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WO2018091039A1 - Verfahren zur herstellung von radschüsseln aus dualphasenstahl mit verbesserter kaltumformbarkeit - Google Patents

Verfahren zur herstellung von radschüsseln aus dualphasenstahl mit verbesserter kaltumformbarkeit Download PDF

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Publication number
WO2018091039A1
WO2018091039A1 PCT/DE2017/100970 DE2017100970W WO2018091039A1 WO 2018091039 A1 WO2018091039 A1 WO 2018091039A1 DE 2017100970 W DE2017100970 W DE 2017100970W WO 2018091039 A1 WO2018091039 A1 WO 2018091039A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
max
sheet
temperature
board
cutting
Prior art date
Application number
PCT/DE2017/100970
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ingwer Denks
Stefan MÜTZE
Christian PELZ
Original Assignee
Salzgitter Flachstahl Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Salzgitter Flachstahl Gmbh filed Critical Salzgitter Flachstahl Gmbh
Publication of WO2018091039A1 publication Critical patent/WO2018091039A1/de

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    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article
    • C21D2221/02—Edge parts

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of Radschommeln from dual-phase steel, with improved cold workability according to claim 1 made from
  • Hot strip cut to size at room temperature is usually mechanical separation processes, such. shearing or punching, but more rarely also thermal separation methods, such as e.g. laser cutting, for use.
  • Thermal separation processes are significantly more cost-intensive compared to mechanical ones
  • the cut board After cutting, the cut board is placed in a Urnformwerkmaschine and produced in single or multi-stage forming steps, the finished wheel.
  • DP steels have a high strength during cold forming, which is technically described by the solidification exponent. A high one
  • Solidification exponent leads to particularly advantageous properties during molding planar areas of complex parts, where in particular a pronounced
  • Thermoformability is required.
  • a high solidification exponent is achieved in the DP steels by a balanced ratio of the structural components Ferrit and Martenstt.
  • ferrite is a soft component
  • martensite usually prevails as a hard component insular in a ferritic matrix.
  • the resulting advantageous properties of the microstructure with regard to the cold forming in areal areas is simultaneous with a comparatively high limitation of the formability
  • edges results in a massive local stress, which leads to an early high defect density at the boundary of martensite and ferrite grains, which in turn leads to a comparatively early failure of the sheared edge in the
  • Edge crack sensation is performed with a hole expansion test according to ISO 16630.
  • the published patent application DE 10 2014 016614 A1 discloses a method for producing a cold-formed component from a sheet-metal blank which has been sheared at room temperature and optionally with various further production steps carried out at room temperature, such as e.g. Punching or cutting operations are known in which the cold edge hardened during the cutting or punching operations sheet edge areas, which undergo a subsequent cold working in the manufacture of the component, are heated to a temperature of at least 600 "C and the time of the temperature is less than 10 seconds This is intended to improve the cold workability of these cold worked
  • Sheet edges are significantly improved.
  • this method is used in dual-phase steels.
  • the object of the present invention is to provide a process for the production of dual phase steel wheeled dishes with improved mat formability. made of cold-formed blanks, which have an improved formability of work-hardened, mechanically separated sheet edges.
  • this object is achieved by a method with the following steps:
  • the content limits arise from the need to produce a dual-phase ferrite steel with embedded martensilins in the hot strip.
  • C-casings of> 0.04% are used to set sufficiently high levels of martensite in the ferritic matrix, with contents of less than 0.2% to ensure the weldability of the base material ,
  • the Si content should be less than 0.5% to avoid firmly adhering scale during hot rolling, as this can not be completely removed by pickling and thus adversely affects the performance characteristics of the component. On the other hand, contents of at least 0.05% are typical of steel.
  • An Mn content of at least 0.2% serves to increase the strength by
  • Mn content should not exceed 1.5% as it tends to increase segregation.
  • the result are midsite center lines. which adversely affect the performance characteristics.
  • the sum content of should be at least 0.1% to the critical
  • the Cr content should be at most 0.8% since, similar to Mn Cr, the critical cooling rate for adjusting martensite decreases. Higher contents are not useful for cost reasons.
  • Wheel cups made in accordance with the present invention have the advantage that the present alloy composition of the dual phase composite material has a high tensile strength of up to 950 MPa and a low draw for drawdown applications
  • the steel advantageously has a particularly high work hardening capacity, which has a positive effect on the mechanical properties of the finished molded wheel dish.
  • Heating the cutting and / or punching edges produces sheet edges that have a particularly high formability in Lochetzweit mit without cracking on the sheet edges.
