstahlblech handelt, welches in bezug auf das Material (erstes Rohlingmaterial) ein Nitridbildungselement als ein Material enthält, gebildet werden kann. Andererseits bildet das zweite Preßformteil 32' einen Formteil-Teil, der unter Verwendung eines Nitrierstahlblechs als ein Material (zweites Rohlingmaterial) gebildet wird und durch eine Nitridierungsbehandlung verstärkt werden soll.
In diesem Fall kann eine solche Teilnitridierungsbehandlung nur durch die Durchführung einer Maskierbehandlung an dem ersten Preßformteil 31' vor der Nitridierungsbehandlung erreicht werden. Diese Maskierbehandlung kann beispielsweise durch Abdecken des ersten Preßformteils 31' mit einem geeigneten Abdeckmaterial (umfassend Filme wie beispielsweise Plattierungsfilme) erreicht werden. Bei der Durchführung der Maskierbehandlung kann irgendeins von Gasnitridierungsverfahren und Salzbadnitridierungsverfahren angewendet werden. In dem Fall, daß eine solche Maskierbehandlung nicht durchgeführt wird, wird das Salzbadverfahren angewendet, wobei nur das zweite Preßformteil 32', das verstärkt werden soll, in das Salzbad eingetaucht wird, und das erste Preßformteil 31', das nicht verstärkt werden soll, außerhalb des Salzbads gehalten wird.
In dem Fall, daß eine Maskierbehandlung an dem ersten Preßformteil 31' durchgeführt wird, wird die Maskierbehandlung vorzugsweise durch Plattieren durchgeführt. Der Grund dafür ist, daß in dem Fall von Teilen, die in einem unteren Teil einer Kraftfahrzeugkarosserie verwendet werden, trotz der strengen Anforderung an die Korrosionsbeständigkeit allein durch die Nitridierungsbehandlung keine ausreichende Korrosionsbeständigkeit bereitgestellt werden kann; durch Abdecken des ersten Preßformteils 31' mit einem Plattierungsfilm ist es hingegen möglich, die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
Wie oben beschrieben, ist es durch Unterziehen des Frontrahmenformteils 30', welches aus dem ersten Preßformteil 31' und dem zweiten Preßformteil 32' besteht, einer Nitridierungsbehandlung möglich, den Frontrahmen 30 zu erhalten, welcher aus dem Bereich 31, der nicht verstärkt ist (unverstärkter Bereich), und dem Bereich 32, der verstärkt ist (verstärkter Bereich), besteht.
Es ist wahrscheinlich, daß sich ein solcher Frontrahmen 30, da sich die Festigkeit an der Grenze zwischen dem unverstärkten Bereich 31 und dem verstärkten Bereich 32 stark unterscheidet, von dieser Grenze als ein Ursprung unter Stauchen biegt, was ein Falten in dem unverstärkten Bereich 31, der nicht verstärkt ist, zur Folge hat, so daß eine hochwirksame Absorption der Kollisionsenergie möglich ist.
In dem Fall, daß ein Teil mit einer Festigkeit, die sich von der anderer Teile unterscheidet, in einem einteiligen Teil unter Verwendung eines Teils, das durch das Tailored-Blank-Verfahren wie oben beschrieben gebildet wird, entsteht aufgrund des Verbindens von Stahlblechmaterialien (Rohlingmaterialien) mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften zum Preßformen miteinander allgemein ein Unterschied in der Preßformbarkeit (mit anderen Worten der Dehnungseigenschaft des Materials) zwischen diesen Rohlingmaterialien, was das Auftreten von Schäden wie Rissen oder Brüchen an dem verbundenen Teil zur Folge haben kann.
Im Hinblick auf die obigen Ausführungen wurden in dem vorliegenden konkreten Beispiel Stahlblechmaterialien, die fast die gleiche Dehnungseigenschaft aufwiesen, als Rohlingmaterialien hergestellt; aus diesen Materialien wurde durch das Tailored-Blank-Verfahren ein Formteil gebildet, und dieses Formteil wurde einer Nitridierungsbehandlung unterzogen, wodurch ein einteiliges Teil mit einem Teil darin, welcher eine andere Festigkeit als andere Teile aufwies, erhalten wurde.

Die Spezifikationen wie Stahlart und chemische Zusammensetzung jedes Rohlingmaterials, das in dem vorliegenden konkreten Beispiel verwendet wurde, sind in Tabelle 3 aufgeführt. Hinsichtlich des Rohlingmaterial 1 ist vorgegeben, daß der Gehalt an Titan (Ti), das eine Art von Nitridbildungselementen ist, nicht mehr als 0,05 Gew.-% beträgt, so daß selbst bei Durchführen einer Nitridierungsbehandlung keine bedeutend stabile Verstärkung des Materials zu erwarten ist. Andererseits ist bei dem Rohlingmaterial 2 der Gehalt an Ti auf 0,05 Gew.-% oder mehr festgelegt, so daß eine ausreichend stabile Verstärkung zu erwarten ist. Tabelle 3: (Einheit: Gew.-%)

	Material und Blechdicke	C	Si	Mn	P	S	Ti
Rohlingmaterial 1	JFS JSC270F 1,2 t	0,002	0,01	0,11	0,013	0,004	0,05 oder weniger
Rohlingmaterial 2	JFS JSC260G 1,4 t	0,001	0,004	0,1	0,007	0,004	0,05 oder mehr

Außerdem waren die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Dehnungseigenschaft) in dem Materialzustand (vor der Nitridierungsbehandlung) von Rohlingmaterial 1 und 2 wie in der linken Spalte von Tabelle 4 gezeigt. Bei einem Vergleich der Dehnungseigenschaft jedes Materials vor der Nitridierungsbehandlung betrug diese 50 % bzw. 55 %, und somit betrug der Unterschied nur 5 %, so daß geschlußfolgert werden kann, daß die Dehnungen fast gleich sind. Tabelle 4:

	vor der Nitridierungsbehandlung		nach der Nitridierungsbehandlung
	Zugfestigkeit (MPa)	Dehnung (%)	Zugfestigkeit (MPa)	Dehnung (%)
Rohlingmaterial 1	289	50	466	25
Rohlingmaterial 2	267	55	651	23

Unter Verwendung der oben beschriebenen Rohlingmaterialien und durch die Anwendung des Tailored-Blank-Verfahrens wurde beispielsweise ein Teil mit einem Teil darin, dessen Festigkeit sich von der anderer Teile unterschied, in gleicher Weise wie bei dem in 11 gezeigten Frontrahmen 30 hergestellt.
