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EP1711639B1 - Verfahren zur herstellung eines dreidimensional geformten panzerungsbauteils für fahrzeugkarosserien - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines dreidimensional geformten panzerungsbauteils für fahrzeugkarosserien Download PDF

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Publication number
EP1711639B1
EP1711639B1 EP05726399A EP05726399A EP1711639B1 EP 1711639 B1 EP1711639 B1 EP 1711639B1 EP 05726399 A EP05726399 A EP 05726399A EP 05726399 A EP05726399 A EP 05726399A EP 1711639 B1 EP1711639 B1 EP 1711639B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
producing
vehicle bodies
armoring
steel sheet
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Revoked
Application number
EP05726399A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1711639A1 (de
Inventor
Marion Sobe
Meinhard Schröder
Thomas Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MUELLER, THOMAS
Original Assignee
Fes Fahrzeug-Entwicklung Sachsen 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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=34853400&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP1711639(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Fes Fahrzeug-Entwicklung Sachsen GmbH filed Critical Fes Fahrzeug-Entwicklung Sachsen GmbH
Publication of EP1711639A1 publication Critical patent/EP1711639A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1711639B1 publication Critical patent/EP1711639B1/de
Revoked legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/42—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for armour plate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/25—Hardening, combined with annealing between 300 degrees Celsius and 600 degrees Celsius, i.e. heat refining ("Vergüten")
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/58—Oils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49616—Structural member making
    • Y10T29/49622—Vehicular structural member making

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a three-dimensionally shaped armor component for vehicle bodies by producing sheet metal parts made of hardenable steel, with thermal pretreatment of these steel plates, wherein the heating rate and temperature are selected until reaching the alloy content dependent austenitic state, and a subsequent press molding and hardening treatment the molded armor components.
  • Such technical solutions are needed for example in the automotive industry of armored limousines.
  • This process is used in particular for the production of precursors, which are used, for example, for the production of Rolling and gear parts on the one hand particularly fatigue-resistant, high load capacity and wear-resistant and on the other hand in the interest of minimal mechanical post-processing should be able to produce particularly fit.
  • an air-hardening steel is used, which after heating to at least 1100 ° C, first a hot working to a temperature of at least 800 ° C and subsequent cooling by air to about 280 ° C with simultaneous thermomechanical treatment by calibration, followed by cooling in air is recovered to room temperature and final relaxation treatment at a temperature of 150 to 250 ° C.
  • the object is therefore to provide a technical solution, with the help of which the deficiencies of the known state of the art are overcome.
  • a method is to be developed which is suitable for the production of armor components for vehicle bodies while avoiding weak spots in the armored area.
  • the armor components should be produced with minimized post-processing requirements repeatable and with significantly lower dimensional tolerances than comparable weldments.
  • the method provides for the production of a three-dimensionally shaped armor component for vehicle bodies by producing hardened steel sheet metal parts.
  • the steel blanks are thermally pretreated for this, wherein the heating rate and the heating temperature are selected so that the alloy content dependent austenitic or partially austenitic state is reached.
  • austenitized state the majority of the alloying elements contained in the steel plate material is dissolved in austenite.
  • the heat treatment time is selected in the austenitization depending on the carbon content and the amount and type of alloying elements as well as the sheet thickness so that both scaling, edge decarburization and grain growth are minimized.
  • the method provides to carry out the hot forming and quench hardening of the steel blanks in a single operation.
  • the austenitized steel plate is formed as directly as possible, preferably even in the austenitic or partially austenitic state by means of pressing tool and as a result of the desired high cooling rate, the desired hardness structure is achieved in the formed steel plate.
  • the required critical cooling rate is chosen so that a hardened structure is formed.
  • the full-surface contact of the formed steel plate with the press tool ensures the avoidance of deformation due to thermal stresses to the partial or complete structural transformation of the formed steel plate and serves to form the required hardness structure in all areas of the armor component produced. This weak points are safely avoided within the armor component.
  • the cooling of the formed component is part of the hardening treatment and therefore takes place in a closed pressing tool.
  • the deformation takes place in the pressing tool so that the speed of cooling of the austenitized or teilaustenitarraen steel plate during the pressing process under full-surface concerns of the formed steel plate to the engraving of the pressing tool as possible above the critical cooling rate.
