rissbeständiges Werkstück oder Halbzeug

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rissbeständigen Metall- flachprodukts, insbesondere mit einer ebenen Oberfläche, wobei das Metallflachprodukt, ins- besondere durch lokale Verfestigung des Metallflachprodukts, mit insbesondere einander ab- wechselnden Bereichen höherer und geringerer Festigkeit versehen wird. Ein weiterer Gegen- stand der Erfindung ist ein rissbeständiges Werkstück oder Halbzeug, das insbesondere ab- wechselnde Bereiche höherer und geringerer Festigkeit aufweist und für welches eine Verwen- dung angegeben wird.

Die Vermeidung und Unterdrückung von Materialrissen, insbesondere in metallischen Werk- stoffen wie Stahl ist einer der wichtigsten Faktoren, um die Belastbarkeit und Langlebigkeit von technischen Bauteilen zu erhöhen. Risse können sich zum einen beim Überschreiten einer kritischen Belastungsgrenze ausbilden oder im Laufe der Zeit unter fortdauernder zyklischer Belastung in Form von sogenannten Ermüdungsrissen auftreten. Bei der zeitlichen Entwick- lung eines Risses lassen sich dabei zwei Phasen, die Rissbildung und die Rissausbreitung un- terscheiden. Die Rissbildung findet in der Mikrostruktur des Materials statt und wird durch eine lokale Konzentration mechanischer Spannungen ausgelöst, wie sie beispielsweise in der Nähe von strukturellen Inhomogenitäten oder in Regionen mit hoher Defekt- oder Versetzungsdichte eintritt. Die dadurch entstehenden Mikrorisse führen zu einer weiteren Konzentration mechani- scher Spannungen und wachsen zu einem Makroriss heran, dessen weitere Entwicklung zu- nehmend von der makroskopischen Struktur des Materials bestimmt wird. Die hohen Span- nungen, die sich dabei an der Spitze des Risses bilden, verursachen ein immer weiteres Auf- reißen des Materials, so dass sich der Riss zunehmend schneller weiter in den Werkstoff hin- ein ausbreitet und dabei zu einer Schädigung oder sogar Zerstörung des Bauteils führt.

Die vorliegende Erfindung beruht auf einem Verfahren zur Strukturierung eines Metallflachpro- dukts. Derartige Verfahren kommen in vielfältigen Formen bei Herstellungsprozessen von Me- tallprodukten zum Einsatz. Aus der DE 10 2016 103 539 Al ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem ein mehrdimensional gefügestrukturiertes, tiefziehfähiges Metallflachpro- dukt durch Walzen aus einem Vorprodukt erzeugt wird. Dabei wird das Gefüge durch das Ver- fahren so behandelt, dass Zonen entstehen, in denen sich der Zustand des Gefüges von dem Gefügezustand angrenzender Zonen unterscheidet. Beispielsweise sind aus den Offenle- gungsschriften DE 10 2017 108 837 Al und DE 10 2017 212 814 Al Verfahren zur Herstel- lung von Metallflachprodukten bekannt, wobei durch lokale thermische Einwirkung die Metall- flachprodukte mit Bereichen höherer und geringerer Festigkeit versehen werden.

Offenbarung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Anwachsen von Mikrorissen und die Ausbreitung von Makrorissen durch eine geeignete Strukturierung des Materials zu unter- binden bzw. zu vermindern.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines rissbeständigen Metall- flachprodukts, insbesondere mit einer ebenen Oberfläche, wobei das Metallflachprodukt, ins- besondere durch lokale Verfestigung des Metallflachprodukts, mit insbesondere einander ab- wechselnden Bereichen höherer und geringerer Festigkeit versehen wird, wobei Bereiche mit geringerer Festigkeit eine Erstreckung von 0,01 mm bis 10,0 mm aufweisen, wobei insbeson- dere die Bereiche der höheren Festigkeit eine Matrix definieren, welche die Bereiche der gerin- geren Festigkeit im Wesentlichen umgibt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Strukturierung des Metallflachprodukts mit einer insbesondere ebenen Oberfläche erzeugt, welche gekennzeichnet ist durch Bereiche mit einer Erstreckung, welche für das Anwachsen bzw. die Ausbreitung von Materialrissen von entscheidender Relevanz ist. Kleinere Risse vergrößern sich zunächst nur langsam und folgen während ihres unregelmäßigen Wachstums im Wesentlichen der lokalen Mikrostruktur des Materials, wie sie beispielsweise durch die Korngrenzen des Gefüges vorgegeben ist. Erst mit wachsender Größe entwickelt sich durch die zunehmende Konzentration der mechanischen Spannungen an der Rissspitze eine regelmäßigere und rascher ablaufende Dynamik. Die er- findungsgemäße Struktur aus Bereichen höherer und geringerer Festigkeit dient dazu, den Rissverlauf während dieses kritischen Übergangs zur Rissausbreitung derart zu beeinflussen, dass ein weiteres Anwachsen bzw. Ausbreiten verhindert oder zumindest verzögert wird. Die Erstreckung von 0,01 bis 10,0 mm ist dabei durch den größten Abstand zweier benachbarter Bereiche höherer Festigkeit gegeben, so dass auf diese Weise gewährleistet ist, dass ein Riss maximal auf die Länge der Erstreckung anwachsen kann, ohne auf einen Bereich höherer Festigkeit zu treffen. Diese Länge wird im Folgenden als„kritische“ Risslänge bezeichnet. Trifft die Rissspitze auf einen Bereich höherer Festigkeit, so wird sie entweder vollständig blockiert oder zumindest abgelenkt, so dass eine weitere Ausbreitung in effektiver Weise unterbunden wird.