Das heißt, zuerst wurden ein erstes Rohlingmaterial, hergestellt aus dem Rohlingmaterial 1, und ein zweites Rohlingmaterial, hergestellt aus dem Rohlingmaterial 2, beispielsweise durch Laserschweißen verbunden, und ein so erhaltenes einzelnes Blechmaterial (Vorform) wurde beispielsweise preßgeformt, wodurch ein Formteil mit einer vorbestimmten Form erhalten wurde. Zu dieser Zeit traten keine Fehler wie Risse oder Brüche an dem Verbindungsabschnitt beider Rohlingmaterialien auf.
Dann wurde dieses Formteil beispielsweise einer Gas-Carbo-Nitridierungsbehandlung unterzogen. Konkreter ausgedrückt, wurde die Carbo-Nitridierungsbehandlung, bei der das Formteil 6 Stunden in einer Atmosphäre aus einem Mischgas (NH₃ : RX = 1 : 1) aus NH₃-Gas und RX-Gas (energieaufnehmend), gehalten bei einer Behandlungstemperatur von 570°C, durchgeführt. Auch bei dieser Wärmebehandlung traten keine Fehler wie Risse und Brüche an dem Verbindungsabschnitt des ersten und zweiten Rohlingmaterials auf.
Als Ergebnis wurde ein Endteil erhalten, welches aus einem Bereich (erster Rohlingmaterialbereich), hergestellt aus dem ersten Rohlingmaterial und nicht durch eine Nitridierungsbehandlung verstärkt, und einem Bereich (zweiter Rohlingmaterialbereich), hergestellt aus dem zweiten Rohlingmaterial und durch eine Nitridierungsbehandlung verstärkt, bestand. Die mechanischen Eigenschaften nach der Nitridierungsbehandlung des ersten Rohlingmaterialbereichs (Rohlingmaterial 1) und des zweiten Rohlingmaterialbereichs (Rohlingmaterial 2) des Endteils waren so wie in der rechten Spalte von Tabelle 4 gezeigt.
Außerdem wurden bei dem Rohlingmaterial 1 und dem Rohlingmaterial 2 die Beziehungen zwischen der Zugfestigkeit und der Dehnung vor und nach der Nitridierungsbehandlung in der Darstellung von 12 gezeigt. In dieser Darstellung von 12 stellen die durchgezogenen Kurven K' und K die Eigenschaften vor bzw. nach der Nitridierungsbehandlung des zweiten Rohlingmaterials dar, und die gestrichelten Kurven J' und J stellen die Eigenschaften vor bzw. nach der Nitridierungsbehandlung des ersten Rohlingmaterials dar.
Wie aus 12 und obiger Tabelle 4 deutlich ersichtlich ist, wies das Rohlingmaterial 2 (zweiter Rohlingmaterialbereich) einen größeren Bereich der Steigerung der Zugfestigkeit aufgrund einer Nitridierungsbehandlung als das Rohlingmaterial 1 (erster Rohlingmaterialbereich) auf, und es wurde ein Formteil mit einem Teil, der im Vergleich zu der Festigkeit der anderen Teile einen ausreichenden Unterschied in der Festigkeit aufwies, erhalten.
Außerdem wurde die Zugfestigkeit des zweiten Rohlingbereichs aufgrund einer Nitridierungsbehandlung auf 651 MPa gesteigert. Dieser Wert ist ein Zugfestigkeitswert, bei dem das Tailored-Blank-Verfahren bisher kaum angewendet werden konnte. Das heißt, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung war es möglich, durch das Tailored-Blank-Verfahren ein Formteil eines Stahlblechmaterials mit so einer hohen Festigkeit zu erhalten, bei dem das Tailored-Blank-Verfahren bisher kaum angewendet werden konnte.
Da, wie oben beschrieben, nach dem Preßformen der Vorform, die durch Verbinden von Blechteilen (erstes Rohlingmaterial und zweites Rohlingmaterial) mit unterschiedlichen Eigenschaften gemäß einer vorbestimmten Spezifikation gebildet wurde, ein spezieller Teil des Formteils, der durch dieses Preßformen erhalten wurde, durch Wärmebehandlung (Nitridierungsbehandlung) gehärtet wurde, ist es möglich, die Preßformbarkeit vor der Wärmebehandlung ausreichend zu gewährleisten. Die nach dem Preßformen durchgeführte Wärmebehandlung stellt den speziellen Teil des Formteils mit einer erwünschten Festigkeit bereit.
Das heißt, durch die Anwendung des Tailored-Blank-Verfahrens ist es möglich, ein Formteil mit einem Teil darin, dessen Festigkeit ausreichend höher als die anderer Teile ist, zu erhalten, während der Nutzen des Blechmaterials verbessert wird.