  • the austenitized steel plate is first formed after insertion into the pressing tool and held in complete contact with the pressing tool, wherein the pressing tool is cooled to at least about 70 ° C before the forming process. After the forming process, the further cooling of the formed steel plate is carried out with open pressing tool or outside of the pressing tool to the ambient air. It is assumed that the shock-like cooling of the austenitized formed steel plate in the pre-cooled press tool not only leads to the formation of the fundamental hardness structure, but also to a sufficient dimensional stability of the generated three-dimensional armor component. In this case, the pressing tool can be used in higher frequency for the production of repeatable components.
  • the steel plates used are preferably sheets of hardenable and martensite-hardening steels.
  • the process provides that the hardness of the armor steel when hardened in hardness oil is greater than 45 HRC or the hardness after hot aging is greater than 45 HRC.
  • Three-dimensionally shaped armor components of high dimensional accuracy are obtained in particular in that the press tool is held closed after the forming process until reaching the desired cooling temperature over a period of 50 to 500 seconds. As a result, the component is held in the calibration until complete formation of the hardness structure, whereby deformations due to thermal stresses can be largely excluded.
  • the cooling rate on the contact of the formed steel plate with the pressing tool is influenced by the fact that the pressing tool of good thermal conductivity material, such as steel and / or by coolant, preferably z. As water, ammonia and / or compressed air, can be cooled.
  • measures such as curing, aging or aging are possible thermal treatment procedures depending on the alloy composition. These measures are used to compensate for possible non-uniform distributions of the degrees of hardness in the component and thus preclude safety uncertainties against bombardment or Bespreng Homelanden.
  • the thermal distortion occurring in the thermal aftertreatment is known to be only about 10% of the armor components produced by means of welding technology. It is particularly advantageous that the hot forming and the quench hardening of the austenitized or teilaustenitinstrumenten steel blanks are carried out in one operation.
  • the advantages of the invention are summarized in that for the special case of the production of three-dimensionally shaped armor components for vehicle bodies certain requirements for the production of hardened steels, as they are known for the production of tools or semi-finished products, must not be met. This applies, for example, the resistance to rolling fatigue, wear resistance or permanent fatigue strength. It can be assumed that the body of a vehicle of the special protection class is discarded completely or at least with respect to the loaded armor components after a first load by bombardment or sprinkling. Taking these special requirements into account, the armor components to be produced must have in particular the continuous or full-surface quality and, if possible, do not require mechanical reworking of the surface of the three-dimensionally shaped armor component. The proposed method takes these special requirements into account to a high degree.
  • three-dimensionally shaped armor components of high quality are obtained in a comparatively simple manner by combining a hot forming process with a hardening process starting from sheet metal blanks which have been previously pretreated into an austenitized or partially austenitized state.
  • the required heat treatment parameters are sought.
  • Some tempered steels for use in the VR 6 protection class using the proposed method even without subsequent heat treatment, achieve all protection requirements, including safety against being splashed with type DM 51 hand grenades without splinter outlets on the back of the armor elements.
  • the press tools In the design of the press tools must be taken to ensure that at each point of the formed steel plate sufficient heat dissipation can be ensured.
  • the flow properties of the material must be observed so that on the one hand the component during the forming process with uniform surface pressure completely and evenly applies to the engraving of the tool and thinning of the material thickness can be avoided.
  • the wall thickness can be more than 10 mm.
  • armor components for vehicle bodies can be realized by way of hot forming, which could previously be produced only as elaborate weldments with ballistic weaknesses in the weld seam area. Due to the high process reliability of the standard use of the method for the production of three-dimensionally shaped armor components high dimensional accuracy is possible.
  • a steel sheet with a thickness of 6.5 mm has the following content of alloying elements: 0.5% C 1.1 - 1.3% Ni 1.0 - 1.5% Si 0.5 - 0.6% Mn 0.1 - 0.5% Not a word.
  • a board is obtained and heated to an austenitizing temperature of 950 ° C.
  • the board is inserted into the press tool and reshaped by closing the press tool.
  • the quench cooling of the formed steel plate takes place at mold temperature.
  • the tool can be cooled by coolant.
  • the closing pressure of the pressing tool is maintained over the entire cooling time. This is followed by a heat treatment by tempering to the quality HRC 50.
  • the three-dimensionally shaped armor component corresponds to the firing class VR 6, which was demonstrated by bombardment tests.