  • the heat is applied over the entire sheet thickness and in the plane direction of the board in an area which corresponds at most to the thickness of the sieve
  • the effect of heat depends on the type of heat treatment process.
  • the heating itself can take place arbitrarily, for example, conductively, inductively via radiation heating or by means of laser processing.
  • Excellent for the heat treatment is the conductive heating, as for example in the
  • an advantageous development of the invention provides for rinsing these areas with inert gases, for example argon.
  • the inert gas purging takes place during the duration of the heat treatment but can also, if necessary, be made shortly before the beginning and / or in a limited period of time after the heat treatment has been carried out.
  • the heat input is very concentrated in the shard-influenced
  • Cut edge areas and is therefore associated with a comparatively low energy consumption, in particular with regard to methods in which the entire Piatine is supplied to a heating or time-consuming by orders of magnitude
  • the process window for the temperature to be reached in the cutting edge area is also very large and covers a temperature range from above 700 ° C up to the
  • the increase in strength does not have any negative influence on the hole expansion capacity, regardless of whether a harder and less tough microstructure is set compared to the starting structure, so that too
  • the decisive factor is that the introduced by the cutting
  • the heat treatment of the cold-formed cut edge areas can be carried out completely at any time after the cutting or punching processes and before the forming of the board or as an intermediate step in multi-stage forming operations of the board for producing a wheel disc, so that the process steps cutting or punching the board, Heat treatment of the cutting edges and forming the board from each other are completely decoupled.
  • the production is much more flexible than in the prior art in the integration of an edge modification by
  • the method can be integrated as an intermediate production step in a series production, which specifies a cycle in the range of 0.1 to 10 seconds.
  • a cycle in the range of 0.1 to 10 seconds.
  • the production of Sheet metal components in the automotive sector in several successive steps thus represents a predestined area of application.
  • the forming of the board prepared in this way can advantageously be carried out with the forming tools already in production, since no additional heating devices, such as e.g. Oven, necessary for heating the board itself. This allows a further cost-effective production and by the decoupling of the manufacturing steps a high flexibility in the production process.
  • the heating of the cut edges take place in a combined with the respective manufacturing process step.
  • the cutting and stamping devices may be provided with a downstream heat treatment device or this may be directly upstream of the forming device for cold forming of the board.
  • the invention is applicable to hot rolled steel strip having yield strengths of 280 MPa to 700 MPa and tensile strengths of 450 MPa to 950 MPa.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel aus Dualphasenstahl mit verbesserter Kaltumformbarkeit kaltverfestigter, mechanisch getrennter Blechkanten mit folgenden Verfahrensschritten: - Bereitstellen eines Warmbandes oder eines Warmbandblechs der beanspruchten Legierungszusammensetzung mit einem Dualphasengefüge, bestehend aus einer ferritischen Matrix, in die eine überwiegend martensitische Zweitphase inselförmig eingelagert ist, Zuschneiden einer Platine bei Raumtemperatur sowie optionaler Durchführung weiterer Stanz- oder Schneidoperationen, - Erwärmen ausschließlich der durch die Schneid- oder Stanzoperatianen kalt verfestigten Blechkantenbereiche der Platine auf eine Temperatur von mindestens 700°C mit einer Haltezeit von höchstens 10 Sekunden und anschließender Abkühlung an Luft Kaltumformen der Platine in einem oder mehreren Schritten zu einer Radschüssel bei Raumtemperatur.

Description

Verfahren zur Herstellung von Radschüsseln aus Dualphasenstahl mit verbesserter Kaltumformbarkeit
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Radschüsseln aus Dualphasenstahl, mit verbesserter Kaltumformbarkeit gemäß Patentanspruch 1. hergestellt aus
kaltumgeformten Platinen gemäß Patentanspruch 1, wobei die Platinen eine verbesserte Kaltumformbarkeit kaltverfestigter, mechanisch getrennter Kanten besitzen.
Die Herstellung von Radschüsseln eines Fahrzeugrads durch Kaltumformen ist zum Beispiel aus der Patentschrift DE 102013 114 245 B3 bekannt. Für die Kaltumformung werden bevorzugt mikrolegierte Dualphasen-(DP-) Stähle mit einer Festigkeit von 400 bis 600 MPa eingesetzt. Eine konkrete Legierungszusammensetzung wird nicht angegeben.