In einem solchen Fall ist es, insbesondere da der Unterschied in der Dehnungseigenschaft vor dem Preßformen zwischen dem ersten Rohlingmaterial und dem zweiten Rohlingmaterial innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eingestellt ist, möglich, ein Auftreten von Fehlern wie Rissen und Brüchen bei dem Preßformen, das nach Verbinden dieser Materialien durchgeführt wird, zu vermeiden.
Im folgenden wird der Fall, wo das Tailored-Blank-Verfahren wie oben beschrieben auf die Karosserie eines Kraftfahrzeugs angewendet wird, erläutert.
13 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, in der eine Struktur eines Karosserieeinheit (Fahrerhausseiteneinheit), welcher hauptsächlich den Seitenteil (Fahrerhausseite) des Fahrerhauses der Karosserie eines Kraftfahrzeugs darstellt. Ge mäß diesem konkreten Beispiel wurde das Tailored-Blank-Verfahren wie oben beschrieben auf das innere Karosserieblech 50 der Fahrerhausseite (inneres Karosserieblech des Seitenteils des Fahrerhauses), eine Verstärkung 60 der Fahrerhausseite (Verstärkungsteil des Seitenteils des Fahrerhauses), ein inneres Karosserieblech 70 der hinteren Säule (inneres Karosserieblech des hinteren Abschnitts des Seitenteils des Fahrerhauses) und ein äußeres Karosserieblech 80 der Fahrerhausseite (äußeres Karosserieblech des Seitenteils der Karosserie) angewendet, und dann wurden die entsprechenden Teile schließlich zusammengebaut.
Beispielsweise wurden das innere Karosserieblech 50 der Fahrerhausseite, die Verstärkung 60 der Fahrerhausseite, das innere Karosserieblech der hinteren Säule und das äußere Karosserieblech 80 der Fahrerhausseite an den Trennlinien L1 bis L4, den Trennlinien L11 bis L16, einer Trennlinie L21 bzw. den Trennlinien L31 bis L34 getrennt.
Dann wurden für jeden durch diese Trennlinien aufgeteilten Bereich das optimale Material für das Stahlblechmaterial, die Blechdicke, Wärmebehandlung, Oberflächenbehandlung und dergleichen in bezug auf die erforderlichen Eigenschaften (beispielsweise, Festigkeit, Steifigkeit, Korrosionsbeständigkeit und dergleichen) und die Wirkungen der Reduktion des Karosseriegewichts und der Produktionskosten festgelegt.
Beispielsweise lag im Falle des inneren Karosserieblechs 70 der hinteren Säule eine einheitliche Blechdicke vor, und es wurde ein Stahlblech, das einer Plattierungsbehandlung unterzogen wurde, für den unteren Teil der Trennlinie L21 zum Zweck einer Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit verwendet, während der obere Teil der Trennlinie L21 keiner speziellen Oberflächenbehandlung unterzogen wurde. Außerdem ist es im Falle des äußeren Karosserieblechs 80 der Fahrerhausseite hinsichtlich der Fläche, die von den Trennlinien L31 bis L34 umgeben und diagonal schraffiert ist, bevorzugt, das die Blechdicke unter Verwendung des Tailored-Blank-Verfahrens dicker als die anderer Teile eingestellt wird.
In bezug auf eine Reduktion des Karosseriegewichts durch eine Verstärkung des Stahlblechs selbst (d. h. aufgrund einer Reduktion der Dicke des Stahlblechsmaterials), ist es, wie oben beschrieben, im allgemeinen nicht bevorzugt, solche Karosserieteile und Strukturteile, bei denen nicht nur die Festigkeit, sondern auch die Steifigkeit im Hinblick auf die Karosseriestruktur gewährleistet sein muß (mit anderen Worten ist der Beitrag im Hinblick auf die Steifigkeit der gesamten Karosserie hoch) als ein Objekt, das zur Gewichtsreduktion dünner sein muß, auszuwählen, da auch bei einer Gewährleistung der Festigkeit durch eine Verstärkung des Stahlblechs selbst die reduzierte Blechdicke im Hinblick auf die Gewährleistung der Steifigkeit eine negative Wirkung ausübt. Es ist jedoch bevorzugt, die Anwendung dieser Maßnahme auf solche Karosserieteile und Strukturteile, bei denen der Beitrag im Hinblick auf die Steifigkeit der gesamten Karosserie relativ gering ist, wobei ein gewisses Maß an Festigkeit oder mehr erforderlich ist, in Betracht zu ziehen.
14 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, in der ein anderes Beispiel dargestellt wird, in dem das Tailored-Blank-Verfahren auf eine Fahrerhausseiteneinheit eines Kraftfahrzeugs angewendet wurde. In diesem konkreten Beispiel waren die Verstärkung 60 der Fahrerhausseite, das innere Karosserieblech 70 der hinteren Säule und das äußere Karosserieblech 80 der Fahrerhausseite dieselben wie bei dem in 13 gezeigten Beispiel, während bei dem inneren Karosserieblech 50' der Fahrerhausseite, das an den fünf Trennlinien L1' bis L5' geteilt ist, die Teilungsrichtung unterschiedlich von der des in 13 gezeigten Beispiels ist.
Wie oben beschrieben, ist es durch die Anwendung des Tailored-Blank-Verfahrens zur Herstellung der Karosserie eines Kraftfahrzeugs möglich, das optimale Material für das Stahlblechmaterial, die Blechdicke, Wärmebehandlungseigenschaft, Oberflächenbehandlung und dergleichen in bezug auf die erforderlichen Eigenschaften (beispielsweise Festigkeit, Steifigkeit, Korrosionsbeständigkeit und dergleichen) und die Wirkung der Reduktion des Karosseriegewichts und der Materialkosten einzustellen.