  • a steel plate with a thickness of 6.5 mm has the following proportions of alloying elements: 0.25 - 0.4% C 0.0 - 1.0% Ni 0.2 - 0.4% Si 0.0 - 2.0% Mn 0.0-0.55% Not a word 0.0 - 1.1% Cr.
  • This steel plate is heated to Austenitmaschinestemperatur in the amount of 970 ° C and immediately loaded in the press tool and formed by closing the press tool.
  • the press tool was previously cooled to about 70 ° C.
  • the pressing tool can be opened and the further cooling of the three-dimensionally shaped armor component can be carried out at room temperature. On a subsequent heat treatment is omitted.
  • the obtained three-dimensionally shaped armor component corresponds to the fire class VR 6, which was proved by bombardment tests.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien durch Herstellen von Blechformteilen aus härtbarem Stahl, unter thermischen Vorbehandlung dieser Stahlplatinen, wobei die Aufheizgeschwindigkeit und -temperatur bis zum Erreichen des legierungsgehaltsabhängigen austenitischen Zustand gewählt werden, und einer darauf folgenden Preßformgebung und Härtebehandlung der geformten Panzerungsbauteile. Derartige technische Lösungen werden beispielsweise im Kraftfahrzeugbau von gepanzerten Limousinen benötigt.
  • Bei der Herstellung von Sonderschutzfahrzeugen werden Panzerungen eingesetzt, die in die Außenbeplankung von Fahrzeugkarosserien eingefügt werden. Wegen der schweren Verarbeitbarkeit der hochfesten Stähle werden diese Panzerungen meist als Schweißbaugruppen ausgelegt. Die bekannte Verzugsanfälligkeit sowie die beachtliche Temperaturempfindlichkeit, die bereits oberhalb einer Temperatur von 200 °C einen Festigkeitsabfall bewirken kann, führen oft zu Rißbildungen und Spannungsproblemen im direkten Schweißnahtbereich sowie zu Festigkeitsproblemen in den Wärmeeinflußzonen. Diese unerwünschten Wirkungen erhöhen sich mit zunehmenden Gehalt an Legierungselementen und Panzerungshärte. Dies führt zur Beeinträchtigung der erforderlichen Schutzwirkung.
    Bekannt ist das Herstellen von dreidimensionalen Bauteilen durch Warmumformung mit nachfolgender Wärmebehandlung.
    So wird mit der DE 198 21 797 C1 ein Verfahren zur Herstellung von gehärteten Teilen aus Stahl bekannt gemacht. Dieses Verfahren dient insbesondere der Gewinnung von Vorprodukten, die beispielsweise für die Herstellung von Wälzlagern und Getriebeteilen einerseits besonders ermüdungsfest, hoch belastbar und verschleißfest und andererseits im Interesse minimaler mechanischer Nachbearbeitung besonders paßfähig herstellbar sein sollen.
    Dazu wird ein lufthärtender Stahl eingesetzt, der nach dem Erwärmen auf wenigstens 1100 °C zunächst einer Warmumformung bis auf eine Temperatur von wenigstens 800 °C und einer anschließenden Abkühlung mittels Luft auf etwa 280 °C bei gleichzeitiger thermomechanischer Behandlung durch Kalibrieren, anschließender Abkühlung an Luft auf Raumtemperatur und abschließender Entspannungsbehandlung bei einer Temperatur von 150 bis 250 °C gewonnen wird.
    Mit der US 5, 454, 883 A wird weiterhin ein Verfahren bekannt gemacht, mit dessen Hilfe gehärtete Stahlplatten dadurch hergestellt werden, daß die Aufheizraten beim thermischen Behandeln, sowie die Haltezeiten auf ausgewählten Behandlungstemperaturen optimiert werden. Weiterhin legt diese technische Lösung in einer Variante den Verzicht auf das Kalibrieren beim Abkühlen der Bauteile nahe.
    Der gemeinsame Mangel der bekannten technischen Lösungen besteht darin, daß sie für das Herstellen von dreidimensional geformten Blechformteilen aus härtbaren Stahlblechen ungeeignet sind, insbesondere dann, wenn eine spanende Oberflächennachbehandlung der gehärteten Blechformlinge vermieden werden soll. Insofern sind die bekannten technischen Lösungen für das Herstellen von Halbzeugen, wie sie im Maschinenbau für die Herstellung hochfester Stahlkonstruktionen, hochbelasteter Maschinenbauelemente in Form von Wälzlager- und Getriebeteilen benötigt werden, für die Herstellung von dreidimensional geformten Panzerungsbauteilen für Fahrzeugkarosserien ungeeignet.