Zur Herstellung der Radschüssei wird zunächst eine Blechplatine, vornehmlich aus
Warmband bei Raumtemperatur auf Maß geschnitten. Als Schneidverfahren kommen zumeist mechanische Trennverfahren, wie z.B. das Abscheren oder Stanzen, seltener aber auch thermische Trennverfahren, wie z.B. das Laserschneiden, zur Anwendung. Thermische Trennverfahren sind deutlich kostenintensiver im Vergleich zu mechanischen
Trennverfahren, so dass diese nur in Ausnahmefällen eingesetzt werden.
Nach dem Zuschneiden wird die zugeschnittene Platine in ein Urnformwerkzeug gelegt und in ein- oder mehrstufigen Umformschritten die fertige Radschüssel erzeugt.
Vor der Kaltumformung werden diverse wertere Fertigungsschritte, wie z.B. Stanz- und Schneidoperationen an der Platine und das Anbringen diverser Lochungen für die Aufnahme der Radnabe sowie der Radbolzen durchgeführt, und es werden fallweise während der Umformung kombinierte Umsteif- oder Aufweitoperationen an den gelochten Abschnitten vorgenommen.
Bei der Kallumformung werden die Schnittkanten, insbesondere wenn sie auf- bzw.
hochgestellt werden, z.B. bei Kragenoperationen in gelochten Platinen, besonders belastet.
DP-Stähle weisen ein hohes Verfestigungsvermögens während des Kaltumformens auf, das durch den Verfestigungsexponenten technisch beschrieben wird. Ein hoher
Verfestigungsexponent führt zu besonders vorteilhaften Eigenschaften beim Ausformen flächiger Bereiche von komplexen Teilen, bei denen insbesondere eine ausgeprägte
Tiefziehfähigkeit erforderlich ist. Ein hoher Verfestigungsexponent wird bei den DP-Stählen durch ein ausgewogenes Verhältnis von den Gefügebestandteilen Ferrit und Martenstt erreicht. Dabei stellt Ferrit einen weichen Bestandteil dar, Martensit Siegt im Regelfall als harter Bestandteil inselförmig in einer ferritischen Matrix vor. Die resultierenden vorteilhaften Eigenschaften des Gefüges hinsichtlich der Kaltumformung in flächigen Bereichen ist gleichzeitig mit einer vergleichsweisen hohen Einschränkung der Umformbarkeit
schergeschnittener Kanten beim DP-Stahl verbunden. Der Grund ist, dass bei der
Umformung von Kanten eine massive lokale Beanspruchung erfolgt, die zu einer frühzeitigen hohen Defektdichte im Grenzbereich von Martensitinsein und Ferritkörnern führt, die wiederum ein vergleichsweise frühes Versagen der schergeschnittenen Kante im
anschließenden Umformungsprozess zur Folge hat.
An den Schnittkanten können zudem diverse Vorschädigungen vorliegen. Zum einen bedingt durch eine Kaltverfestigung des Werkstoffs, hervorgerufen durch das mechanische Trennen, das eine totale Umformung bis zur Materialtrennung darstellt. Zum anderen kann eine Kerbwirkung auftreten, welche durch die Topographie der Schnittfläche entsteht.
Gerade bei hoch- und höchstfesten Blechwerkstoffen tritt daher abhängig von der konkreten Legierungszusammensetzung und dem Gefüge bei der anschließenden Umformung eine erhöhte Risswahrscheinlichkeit in den Randbereichen dieser Schnittkanten auf.
Die genannten Vorschädigungen an den Blechkanten können zum vorzeitigen Versagen bei nachfolgenden Umformoperationen bzw. im Fahrbetrieb führen. Die Prüfung des
Umformverhaltens geschnittener Blechkanten im Hinblick auf deren
Kantenrissempfindiichkett wird mit einem Lochaufweitversuch nach ISO 16630 durchgeführt.
Beim Lochaufweitversuch wird in das Blech durch Scherschneiden ein kreisrundes Loch eingebracht, das dann durch einen konischen Stempel aufgeweitet wird. Die Messgröße ist die auf den Ausgangsdurchmesser bezogene Änderung des Lochdurchmessers, bei der am Rand des Lochs der erste Riss durch das Blech auftritt.
Um die vorab beschriebene Kantenrissempfindlichkeit bei der Kaltumformung von schergeschnittenen oder gestanzten Biechkanten zu minimieren, sind z.B. Ansätze zur Veränderung der Legierungszusammensetzung und Werkstoffprozessierung (z.B. gezieltes Einstellen von bainitischen Gefügen) oder der Verfahrenstechnik beim Kaltbeschnitt der Platine (z.B. Ober Modifikationen von Schneidspalt, Geschwindigkeit, Mehrfachbeschnitt etc.) bekannt.