Im folgenden wird ein konkretes Beispiel, in dem ein Formteil, hergestellt aus einem Stahlblechteil, durch einen darin befindlichen Schaum verstärkt wurde, erläutert.
15 zeigt eine Querschnittsstruktur eines Karosserierahmenteils für ein Kraftfahrzeug als ein Formteil gemäß dem vorliegenden konkreten Beispiel. Als ein Karosserieblechteil zum Bilden des Rahmens wurde ein JSH270C-Stahlblech, standardisiert von Japan Iron and Steel Federation (siehe Tabelle 2: Prüfkörper a), welches eine vorbestimmte Menge von mindestens einem Element von den obenerwähnten Nitridbildungselementen enthielt, verwendet. Außerdem betrug die Blechdicke dieses Materials etwa 1 mm.
Unter Verwendung dieses Stahlblechs, wie in 15 gezeigt, wurden ein äußeres Karosserieblechmaterial Po (Außenblech), das in eine U-Querschnittsform, die nach einer Seite hin offen war, preßgeformt wurde, und ein flaches Karosserieblechmaterial Pi (Innenblech) verbunden, um eine Halbhutform zu bilden, und Punktschweißen wurde bei einem Lochabstand von 60 mm auf einem überlappenden Teil Lf davon durchgeführt, wodurch die Montage beendet wurde.
Wie mittels der gedachten Linie von 15 gezeigt wird, war in dem Fall, wo sich eine Verstärkung Rf in dem Rahmenabschnitt befand, das Material dieser Verstärkung Rf das gleiche wie das der Karosserieblechmaterialien Pi und Po des Rahmens FR. In diesem Fall wurden Flanschteile (nicht gezeigt) an jedem Ende der Verstärkung Rf zwischen die Flansche (Überlappungsteil Lf) der Karosserieblechmaterialien Pi und Po eingeschoben, und dann wurden diese drei Bleche durch Punktschweißen montiert.
Folgende Schaummaterialien, die in den geschlossenen Abschnitt des Rahmens Fr gefüllt werden sollen, sind bevorzugt. Außerdem wurde die Dichte jedes dieser Schaummaterialien bestimmt. Diese Schaummaterialdichte wurde für jedes Material bei Raumtemperatur (etwa 20°C) bestimmt.
Schaumurethanharz (Härte [8 kg/cm²]): Dichte 0,09 [g/cm³]
Epoxyharz A: Dichte 0,50 [g/cm³]
Epoxyharz B: Dichte 0,50 [g/cm³]
Ausgehend von dem Fall des Verstärkens unter Verwendung der obenerwähnten Verstärkung Rf, hergestellt aus einem Stahlblech, war es nun möglich, die konvertierte Innenrahmendichte aus dem Gewicht der Verstärkung Rf, die sich in dem Rahmenabschnitt befindet, wie in 15 gezeigt, und dem Volumen des Rahmens FR entsprechend dem darin befindlichen Teil der Verstärkung Rf zu berechnen, und in dem Fall von dem vorliegenden konkreten Beispiel betrug die konvertierte Innenrahmendichte dieser Verstärkung Rf 0,61 [g/cm³].
Im Hinblick auf die Gewichtsreduktion des Rahmenteils FR ist es daher bevorzugt, daß die Dichte des Schaummaterials, das dort eingefüllt werden soll, 0,60 [g/cm³] oder weniger beträgt.
In dem vorliegenden konkreten Beispiel wurde bei der Herstellung des Rahmens Fr mindestens ein Karosserieblechmaterial (beispielsweise das flache innere Karosserieblechmaterial Pi), auf das ein Schaummaterial in dem unausgedehnten Zustand aufgebracht werden soll, vorher einer Nitridierungsbehandlung unterzogen.
Aufgrund dieser Nitridierungsbehandlung, wies, da ein Nitrid mit einer porösen Oberfläche auf der Oberfläche des Innenblechs Pi und in deren Umgebung erzeugt wurde, der Oberflächenzustand der Fläche, auf die das Schaummaterial aufgebracht werden sollte, eine mikroskopische Porosität auf.
Dann wurde nach dem Einbringen eines Schaummaterials Se' (beispielsweise Epoxidharz) im unausgedehnten Zustand auf das Innenblech Pi, dessen Oberfläche und Umgebung porös sind, wie in 16 gezeigt, die Rahmenkarosserie FR auf eine Temperatur in dem Bereich von 150 bis 200°C erwärmt. Dadurch schäumte das Epoxidharz Se, und es dehnte sich aus, wie in 17 gezeigt, und härtete, nachdem der gesamte geschlossene Abschnitt der Rahmenkarosserie FR vollständig befüllt war. Zu dieser Zeit haftete das Epoxidharz aufgrund eigenen Haftvermögens an die innere Oberfläche des Blechs. Es sollte beachtet werden, daß bei diesem Ausdehnungsverfahren das Erwärmen unter Verwendung der Wärme in dem Trocknungs verfahren zum Trocknen des Rahmens FR nach dessen Anstrich erreicht werden kann.
Auf diese Weise wurde das Schaummaterial geschäumt und gehärtet in bezug auf den vorbestimmten Bereich (Innenblech Pi), wo die Oberfläche und die Umgebung aufgrund der Wärmebehandlung porös waren, was dazu führte, daß ein wesentlich höheres Haftvermögen im Vergleich zu dem Fall des Stahlblechs, an dem keine Wärmebehandlung durchgeführt wurde, erhalten werden konnte. Das heißt, bei der Verstärkung des Formteils durch Einfüllen eines Schaums ist es möglich, den Schaum auf das Formteil mit einer relativ einfachen Konfiguration zu fixieren und eine größere Verstärkungswirkung durch Einfüllen des Schaums zu erhalten.