  • Die Aufgabe besteht deshalb im Schaffen einer technischen Lösung, mit deren Hilfe die Mängel des bekannten Standes der Technik überwunden werden. Insbesondere ist ein Verfahren zu entwickeln, das für die Herstellung von Panzerungsbauteilen für Fahrzeugkarosserien unter Vermeidung von Schwachstellen im gepanzerten Bereich geeignet ist. Die Panzerungsbauteile sollen bei minimierten Nachbearbeitungserfordernissen wiederholgenau und mit deutlich geringeren Maßtoleranzen als vergleichbare Schweißkonstruktionen herstellbar sein.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Danach sieht das Verfahren die Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien durch das Herstellen von Blechformteilen aus härtbarem Stahl vor. Die Stahlplatinen werden dazu thermisch vorbehandelt, wobei die Aufheizgeschwindigkeit und die Aufheiztemperatur so gewählt werden, daß der legierungsgehaltsabhängige austenitische bzw. teilaustenistische Zustand erreicht ist. Im austenitisierten Zustand wird der überwiegende Teil der im Material der Stahlplatine enthaltenen Legierungselemente im Austenit gelöst. Die Wärmebehandlungszeit wird bei der Austenitisierung in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt und von Menge und Art der Legierungselemente sowie von der Blechdicke so gewählt, daß sowohl Verzunderung, Randentkohlung und Kornwachstum minimiert werden. Anschließend erfolgt die Preßformgebung mit anschließender eventuell notwendiger Wärmebehandlung, in deren Ergebnis die gewünschten dreidimensional geformten Panzerungsbauteile gewonnen werden.
    Das Verfahren sieht vor, das Warmumformen und das Abschreckhärten der Stahlplatinen in einem Arbeitsgang durchzuführen. Die austenitisierte Stahlplatine wird möglichst unmittelbar, vorzugsweise noch im austenitischen bzw. teilaustenitischen Zustand mittels Preßwerkzeug umgeformt und im Ergebnis der angestrebten hohen Abkühlgeschwindigkeit wird das gewünschte Härtegefüge in der umgeformten Stahlplatine erreicht.
    Die erforderliche kritische Abkühlgeschwindigkeit wird dabei so gewählt, daß ein Härtegefüge entsteht.
    Nach Schließen des Preßwerkzeugs wird das umgeformte Bauteil im vollflächigen Kontakt mit dem Preßwerkzeug gehalten. Der vollflächige Kontakt der umgeformten Stahlplatine mit dem Preßwerkzeug gewährleistet einerseits das Vermeiden von Deformationen infolge thermischer Spannungen bis zur teilweisen oder vollständigen Gefügeumwandlung der umgeformten Stahlplatine und dient Ausbildung des erforderlichen Härtegefüges in allen Teilbereichen des erzeugten Panzerungsbauteils. Damit werden Schwachstellen innerhalb des Panzerungsbauteils sicher vermieden.
    Die Abkühlung des umgeformten Bauteils ist Bestandteil der Härtebehandlung und erfolgt deshalb im geschlossenen Preßwerkzeug.
  • Vorzugsweise erfolgt die Umformung im Preßwerkzeug so, daß die Geschwindigkeit der Abkühlung der austenitisierten bzw. teilaustenitisierten Stahlplatine während des Preßvorganges unter vollflächigem Anliegen der umgeformten Stahlplatine an die Gravur des Preßwerkzeuges möglichst oberhalb der kritischen Abkühlgeschwindigkeit liegt.