Diese Maßnahmen sind entweder teuer und aufwändig (z.B. mehrstufige
Schneidoperationen, Instandhaltung von 3-D Schnitten etc.), oder sie liefern noch keine optimalen Ergebnisse.
Oesweiteren ist es aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 049 155 A1 bekannt, zumindest den Bereich der Schnittkante auf eine definierte Temperatur zu erwärmen und das
Schneiden bei dieser Temperatur durchzuführen, um die Umformbarkeit der geschnittenen Kanten zu verbessern und so die Kaltverfestigung im Bereich der Schnittkante zu reduzieren oder zu vermeiden. Nachteilig sind hierbei der zur Erwärmung des Bleches notwendige hohe technische und wirtschaftliche Aufwand einerseits und andererseits die für die
Zwangskopplung von Erwärmung der Platine und unmittelbar nachfolgendem Schneiden, die die Produktion unflexibler machen.
Aus der DE 102011 121 904 A1 ist es zudem bekannt, ein schergeschnittenes Blech kalt umzuformen und vor weiteren Umformvorgängen die kaltverfestigten Bereiche lokal mittels eines Lasers zu erwärmen mit dem Ziel einer partiellen Entfestigung. Nachteilig ist hierbei insbesondere die lokale Entfestigung, die hinsichtlich des eingesetzten oft hoch- und höchstfesten Materials insbesondere bei Belastungssituationen und unter schwingender Beanspruchung eine Ungänze darstellt. Darüber hinaus ist unklar, wo genau die Erwärmung stattfinden und wie die lokale Erwärmung mit Temperatur und Zeitveriauf konkret erfolgen soll. Desweiteren ist unklar, wie und in welchem Maße durch die partielle Entfestigung das Umformvermögen des bereits kaltumgeformten Bleches verbessert werden kann.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 016614 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines kaltumgeformten Bauteils aus einer bei Raumtemperatur schergeschnittenen Blechplatine mit fallweise diversen weiteren bei Raumtemperatur durchgeführten Fertigungsschritten, wie z.B. Lochstanz- oder Schneidoperationen bekannt, bei dem die bei den Schneid- oder Stanzoperationen kalt verfestigten Blechkantenbereiche, weiche eine anschließende Kaltumformung bei der Herstellung des Bauteils erfahren, auf eine Temperatur von mindestens 600"C erwärmt werden und die Zeit der Temperaturbeaufschlagung weniger als 10 Sekunden betragt. Hierdurch soll die Kaltumformbarkeit dieser kaltverfestigten
Blechkanten deutlich verbessert werden. Anwendung findet dieses Verfahren u.a, bei Dualphasenstählen. Es finden sich jedoch keinerlei Hinweise auf eine konkrete Legierungszusammensetzung oder Gefüge der dort offenbarten Stähle oder die Anwendung dieses Verfahrens für die Herstellung von Radschüsseln.
Derzeitiger Stand der Technik ist daher eine aufwändige Nacharbeit insbesondere der Sitzflächen der Radmuttern bzw. der Nabensitze und der hochgestellten Kanten. Ein sehr hoher Ausschuss bei der Produktion bei unterschiedlichen Kunden ist üblich. Zudem können spezielle Designs für neuartige Stahiräder aus benannten Gründen nicht serienmäßig umgesetzt werden, was Geometrieanpassungen bzw. zusätzliche Arbeitsschritte zur Nacharbeit zur Folge hat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Radschüsseln aus Dualphasenstahf mit verbesserter Kattumformbarkeit. hergestellt aus kalt umgeformten Platinen, anzugeben, welche eine verbesserte Umformbarkeit kaltverfestigter, mechanisch getrennter Blechkanten besitzen.
Nach der Lehre der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit folgenden Schritten gelöst:
-Bereitstellen eines Warmbandes oder eines Warmbandblechs, aufweisend folgende Legierungszusammensetzung in Gewichts.-%: C: 0,04 bis 0,2, Si: 0,05 bis 0,5, Mn: 0.2 bis 1,5. P: max. 0,085, S: max. 0,010, N: max. 0,009, AI: max. 0,060. Nb: max. 0,05, Ti: max. 0,05, sowie eines oder mehrere der Elemente aus der Summe von Cu+Cr+ Ni+Mo: 0,1 bis 1 ,3 mit Cr: max. 0,9. Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen mit einem Dualphasengefüge, bestehend aus einer ferritischen Matrix, in die eine überwiegend martensitische Zweitphase inselförmig eingelagert ist,
- Zuschneiden einer Platine bei Raumtemperatur sowie optionaler Durchführung weiterer Stanz- oder Schneidoperationen, zur Erzielung von Aussparungen, Löchern oder
Durchbrüchen an der Platine bei Raumtemperatur
- Erwärmen ausschließlich der durch die Schneid- oder Stanzoperationen kalt verfestigten Blechkantenbereiche der Platine auf eine Temperatur von mindestens 700°C mit einer Haltezeit von höchstens 10 Sekunden und anschließender Abkühlung an Luft
- Kaltumformen der Platine in einem oder mehreren Schritten zu einer Radschüssel bei Raumtemperatur.