In dem Fall des Befüllens des Rahmenabschnitts mit dem Füllmaterial, ist es durch eine Steigerung des Haftvermögens zwischen mindestens einem Teil des Karosserieblechmaterials, das den Rahmen und das Füllmaterial darstellt, möglich, das maximale Biegemoment, das der Rahmen aushalten kann, und den Energieabsorptionswert bedeutend zu verbessern.
18 ist eine Darstellung, in der ein Testgerät zum Durchführen eines statischen Cantilever-Biegetests des Rahmens schematisch erläutert wird. Nach dem Befüllen des Abschnitts des Rahmens FR mit einer vorbestimmten Länge, der die in 17 gezeigte Abschnittsform aufwies, mit einem Füllmaterial S, wurde ein Ende des Rahmens FR auf einer Trägerplatte Me fixiert, und die Trägerplatte Me wurde auf ein Gerätesubstrat Mf fixiert. Dann wurde mittels eines Universaltestgeräts eine statische Last Wm auf die Umgebung des anderen Endes des Rahmens FR über ein Lastelement Md ausgeübt, die Beziehungen zwischen der Verschiebung und dem Biegewinkel und die Belastung wurden gemessen, und dann wurden das maximale Biegemoment und der statische Energieabsorptionswert bestimmt.
19 ist eine Darstellung, in der die Beziehungen zwischen dem Biegewinkel und dem Biegemoment von Rahmen, die jeweils mit verschiedenen Füllmaterialien befüllt worden sind, dargestellt wird. In dieser Darstellung zeigen die Kurven a bis e die Merkmale von Rahmen unter Verwendung der folgenden Füllmaterialien.
Kurve a: kein Füllmaterial (nur Stahlblech)
Kurve b: Epoxidharz A
Kurve c: Epoxidharz B
Kurve d: Epoxidharz B, wobei ein Haftmittel (Karosseriedichtmasse mit einer Scherfestigkeit von 7,3 MPa) zwischen dem Füllmaterial und dem Karosserieblechmaterial Po oder Pi des Rahmens FR aufgebracht ist.
Kurve e: Holz (Kiefer)
Wie aus der Darstellung von 19 ersichtlich ist, steigert sich der Wert des Biegemoments mit steigendem Biegewinkel bei allen Kurven stark, bis der Biegewinkel einen gewissen Grad erreicht. Bei den Kurven a bis c und e erreichen die Werte bei einem bestimmten Biegewinkel den Peak (Höchstwert), und danach nimmt das Biegemoment mit zunehmendem Biegewinkel ab. In dem Fall der Kurve a (nur Stahlblechrahmen ohne Füllmaterial) liegt ein besonders hoher Abnahmegrad vor.
Im Gegensatz dazu wurde bei der Kurve d (Epoxidharz B zuzüglich Haftmittel) auch nach wesentlicher Zunahme des Biegemoments keine Abnahme des Biegemoments als Reaktion auf die Zunahme des Biegewinkels beobachtet, und das Biegemoment blieb weiterhin hoch. Außerdem ist das maximale Biegemoment in den fünf Kurven am höchsten. Im Vergleich zu der Kurve c, in der das gleiche Füllmaterial (Epoxidharz B) verwendet wurde, wurden wesentliche Unterschiede sowohl in der Neigung mit bezug auf die Zunahme des Biegewinkels als auch in dem Ausmaß des maximalen Biegemoments beobachtet.
Das heißt, aus den obigen Ergebnissen geht deutlich hervor, daß auch bei Verwendung des gleichen Füllmaterials die Biegemomenteigenschaft des Rahmens durch Fixieren des Füllmaterials an dem Karosserieblechmaterial des Rahmens mittels eines Haftmittels wesentlich verbessert wurde.
20 ist ein Balkendiagramm, in dem das maximale Biegemoment [Nm] und der Energieabsorptionswert [J] der Rahmen, die mit verschiedenen Füllmaterialien in ähnlicher Weise wie jene von 19 befüllt waren, gezeigt werden. In diesem Diagramm zeigen die Balken A bis E jeweils die Merkmale der Rahmen, in die die folgenden Füllmaterialien aufgebracht wurden. In jedem Balken stellt der linke Zahlenwert (leerer Balken) das maximale Biegemoment [Nm], und der rechte Zahlenwert (schraffierter Balken) den Energieabsorptionswert [J] des Rahmens dar.
Balken A: kein Füllmaterial (nur Stahlblech)
Balken B: Epoxidharz A
Balken C: Epoxidharz B
Balken D: Epoxidharz B zuzüglich Haftmittel (Das Füllmaterial ist Epoxidharz B, und ein Haftmittel (Karosseriedichtmittel mit einer Scherfestigkeit von 7,2 MPa) wurde zwischen dem Füllmaterial und dem Karosserieblechmaterial Po oder Pi des Rahmens FR aufgebracht.)
Balken E: Holz (Kiefer)
Wie aus 20 gut ersichtlich ist, war der Energieabsorptionswert des Rahmens bei demjenigen, auf den das Epoxidharz B zuzüglich des Haftmittels aufgebracht wurde (Balken D) am größten, und unter Verwendung des gleichen Füllmaterials (Epoxidharz B) wurde ein deutlicher Unterschied im Vergleich zu dem Energieabsorptionswert von Balken C beobachtet.
Das heißt, aus dem obigen Ergebnis geht deutlich hervor, daß auch bei Verwendung des gleichen Füllmaterials die Energieabsorptionseigenschaft des Rahmens durch Fixieren des Füllmaterials an dem Karosserieblechmaterial des Rahmens mittels eines Haftmittels wesentlich verbessert wurde.