  • Alternativ zu dieser Verfahrensvariante ist es weiterhin möglich, daß die austenitisierte Stahlplatine nach dem Einlegen in das Preßwerkzeug zunächst umgeformt und im vollständigen Kontakt mit dem Preßwerkzeug gehalten wird, wobei das Preßwerkzeug vor dem Umformprozeß wenigstens auf ca. 70 °C gekühlt wird. Nach dem Umformprozeß wird die weitere Abkühlung der umgeformten Stahlplatine bei geöffneten Preßwerkzeug oder außerhalb des Preßwerkzeuges an der Umgebungsluft vorgenommen. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die schockartige Abkühlung der austenitisierten umgeformten Stahlplatine im vorgekühlten Preßwerkzeug nicht nur zur Ausbildung des grundsätzlichen Härtegefüges, sondern auch zu einer ausreichenden Formstabilität des erzeugten dreidimensionalen Panzerungsbauteils führt. In diesem Falle läßt sich das Preßwerkzeug in höherer Frequenz für das Erzeugen von wiederholgenauen Bauteilen nutzen.
  • Bevorzugt werden als Stahlplatinen Bleche aus härtbaren und martensitaushärtbaren Stählen eingesetzt.
    Das Verfahren sieht vor, daß die Ansprunghärte des Panzerungsstahls bei Härtung in Härteöl größer 45 HRC oder die Härte nach Warmauslagern größer 45 HRC ist.
    Dreidimensional geformte Panzerungsbauteile hoher Maßhaltigkeit werden insbesondere dadurch gewonnen, in dem das Preßwerkzeug nach dem Umformvorgang bis zum Erreichen der gewünschten Kühltemperatur über einen Zeitraum von 50 bis 500 Sekunden geschlossen gehalten wird. Dadurch wird das Bauteil bis zur vollständigen Ausbildung des Härtegefüges in der Kalibrierung gehalten, wodurch Deformationen infolge von Thermospannungen weitgehend ausgeschlossen werden können.
    Die Abkühlgeschwindigkeit über den Kontakt der umgeformten Stahlplatine mit dem Preßwerkzeug wird dadurch beeinflußt, daß das Preßwerkzeug aus gut wärmeleitfähigem Material, beispielsweise Stahl besteht und/oder durch Kühlmittel, vorzugsweise z. B. Wasser, Ammoniak und/oder Druckluft, gekühlt werden kann.
  • Es ist möglich, die abgekühlten und umgeformten Stahlplatinen einer abschließenden Wärmebehandlung in Form eines Entspannungs- und/oder Anlassprozesses, Vergütungs- oder Auslagerungsbehandlung zu unterziehen.
  • Alternativ dazu sind auch Maßnahmen, wie Härten, Auslagern oder Warmauslagern als thermische Nachbehandlungsprozeduren je nach legierungszusammensetzung möglich. Diese Maßnahmen dienen dazu, mögliche ungleichmäßige Verteilungen der Härtegrade im Bauteil auszugleichen und damit Unsicherheiten in der Sicherheit gegen Beschuß- oder Besprengwirkungen auszuschließen. Der bei der thermischen Nachbehandlung auftretende thermische Verzug ist bekanntermaßen etwa nur 10 % der bei mittels Schweißtechnik hergestellten Panzerungsbauteilen.
    Besonders vorteilhaft ist, daß das Warmumformen und das Abschreckhärten der austenitisierten bzw. teilaustenitisierten Stahlplatinen in einem Arbeitsgang durchgeführt werden.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen zusammengefaßt darin, daß für den Sonderfall der Herstellung von dreidimensional geformten Panzerungsbauteilen für Fahrzeugkarosserien bestimmte Anforderungen an die Herstellung von gehärteten Stählen, wie sie für die Herstellung von Werkzeugen oder Halbzeugen bekannt sind, nicht erfüllt werden müssen. Das betrifft beispielsweise die Festigkeit gegen Wälzermüdung, die Verschleißfestigkeit oder die Dauerwechselfestigkeit.
    Es kann davon ausgegangen werden, daß die Karosserie eines Fahrzeuges der Sonderschutzklasse nach einer erstmaligen Belastung durch Beschuß oder Besprengung vollständig oder zumindest bezüglich der belasteten Panzerungsbauteile verworfen wird. Unter Berücksichtigung dieser besonderen Anforderungen müssen die herzustellenden Panzerungsbauteile insbesondere die durchgängige oder die vollflächige Qualität aufweisen und nach Möglichkeit eine mechanische Nachbearbeitung der Oberfläche des dreidimensional geformten Panzerungsbauteils nicht erfordern. Das vorgeschlagene Verfahren trägt diesen besonderen Anforderungen in hohem Maße Rechnung. Gegenüber bekannten Schweißkonstruktionen werden auf vergleichsweise einfache Weise durch das Verbinden eines Warmumformprozesses mit einem Härtungsprozeß, ausgehend von Blechplatinen, die zuvor in einen austenitisierten bzw. teilaustenitisierten Zustand vorbehandelt wurden, dreidimensional geformte Panzerungsbauteile hoher Qualität gewonnen.