Die Gehaltsgrenzen ergeben sich aus der Notwendigkeit im Warmband ein Dualphasenstahl aus Ferrit mit eingelagerten Martensilinseln zu erzeugen. Außerdem erlauben die
Gehaltsgrenzen vorteilhaft die Erzeugung eines homogenen martensitischen Gefüges im wärmbebandeiten Kantenbereich, das eine ausreichende Umformbarkeit der Kante sicherstellt
Nachfolgend werden die Bedeutung der Einhaltung der Gehaltgrenzen näher beschrieben: C-Gehaite von > 0,04% dienen zur Einstellung von ausreichend hohen Anteilen an Martensit in der ferritischen Matrix, wobei Gehalte von weniger als 0,2% zur Sicherstellung der Schweißbarkeit des Grundmaterials dienen.
Der Si-Gehalt sollte zur Vermeidung von fest anhaftendem Zunder beim Warmwalzen unter 0,5% liegen, da bei Überschreiten dieser auch durch Beizen nicht restlos entfernt werden kann und so die Gebrauchseigenschaften des Bauteils negativ beeinfiusst. Andererseits sind Gehalte von mindestens 0.05% stahiwerkstypisch.
Ein Mn-Gehalt von mindestens 0,2% dient zur Steigerung der Festigkeit durch
Mischkritstalibildung und verringert die kritische Abkühlrate zur Einstellung von Martensit. Der Mn-Gehait sollte nicht über 1.5% liegen, da dann die Neigung zur Seigerungsbildung zunimmt. Die Folge sind Mittenzeilen aus Martensit. die die Gebrauchseigenschaften negativ beeinflussen.
Der Summengehalt von sollte mindestens 0,1% betragen um die kritische
Figure imgf000006_0001
Abkühlrate zur Einstellung von Martensit zu verringern und die Homogenität des Gefüges günstig zu beeinflussen. Oberhalb von 1.3% stellt sich eine gewisse Sättigung dieser Effekte ein und soNte deshalb aus Kostengründen nicht überschritten werden.
Der Cr-Gehalt sollte höchstens 0.8% betragen, da ähnlich wie Mn Cr die kritische Abkühlrate zur Einstellung von Martensit verringert. Höhere Gehalte sind aus Kostengründen nicht sinnvoll.
Erfindungsgemäß hergestellte Radschüsseln weisen den Vorteil auf, dass die vorliegende Legierungszusammensetzung des Werkstoffs mit Dualphasengefüge eine hohe Zugfestigkeit von bis zu 950 MPa und ein für Umformungen im Streckziehbereich niedriges
Streckgrenzenverhältnis Re/Rm von 0,5-0,7 aufweist.
Zudem weist der Stahl vorteilhaft ein besonders hohes Kaltverfestigungsvermögen auf, was sich positiv auf die mechanischen Eigenschaften der fertig geformten Radschüssel niederschlägt.
Überraschend hat sich gezeigt, dass die Kombination aus der erfindungsgemäßen
Legierungszusammensetzung des DP-Stahles mit dem beschriebenen Verfahren zur Kantenmodifikation in idealer Weise, das Ausformen flächiger Bereiche mit der Umformung von schergeschnittenen Kanten ermöglicht und so die Konstruktion von neuen Bauteilen mit einer hohen Funktionalität durch komplexe Formgebung möglich macht. In Kombination mit dem Gefüge des DP-Stahls werden mit der erfindungsgemäßen
Erwärmung der Schnitt- und/oder Stanzkanten Blechkanten erzeugt, die ein besonders hohes Umformvermögen beim Lochaufweitversuch ohne Rissbildung an den Blechkanten aufweisen.
Die vorgeschlagene Behandlung von schergeschnittenen Kanten von Platinenbereichen, die während der Formung zu einer Radschüssel eine erhebliche Kaltverformung erfahren, führt zu eine ausgeprägten Reduzierung der Rissbildung im Fertigungsprozess.