21 ist eine Darstellung, in der die Beziehung zwischen der Scherhaftfestigkeit der Haftschicht und dem maximalen Biegemoment gezeigt wird.
Wie aus der Darstellung von 21 klar ersichtlich ist, erhöht sich mit zunehmender Scherhaftfestigkeit der Haftschicht auch das maximale Biegemoment, doch bei einer Scherhaftfestigkeit von 3 MPa oder mehr wird der Steigerungsgrad des maximalen Biegemoments (Anstieg der Kurve in der Darstellung) gemäßigter als vorher. Das heißt, bei einer Scherhaftfestigkeit der Haftschicht von 3 MPa oder mehr ist es möglich, das maximale Biegemoment, das der Rahmen aushalten kann, mit äußerst hoher Wirksamkeit zu verbessern, einen ausreichenden Biegemomentwert zu erreichen und ein hohes Energieabsorptionsvermögen zu erhalten. Es ist daher im wesentlichen erforderlich, daß die Scherhaftfestigkeit der Haftschicht 3 MPa oder mehr beträgt.
Wird außerdem die Scherhaftfestigkeit weiter auf 7 MPa oder mehr erhöht, ist der Steigerungsgrad des maximalen Biegemoments gesättigt. Mit anderen Worten ist es bei einer Scherhaftfestigkeit von 7 MPa oder mehr möglich, einen Biegemomentwert zu erhalten, der nah an den Maximalwert herankommt. Es ist daher stärker bevorzugt, daß die Scherhaftfestigkeit der Haftschicht 7 MPa oder mehr beträgt.
In dem Fall, wo das Füllmaterial selbst haftend ist, wie in dem Fall der Epoxidharze in dem vorliegenden konkreten Beispiel, ist es möglich, das Füllmaterial direkt an das Karosserieblechmaterial des Rahmens unter Verwendung des Haftvermögens zu kleben und zu fixieren, ohne ein anderes Haftmittel verwenden zu müssen. Auch in diesem Fall beträgt die Scherhaftfestigkeit vorzugsweise 3 MPa oder mehr und stärker bevorzugt 7 MPa oder mehr.
22 ist eine Darstellung, in der die Scherhaftfestigkeiten des konkreten Beispiels (des vorliegenden Beispiels), wobei das Innenblech Pi, auf das das Schaummaterial des Rahmens FR aufgebracht werden soll, als Wärmebehandlung einer Nitridierungsbehandlung unterzogen wird, und ein Vergleichsbeispiel, wo eine solche Behandlung nicht durchgeführt wird, dargestellt werden. Beide Stahlblechsmaterialien des Innenblechs Pi bestanden aus dem obenerwähnten JSH270C-Stahlblech. Au ßerdem wurde die Messung der Scherhaftfestigkeit entsprechend dem Testverfahren, das durch JIS K 6850 „Testing Methods for Shear Strength of Adhesive Bonds by Tensile Logding" definiert ist, durchgeführt.
Wie aus dieser Darstellung ersichtlich ist, konnte bestätigt werden, daß durch Unterziehen des Blechmaterials, auf das das Schaummaterial aufgebracht werden soll, einer Nitridierungsbehandlung, die Scherhaftfestigkeit in dem Bindungsbereich zwischen dem Schaum und dem Blechmaterial wesentlich verbessert ist.
Wie oben beschrieben, wird, da nach dem Bilden eines Formteils (Rahmenteil für eine Fahrzeugkarosserie) mit einer vorbestimmten Form durch Unterziehen eines Blechmaterials, welches ein vorbestimmtes Wärmebehandlungselement (Nitridbildungselement) enthält, einer plastischen Verformung, eine vorbestimmte Wärmebehandlung (Nitridierungsbehandlung) auf mindestens einem vorbestimmten Bereich des Formteils durchgeführt wird, eine intermetallische Verbindung mit einer Porosität (als porös bezeichnet) in der Oberfläche und der Umgebung der Oberfläche in bezug auf diesen vorbestimmten Bereich erzeugt. Da veranlaßt wird, daß sich das Schaummaterial nach dessen Aufbringen auf diesen vorbestimmten Bereich durch Erwärmen des Formteils ausdehnt, wird dann das Schaummaterial in bezug auf den vorbestimmten Bereich, dessen Oberfläche und dessen Umgebung porös sind, ausgedehnt und gehärtet, so daß es möglich ist, ein viel höheres Haftvermögen als in dem Fall des Stahlblechs zu erhalten, das keiner Wärmebehandlung unterzogen wurde. Das heißt, zur Verstärkung des Formteils durch dessen Befüllen mit dem Schaum ist es möglich, den Schaum mit einer relativ einfachen Konfiguration an das Formteil zu fixieren und eine hohe Verstärkungswirkung durch Einfüllen des Schaums zu erhalten.
Es ist insbesondere in bezug auf eine Rahmenkarosserie mit einem geschlossenen Abschnittsform, der einen Teil einer Kraftfahrzeugkarosserie darstellt, möglich, zum Zeitpunkt des Einwirkens einer Kollisionslast die Festigkeit und Steifigkeit der Rahmenkarosserie der Kraftfahrzeugkarosserie und die Energieabsorptionseigenschaft zu verbessern.
Da die Dichte des Schaummaterials auf 0,6 [g/cm³] oder weniger eingestellt ist, werden außerdem, verglichen mit dem Fall, wo die Verstärkung unter Verwendung eines Stahlblechs erreicht wird, ein kleineres Gewicht und höheres Energieabsorptionsvermögen erhalten. Da das Schaummaterial ein Epoxidharz ist, ist es außerdem möglich, den Vorgang des Füllens in das Formteil leicht und sicher durch Nutzung der Aufschäumbarkeit des Harzes durchzuführen.