  • Entsprechend der gewünschten Schutzklasse, die durch definierte Beschußsicherheit und eventuelle Sicherheit gegen Besprengung gekennzeichnet sind, werden die erforderlichen die erforderlichen Wärmebehandlungsparameter angestrebt.
    Einige Vergütungsstähle für den Einsatz in der Schutzklasse VR 6 erreichen dabei mit Hilfe der Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens auch ohne nachfolgende Wärmebehandlung alle Schutzanforderungen, einschließlich der Sicherheit gegen Besprengung mit Handgranaten der Type DM 51 ohne Splitterabgänge auf der Rückseite der Panzerungselemente.
    Bei der Auslegung der Preßwerkzeuge muß darauf geachtet werden, daß an jeder Stelle der umgeformten Stahlplatine eine ausreichende Wärmeableitung gewährleistet werden kann. Weiterhin müssen die Fließeigenschaften des Materials beachtet werden, damit sich einerseits das Bauteils während des Umformvorganges bei gleichmäßiger Flächenpressung vollständig und gleichmäßig an die Gravur des Werkzeuges anlegt und Ausdünnungen der Materialdicke vermieden werden. Zur Stabilisierung des Bauteils während der Wärmebehandlung können in die Platine umlaufende Sicken oder Stabilisierungsformen mit eingeprägt werden. Nach dem Warmpressen oder der eventuellen Wärmebehandlung wird die Endform des Bauteils mittels Laser oder vorzugsweise Wasserstrahl ausgeschnitten.
    Mit dem vorgeschlagenen Verfahren sind nun dreidimensional geformte Panzerungsbauteile für unterschiedliche Schutzklassen herstellbar, wobei deren Wanddicke auch mehr als 10 mm betragen kann. Nun sind auf dem Wege der Warmumformung Panzerungsbauteile für Fahrzeugkarosserien realisierbar, die bisher nur als aufwendige Schweißkonstruktionen mit ballistischen Schwachstellen im Schweißnahtbereich hergestellt werden konnten.
    Durch die hohe Prozeßsicherheit ist der serienmäßige Einsatz des Verfahrens für das Herstellen von dreidimensional geformten Panzerungsbauteilen hoher Maßhaltigkeit möglich.
  • Die Erfindung soll nachstehend mit Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
    • Ausführungsbeispiel 1:
  • Ein Stahlblech mit einer Dicke von 6,5 mm weist folgenden Gehalt an Legierungselementen auf:
    0,5 % C
    1,1 - 1,3 % Ni
    1,0 - 1,5 % Si
    0,5 - 0,6 % Mn
    0,1 - 0,5 % Mo.
  • Aus diesem Stahlblech wird eine Platine gewonnen und auf eine Austenitisierungstemperatur in Höhe von 950 °C erwärmt. In diesem Zustand wird die Platine in das Preßwerkzeug eingelegt und durch Schließen des Preßwerkzeuges umgeformt. Innerhalb von insgesamt 300 Sekunden erfolgt die Schreckabkühlung der umgeformten Stahlplatine auf Werkzeugtemperatur. Das Werkzeug kann dabei durch Kühlmittel gekühlt werden. Der Schließdruck des Preßwerkzeuges wird über die gesamte Abkühlzeit aufrechterhalten. Anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung durch Vergüten auf die Qualität HRC 50. Das dreidimensional geformte Panzerungsbauteil entspricht der Beschußklasse VR 6, was durch Beschußversuche nachgewiesen wurde.
    • Ausführungsbeispiel 2:
  • Eine Stahlplatine mit einer Dicke von 6,5 mm weist folgende Anteile an Legierungselementen auf:
    0,25 - 0,4 % C
    0,0 - 1,0 % Ni
    0,2 - 0,4 % Si
    0,0 - 2,0 % Mn
    0,0 - 0,55 % Mo
    0,0 - 1,1 % Cr.