Versuche haben gezeigt, dass es zur Verbesserung des Lochaufweitvermögens nicht notwendig ist, den Schneidprozess selbst bei erhöhter Temperatur der
Schnittkantenbereiche durchzuführen, sondern es ausreichend ist, nur die kaltverfestigten, scherbeeinflussten Schnittkantenbereiche in einem unerwartet kurzen Zeitintervall im Bereich von weniger als 10 Sekunden, in der Regel aber zwischen 0,1 und 2.0 Sekunden auf eine Temperatur von mindestens 700°C aufzuheizen. Erfindungsgemäß kann dies losgelöst vom Schneid- oder Stanzprozess und den nachfolgenden Fertigungsschritten zu einem beliebigen Zeitpunkt vor der Umformung zu einem Bauteil geschehen.
Die Wärmeeinwirkung erfolgt dabei Ober die gesamte Blechdicke und in Ebenenrichtung der Platine in einem Bereich der höchstens der Siechdicke entspricht Die Dauer der
Wärmeeinwirkung richtet sich dabei nach der Art des Wärmebehandlungsverfahrens.
Die Erwärmung selbst kann auf beliebige Weise zum Beispiel konduktiv, induktiv über Strahlungserwärmung oder mittels Laserbearbeitung erfolgen. Hervorragend geeignet für die Wärmebehandlung ist die konduktive Erwärmung, wie sie zum Beispiel in der
Automobilfertigung vielfach am Beispiel von Punktschweißungen angewendet wird.
Vorteilhaft eignet sich zum Beispiel eine Punktschweißmaschine mit eher kurzen
Einwirkzeiten zur Behandlung von gestanzten Löchern in der Platine, wohingegen bei zu behandelnden längeren Kantenabschnttten das induktive Verfahren, Strahlungserwärmung oder Laserbearbeitung mit längeren Einwirkzeiten in Frage kommt.
Zum Schutz der erwärmten Schnittkantenbereiche vor Oxidation sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, diese Bereiche mit Inertgasen, zum Beispiel Argon, zu spülen. Die Inertgasspülung erfolgt dabei während der Dauer der Wärmebehandlung kann aber auch, falls es notwendig erscheint, zusätzlich schon kurz vor Beginn und/oder in einem begrenzten Zeitraum noch nach Durchführung der Wärmebehandlung erfolgen. Somit erfolgt die Wärmeeinbringung nur sehr konzentriert in den scherbeeinflussten
Schnittkantenbereichen und ist daher mit einem vergleichsweise geringem Energieaufwand verbunden, insbesondere hinsichtlich Verfahren, bei denen die gesamte Piatine einer Erwärmung zugeführt wird oder eine um Größenordnungen zeitlich aufwendigere
Spannungsarmglühung Anwendung findet
Das Prozessfenster für die zu erreichende Temperatur im Schnittkantenbereich ist zudem sehr groß und umfasst einen Temperaturbereich von oberhalb 700°C bis hin zur
Solidustemperatur von ca. 1500*C.
Die Versuche haben außerdem gezeigt, dass aliein die Eliminierung der Kaltverfestigung entscheidend für eine deutliche Verbesserung des Lochaufweitvermögens ist und die nicht ausheilbaren Ungänzen. wie z.B. Poren, einer untergeordneten Bedeutung zukommen.
Dies ist unabhängig davon, ob die Wärmebehandlung unterhalb oder oberhalb der
Umwandlungstemperatur Ac1 stattfindet.
Wird die Wärmebehandlung oberhalb von Ad durchgeführt, kommt es nach Behandlung im Zuge einer raschen Abkühlung aufgrund des umgebenden kalten Materials bei
umwandlungsfähigen Stählen zu einer Umwandlung in sogenannte metastabile Phasen. Das daraufhin einsteilende Gefüge, welches beim vorliegenden DP-Stahl weitgehend martensitisch ist, wird sich vom Ausgangszustand hinsichtlich einer erhöhten Festigkeit unterscheiden.
Eine Gefügeumwandlung mit einer damit in aller Regel einhergehenden Härte- und
Festigkeitssteigerung hat jedoch überraschenderweise keinen negativen Einfluss auf das Lochaufweitvermögen, unabhängig davon, ob ein im Vergleich zum Ausgangsgefüge härteres und weniger zähes Gefüge eingestellt wird, so dass auch
Behandlungstemperaturen der Schnittkanten bis hin zur Solidusgrenze möglich sind.
Entscheidend bleibt in jedem Falle, dass die durch das Schneiden eingebrachte
Kaltverfestigung weitestgehend eliminiert wird.