In dem vorliegenden konkreten Beispiel wurde als Karosserieblechmaterial, das den Rahmen bildet, das Material, das auf einem JSH270C-Stahlblech, das durch den Japan Iron and Steel Federation Standard (JFS) definiert ist, basiert und eine vorbestimmte Menge von mindestens einem Element der obenerwähnten Nitridbildungselemente enthält, verwendet, und durch Unterziehen dieses Materials einer Nitridierungsbehandlung wurden mindestens die Oberfläche und die Umgebung des vorbestimmten Bereichs porös gemacht (sogenannter poröser Zustand), und durch Aufbringen und Ausdehnen des Schaummaterials in diesem vorbestimmten Bereich wurde ein äußerst hohes Haftvermögen erhalten, wodurch die Verstärkungswirkung durch Einfüllen des Schaums weiter verbessert wurde. Jedoch ist es unter Verwendung eines JSC260G-Stahlblechs (Tabelle 2: Prüfkörper c) anstelle des obenerwähnten JSH270C-Stahlblechs als Karosserieblechmaterial, das den Rahmen bildet, möglich, zusätzlich zu der Verstärkungswirkung aufgrund der Verbesserung des Haftvermögens zwischen dem Schaum und dem Karosserieblechmaterial die Festigkeit des Rahmens wirkungsvoller durch die oben beschriebene Nitridierungsbehandlung (verglichen mit dem JSH270C-Stahlblech) weiter zu verbessern, da das Karosserieblechmaterial (Stahlblech) selbst verstärkt wird.
Im folgenden wird ein konkretes Beispiel eines Metallformteils, das durch ein sogenanntes Hydroformverfahren gebildet wird, wobei ein Metallteil unter Verwendung eines hydraulischen Drucks einer Flüssigkeit gebildet wird, erklärt.
Die 23A bis 23D sind Darstellungen, in denen schematisch eine Reihe von Verfahren in dem Fall der Herstellung beispielsweise eines sogenannten Kastenrahmens, der einen Teil einer Federung eines Kraftfahrzeugs darstellt, unter Verwendung des obenerwähnten Hydroformverfahrens gezeigt wird.
Zuerst wurde, wie in 23A gezeigt, ein gerades Stahlrohrteil F1 mit einer vorbestimmten Wanddicke als Metallmaterial mit einer geschlossenen Abschnittsform hergestellt. Dieses Rohrteil F1 wurde aus einem Nitrierstahl hergestellt. Das Rohrteil kann durch Biegen eines flachen Stahlblechs mit einer vorbestimmten Wanddicke durch Schweißen gebildet werden.
Anschließend wurde, wie in 23B gezeigt, dieses Rohrteil F1 preßgeformt, wodurch eine Vorform F2 mit einer Form, die der Endform des Formteils (Kastenrahmen) relativ ähnlich war (siehe 23C und 23D), gebildet wurde.
Nachdem die Vorform F2 zum Hydroformverfahren in einer vorbestimmten Preßform (nicht gezeigt) platziert wurde, wurde eine vorbestimmte Flüssigkeit (beispielsweise hydraulisches Drucköl) in den geschlossenen Abschnitt der Vorform F2 gefüllt, und die Flüssigkeit wurde auf einen vorbestimmten Druck mittels der Druckvorrichtung (nicht gezeigt) gebracht. Demzufolge fand aufgrund des obigen inneren Drucks eine plastische Verformung der Vorform F2 statt, so daß ein Metallformteil F3 mit einer Form entsprechend der Gestalt der Preßformoberfläche der Preßform erhalten werden konnte (siehe 23C). Das heißt, die Vorform F2 wurde zum Erzeugen des Metallformteils F3 hydrogeformt.
Dann konnte durch Härten des vorbestimmten Bereichs des Metallformteils F3 durch eine Nitridierungsbehandlung ein Kastenrahmen F4 erhalten werden, bei dem ein spezieller Bereich (siehe diagonalschraffierter Abschnitt in 23D) durch die Nitridierungsbehandlung verstärkt war.
Auf diese Weise war es möglich, nur einen gewünschten Teil des einteiligen Metallformteils F4 zuverlässig zu härten und zu verstärken, da nur der spezielle Bereich des Metallformteils (Kastenrahmen F4) durch die Wärmebehandlung gehärtet wurde.
Als Verfahren zur Verstärkung von nur einem speziellen Bereich durch eine Nitridierungsbehandlung, wie oben beschrieben, können verschiedene Verfahren in Erwägung gezogen werden.
Wie in den 24A und 24B gezeigt, wurde in dem obigen konkreten Beispiel nur ein spezieller Bereich Fs (Verstärkungsbereich), der in dem durch das Hydroformverfahren gebildeten Formteil F3 verstärkt werden sollte, in dem Salzbadnitridierungsverfahren in das Salzbad S eingetaucht, so daß die Nitridierungsbehandlung nur in diesem Teil stattfand.
Da die Wärmebehandlung dann durchgeführt wurde, als nur der spezielle Bereich Fs des durch das Hydroformverfahren gebildeten Formteils F3 in das Salzbad S eingetaucht wurde, war es auf diese Weise möglich, durch die Wärmebehandlung nur den speziellen Bereich Fs des Metallformteils F4 zuverlässig zu härten und zu verstärken, ohne daß ein anderes Verfahren bereitgestellt werden mußte.