  • Diese Stahlplatine wird bis auf Austenitisierungstemperatur in Höhe von 970 °C erwärmt und sofort in das Preßwerkzeug eingelegt und durch Schließen des Preßwerkzeuges umgeformt. Das Preßwerkzeug wurde zuvor auf ca. 70°C abgekühlt. Infolge der schockartigen Abkühlung durch optimierte Wärmeableitung eines Großteils der Wärme der Stahlplatine auf das Preßwerkzeug kommt es zur Ausbildung eines ausreichenden Härtegefüges. Deshalb kann nach Abschluß des Umformvorganges das Preßwerkzeug geöffnet und die weitere Abkühlung des dreidimensional geformten Panzerungsbauteils bei Raumtemperatur durchgeführt werden.
    Auf eine nachfolgende Wärmebehandlung wird verzichtet. Das gewonnene dreidimensional geformte Panzerungsbauteil entspricht der Beschußklasse VR 6, was durch Beschußversuche nachgewiesen wurde.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien durch Herstellen von Blechformteilen aus härtbarem Stahl unter thermischer Vorbehandlung dieser Stahlplatinen, wobei die Aufheizgeschwindigkeit und -temperatur wenigstens bis zum Erreichen des legierungsgehaltsabhängigen austenitischen oder teilaustenischen Zustand gewählt werden, und darauf folgender Preßformgebung und gegebenenfalls anschließender Härte- bzw. Wärmebehandlung der geformten Panzerungsbauteile, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Warmumformen und das Abschreckhärten der Stahlplatinen in einem Arbeitsgang durchgeführt werden,
    daß die austenitisierte Stahlplatine noch im austenischen oder teilaustenischen Zustand mittels Preßwerkzeug umgeformt wird,
    daß die austenitisierte Stahlplatine innerhalb einer Zeit von maximal 90 Sekunden mittels Preßwerkzeug umgeformt wird,
    daß das umgeformte Bauteil im vollflächigen Kontakt mit dem Preßwerkzeug gehalten wird,
    daß die Abkühlung des umgeformten Bauteils im geschlossenen Preßwerkzeug erfolgt und
    daß die Abkühlung des umgeformten Bauteils im geschlossenen Preßwerkzeug mit einer Abkühlgeschwindigkeit erfolgt, die wenigstens der materialspezifischen kritischen Abkühlgeschwindigkeit entspricht.
  2. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßwerkzeug vor dem Umformprozeß wenigstens auf ca. 70 °C gekühlt wird.
  3. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Umformprozeß die weitere Abkühlung der umgeformten Stahlplatine ohne Kalibrierung jedoch bei Aufrechterhaltung des Preßdruckes zwecks Wärmeableitung aus der Platine im Preßwerkzeug erfolgt.
  4. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Stahlplatinen Bleche aus härtbaren und martensitaushärtbaren Stählen eingesetzt werden.
  5. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Stähle mit einer Ansprunghärte des Panzerungsstahls bei Härtung in Härteöl größer 45 HRC oder die Härte nach Warmauslagern größer 45 HRC ist, verwendet werden.
  6. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aufheizung auf die Austenitisierungstemperatur die Legierungselemente überwiegend im Austenit gelöst werden.
  7. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmbehandlungszeit und - temperatur für die Austenitisierung zur Minimierung von Verzunderung, Randentkohlung und Kornwachstum in Abhängigkeit vom Bauteilwerkstoff und Werkstoffdicke gewählt wird.
  8. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung der austenitisierten Stahlplatine etwa bei der legierungsgehaltsabhängigen Austenitisierungstemperatur erfolgt bzw. bei Temperaturen, bei denen sich die Stahlplatine im teilaustenitisierten Zustand befindet.
  9. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßwerkzeug nach dem Umformvorgang bis zum Erreichen der gewünschten Abkühltemperatur über einen Zeitraum von mindestens 50 bis 500 Sekunden geschlossen gehalten wird.
  10. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßwerkzeug durch Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, Ammoniak und/oder Druckluft, gekühlt werden kann
  11. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die abgekühlten und umgeformten Stahlplatinen einer abschließenden Wärmebehandlung in Form von Entspannen und/oder Anlassen unterzogen werden.
  12. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die abgekühlten und umgeformten Stahlplatinen abschließend durch Anlassen, Härten und Anlassen, Auslagern oder Warmauslagern nachbehandelt werden.
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