Um die erfindungsgemäßen Ziele zu erreichen, reicht es nach den vorliegenden
Untersuchungen nicht aus, eine Erwärmung unterhalb 700*C für die Dauer einiger Sekunden durchzuführen, da eine deutliche Reduzierung der durch den mechanischen Trennvorgang eingebrachte Verfestigung erfolgen muss. Die erfindungsgemäße Erwärmung der Schnittkanten vor der Kaltumformung der Platine hat gegenüber den bekannten Maßnahmen zur Verminderung der Kantenrissempfindlichkeit den Vorteil, dass durch die Wärmebehandlung nur die scherbeeinflussten Kantenbereiche mikrostrukturell verändert und die Festigkeit dabei in der Regel nicht verringert, sondern erhöht wird. Die Unempfindlichkeit gegenüber Kantenrissen im Sinne eines größeren Lochaufweitvermögens kann damit um den Faktor 2 oder sogar mehr als 5 verbessert werden.
Bei der industriellen Anwendung der Schnittkantenerwärmung an erfmdungsgemäßen Dualphasenstählen für Radschüsseln kann aufgrund der deutlich erhöhten Umformbarkeit der kritischen scherbeeinflussten Blechkantenbereiche einerseits der Ausschuss an umgeformten Radschüssein deutlich gesenkt werden, und andererseits können bislang notwendige Fügeoperationen, zum Beispiel durch jetzt durchführbare Kragenoperationen bei der Ausbitdung z.B. von lagerstellen, eingespart werden.
Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Herstellung von Radschüsseln in
Kombination mit der Legierungszusammensetzung und dem Dualphasengeföge erlaubt durch das verbesserte Umformvermögen der Schnittkantenbereiche komplexere
Bauteilgeometrien und somit eine größere konstruktive Freiheit bei Verwendung derselben Werkstoffe. Zudem wird die Dauerfestigkeit des kalt umgeformten Bauteils erwartungsgemäß aufgrund des sich einstellenden, zwar möglicherweise im Vergleich zum Ausgangszustand härteren aber homogenen Gefüges nicht verringert, sondern bei ausgeprägt zweiphasigen Gefügen wie z.B. Dualphasengefügen erhöht.
Die Wärmebehandlung der kalt umzuformenden Schnittkantenbereiche kann vollständig zu einem beliebigen Zeitpunkt nach den Schneid- oder Stanzprozessen und vor der Umformung der Platine oder als Zwischenschritt bei mehrstufigen Umformoperationen der Platine zur Herstellung einer Radschüssel durchgeführt werden, so dass die Prozessschritte Schneiden bzw. Stanzen der Platine, Wärmebehandlung der Schnittkanten und Umformung der Platine voneinander vollständig entkoppelt sind. Somit wird die Fertigung deutlich flexibler, als es nach dem Stand der Technik bei Integration einer Kantenmodifikation durch
Wärmebehandlung möglich ist.
Aufgrund der im Vergleich zu bekannten Maßnahmen kurzen Behandlungsdauer kann das Verfahren in einer Serienfertigung, die eine Taktung im Bereich von 0,1 bis 10 Sekunden vorgibt, als Zwischenfertigungsschritt integriert werden. Insbesondere die Fertigung von Blechkomponenten im Automobilbereich in mehreren aufeinander folgenden Schritten stellt somit einen prädestinierten Anwendungsbereich dar.
Die Umformung der so vorbereiteten Platine kann zudem vorteilhaft mit den bereits in der Produktion vorhandenen Umformwerkzeugen durchgeführt werden, da keine zusätzlichen Erwärmungseinrichtungen, wie z.B. Ofen, zum Aufheizen der Platine selbst notwendig sind. Dies ermöglicht eine weiterhin kostengünstige Fertigung und durch die Entkopplung der Fertigungsschritte eine hohe Flexibilität im Produktionsablauf.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Erwärmung der Schnittkanten jedoch abhängig vom vorgesehenen Produktionsablauf, wenn dies vorteilhaft erscheint, auch unmittelbar nach den mechanischen Schneid- oder Stanzprozessen oder unmittelbar vor der Umformung zu einem Bauteil, in einem mit dem jeweiligen Fertigungsprozess kombinierten Arbeitsschritt erfolgen. Zum Beispiel können die Schneid- und Stanzeinrichtungen mit einer nachgeschalteten Wärmebehandlungsvorrichtung versehen sein oder diese kann der Umformeinrichtung zum Kaltumformen der Platine direkt vorgeschaltet sein.