Wie in den 25A bis 25C gezeigt, ist es als Alternative ebenso möglich, daß vor der Durchführung einer Nitridierungsbehandlung das durch das Hydroformverfahren gebildete Formteil F3 einer Maskierbehandlung unterzogen wird, das heißt, der nicht zu verstärkende Bereich (Nichtverstärkungsbereich) wird mit einem geeigneten Maskierungsmaterial (umfassend beispielsweise Filme wie Plattierungsfilme) (siehe karierter Teil in 25B) abgedeckt, und danach wird das gesamte durch das Hydroformverfahren gebildete Formteil F3 in das Salzbad S eingetaucht, wodurch nur der zu verstärkende Bereich Fs (Verstärkungsbereich), der nicht mit dem Maskierungsmaterial abgedeckt ist, durch die Nitridierungsbehandlung verstärkt wird.
Da die Maskierbehandlung auf einem anderen Teil als dem speziellen Bereich Fs des durch das Hydroformverfahren vor der Wärmebehandlung gebildeten Formteils F3 durchgeführt wird, ist es wie oben beschrieben möglich, nur den speziellen Bereich Fs des Metallformteils F4 zuverlässig und leicht durch die Wärmebehandlung zu härten und zu verstärken.
Da die Vorform F2 mit einer geschlossenen Abschnittsform, die der Endform des Metallformteils F4 relativ ähnlich ist, sich in der vorbestimmten Preßform befindet, und durch Befüllen des geschlossenen Abschnittsbereichs der Vorform F2 mit einer Druckflüssigkeit wird gemäß dem vorliegenden konkreten Beispiel wie oben be schrieben das Metallformteil F3 nach Bilden des Metallformteils F3 entsprechend der Form der Preßform durch die Wärmebehandlung gehärtet, wodurch es möglich ist, zum Zeitpunkt der Formung vor der Wärmebehandlung eine ausreichende plastische Verformbarkeit zu gewährleisten. Durch die nach der plastischen Verformung durchgeführte Wärmebehandlung ist es dann auch möglich, dem speziellen Bereich Fs des Formteils F4 die erwünschte Festigkeit zu verleihen.
Das heißt, beim Erhalt eines Metallformteils unter Verwendung des sogenannten Hydroformverfahrens ist es möglich, zuverlässig das Metallformteil F4 mit ausreichender Festigkeit zu erhalten.
Außerdem ist es in diesem Fall möglich, nur den gewünschten Teil des einteiligen Metallformteils F4 zuverlässig zu härten und zu verstärken, da nur der spezielle Bereich des Metallformteils (Kastenrahmen F4) durch die Wärmebehandlung gehärtet wurde.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines fertigen Formteils (30, 50, 50', 60, 70, 80), hergestellt aus einem Stahlblech, umfassend die Schritte: Herstellen eines Stahlblechmaterials, welches eine Zugfestigkeit von 500 MPa oder weniger aufweist und ein Nitridierungs- bzw. Nitridbildungselement enthält, Bilden eines intermediären Formteils (30') mit einer vorbestimmten Form durch Durchführen einer plastischen Verformung an dem Stahlblechmaterial, wobei das Formen des fertigen Formteils (30, 50, 50', 60, 70, 80) mit einer vorbestimmten Form durch ein Verfahren durchgeführt wird, umfassend die Schritte: Herstellen eines ersten Rohlingmaterials und eines zweiten Rohlingmaterials mit unterschiedlichen Eigenschaften zur Steigerung der Zugfestigkeit aufgrund einer Nitridierungsbehandlung, wobei die Nitridierungsbehandlung die Zugfestigkeit von einem der Rohlingmaterialien mehr als die des anderen steigert, als die Stahlblechmaterialien, Bilden einer Vorform durch Verbinden dieser Rohlingmaterialien und Durchführen einer plastischen Verformung an der Vorform, um ein intermediäres Formteil (30') mit einer vorbestimmten Form zu bilden, und Durchführen einer Nitridierungsbehandlung an dem intermediären Formteil (30'), so daß eine durchschnittliche Härte in der Blechdickenrichtung des resultierenden Stahlblechteils Hv 300 oder mehr in Vickers Härte beträgt, wobei der Unterschied in der Härte zwischen dem Oberflächenteil und dem inneren Zentralteil in der Dickenrichtung des Stahlblechteils des fertigen Formteils (30, 50, 50', 60, 70, 80) Hv 200 oder weniger in Vickers Härte beträgt, wobei die Zugfestigkeit des Stahlblechs nach Nitridierungsbehandlung 1000 MPa oder mehr beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines fertigen Formteils (30, 50, 50', 60, 70, 80), her gestellt aus einem Stahlblech nach Anspruch 1, wobei das Stahlblechmaterial als Nitridierungselement eine vorbestimmte Menge von mindestens einem Element von Titan (Ti), Niob (Nb), Bor (B), Vanadium (V) und Aluminium (Al) enthält.
Verfahren zur Herstellung eines fertigen Formteils (30, 50, 50', 60, 70, 80), hergestellt aus einem Stahlblech nach Anspruch 1 oder 2, wobei nur ein spezifischer Bereich (10H, 20H, 32, Fs) des Formteils durch die Nitridierungsbehandlung verstärkt wird und, wenn das Formteil biegeverformt wird, es sich an der Grenze zwischen dem spezifischen Bereich und dem unspezifischen Bereich (10M, 20M, 31) als Ursprung verformt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Rohlingmaterial und das zweite Rohlingmaterial vor der Nitridierungsbehandlung nahezu gleiche Dehnungseigenschaft aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formteil mindestens eines von einem Karosserieteil bzw. Gehäuseteil und einem Strukturteil eines Kraftfahrzeugs ist.