Die Erfindung ist anwendbar für warmgewalzte Stahlbänder mit Streckgrenzen von 280 MPa bis 700 MPa und Zugfestigkeiten von 450 MPa bis 950 MPa.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Radschüssel aus Dualphasenstahl mit
verbesserter Kaltumformbarkeit kaltverfestigter, mechanisch getrennter Blechkanten mit folgenden Verfahrensschritten:
- Bereitstellen eines Warmbandes oder eines Warmbandblechs, aufweisend folgende Legierungszusammensetzung in Gewichts.-%: C: 0,04 bis 0,2, Si: 0,05 bis 0,5, Mn: 0,2 bis 1,5, P: max. 0,085, S: max. 0,010, N: max. 0,009, AI: max. 0,060, Nb: max. 0.05, Ti: max. 0,05. sowie eines oder mehrere der Elemente aus der Summe von Cu+Cr+Ni+Mo: 0,1 bis 1,3 mit Cr: max. 0,9. Rest Eisen und erschmeLzungsbedingte Verunreinigungen mit einem DualphasengefOge, bestehend aus einer ferritischen Matrix, in die eine überwiegend martensitische Zweitphase inseiförmig eingelagert ist,
- Zuschneiden einer Platine bei Raumtemperatur sowie optionaler Durchführung wetterer Stanz- oder Schneidoperationen, zur Erzielung von Aussparungen, Löchern oder Durchbrüchen an der Platine bei Raumtemperatur
- Erwärmen ausschließlich der durch die Schneid- oder Stanzoperationen kalt verfestigten Blechkantenbereiche der Platine auf eine Temperatur von mindestens 700°C mit einer Haltezeit von höchstens 10 Sekunden und anschließender Abkühlung an Luft
- Kaltumformen der Platine in einem oder mehreren Schritten zu einer Radschüssel bei Raumtemperatur
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zeit der Temperaturbeaufschlagung 0,02 bis 10 Sekunden beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass Zeit der Temperaturbeaufschlagung 0,1 bis 2 Sekunden beträgt
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erwärmung der kaltverfestigten Blechkantenbereiche auf eine Temperatur von 700*0 bis Solidustemperatur erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erwärmung der kaltverfestigten Biechkantenbereiche auf eine Temperatur von Ac1 bis Solidustemperatur erfolgt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erwärmung auf Umformtemperatur induktiv, konduktiv, mittels Strahlungserwärmung oder mitteis Laserstrahlung erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erwärmung mittels einer Widerstandsschweißeinrichtung oder mittels eines Lasers erfolgt.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Platine in einem oder in mehreren Schritten umgeformt wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Blechplatine einen organischen und/oder metallischen Überzug aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der metallische Überzug Zn und/oder Mg und/oder AI und/oder Si enthält.
1 1. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärmebehandlung in Ebenenrichtung der Platine, ausgehend von der Blechkante, in einem Bereich erfolgt, der maximal der Blechdicke entspricht.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich um die Stelle der Wärmebehandlung vor Oxidation geschützt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Schutz vor Oxidation der Bereich um die Stelle der Wärmebehandlung mindestens während der Wärmeeinwirkung mittels eines Inertgases gespült wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bereich um die Stelle der Wärmebehandlung zusätzlich vor und/oder nach der Wärmeeinwirkung mittels eines Inertgases gespült wird.
15. Verwendung eines Stahls bestehend aus folgender
Legierungszusammensetzung in Gewichts-%: C: 0,04 bis 0.12, Si: 0.05 bis 0,5, Mn: 0,2 bis 1.5, P: max. 0,085. S: max. 0,010, N: max. 0,009, AI: max. 0,050, Nb: max. 0.05, Ti: max. 0,05. sowie eines oder mehrere der Elemente aus der Summe von Cu+Cr+ Ni+Mo: 0,1 bis 1 ,3 mit Cr: max. 0,9, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen mit einem Oualphasengefüge, bestehend aus einer ferritischen Matrix, in die eine überwiegend martensitische Zweitphase inselförmig eingelagert ist, zur Herstellung einer Radschüssel mittels Kaltumformung einer Platine, bei der die Platine vor der Umformung aus einem Band oder Blech bei Raumtemperatur mechanisch zugeschnitten wird und fallweise weitere Stanz- oder Schneidoperationen zur Erzielung von
Aussparungen oder Durchbrüchen bei Raumtemperatur durchgeführt werden, bei der vor der Umformung zu einem Bauteil an den geschnittenen oder gestanzten Blechkanten, welche eine Kaltverfestigung erfahren haben, eine
Wärmebehandlung von mindestens 700*C über eine Zeitdauer von höchstens 10 Sekunden durchgeführt wird.
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