Die Struktur aus Bereichen höherer und geringerer Festigkeit kann durch eine lokale Verfesti- gung des Metalls erzeugt werden. Alternativ ist auch denkbar, eine derartige Wirkung für die Rissausbreitung durch eine lokale Verringerung der Festigkeit oder durch eine lokale Erhö- hung der Duktilität zu erreichen. Wesentlich für den erwünschten technischen Effekt ist es, den Riss mit die Ausbreitung hemmenden Barrieren zu umgeben und so an einem weiteren An- wachsen bzw. einer weiteren Ausbreitung zu hindern. Denkbar ist auch, diesen Effekt durch eine lokale Härtung oder eine lokale Verringerung der Härte zu erzielen. Vorzugsweise wech- seln sich die Bereiche in lateraler Richtung, d.h. parallel zur Oberfläche des Metallflachpro- dukts ab. Die Bereiche höherer und geringerer Festigkeit können sich über die gesamte Dicke des Metallflachprodukts erstrecken oder auch bezüglich der Tiefe eine Abfolge von festeren und weniger festen Bereichen bilden. Möglich ist auch, dass sich die Bereiche nur geringfügig in die Tiefe erstrecken, so dass gezielt eine Rissausbreitung entlang der Oberfläche vermieden werden kann.

Bereiche höherer Festigkeit weisen im Vergleich zu Bereichen geringerer Festigkeit eine höhe- re Härte auf, so dass im Metallflachprodukt in seiner Längs- und Quererstreckung eine variie- rende Festigkeit respektive Härte vorliegt. Die Härte ist nach einschlägigen DIN-Normen ermit- telbar. Bevorzugt weisen die Bereiche höherer Festigkeit eine Härte auf, die bezogen auf die Härte der Bereiche mit geringerer Festigkeit um mindestens 5% höher ist, besonders bevor- zugt um mindestens 10% höher ist, insbesondere um mindestens 15% höher ist. Gemäß ei- ner vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die Bereiche mit geringerer Festigkeit eine Erstreckung von 0,05 mm bis 5,0 mm, insbesondere 0,05 mm bis 3,0 mm, vorzugsweise 0, 1 mm bis 2,0, besonders bevorzugt von 0, 1 mm bis 1,0 mm auf.

Erfindungsgemäß werden die Bereiche höherer und geringerer Festigkeit durch Verfestigen mittels Strahlen, beispielsweise Kugelstrahlen erzeugt. Für die erfindungsgemäße Verfesti gung steht dem Fachmann eine ganze Reihe von Möglichkeiten aus dem Stand der Technik zur Verfügung. Dabei werden durch das Auftreffen von stark beschleunigten makroskopischen Partikeln Fehlstellen im Material erzeugt, die durch die damit hervorgerufenen Eigenspannun- gen zu einer erhöhten Festigkeit führen. Bevorzugt wird die lokale Verfestigung durch mecha- nische und/oder thermische Behandlung erzeugt. Eine derartige Wirkung lässt sich auch über dem Fachmann bekannte Methoden wie Laser Peening oder Laser Shock Peening erreichen. Eine gezielte lokale Einbringung von Energie in das Metallflachprodukt kann beispielsweise in Form von Strahlung, insbesondere gebündelter Strahlung erfolgen. Denkbare Prozesse um- fassen Beschuss mit Laser- oder Elektronenstrahlung oder lokale Plasmabehandlung. Die Verfestigung kann durch Beschuss mit einem lonenstrahl erzeugt werden.

Erfindungsgemäß wird alternativ in einem ersten Schritt das Metallflachprodukt, insbesondere durch Walzprägen, mit einer Oberflächenstruktur aus Vertiefungen und Erhebungen versehen und in einem zweiten Schritt durch thermische Behandlung das Gefüge des Metallflachpro- dukts homogenisiert und in einem dritten Schritt durch Planwalzen der Oberflächenstruktur ei- ne ebene Oberfläche hergestellt. Hierbei handelt es sich um eine vorteilhafte Kombination aus mechanischer und thermischer Behandlung. Die erfindungsgemäße lokale Verfestigung wird bei dieser Ausgestaltung über die plastische Verformung der Oberflächenstruktur, insbeson- dere durch eine plastische Verformung der Erhebungen erreicht. Im ersten Prozessschritt wird die gewünschte Oberflächentopografie aus Erhebungen und Vertiefungen erzeugt, wobei dem Fachmann hierfür eine große Vielfalt von methodischen Möglichkeiten zur Verfügung steht. Vorzugsweise wird die Oberflächenstruktur durch plastische Verformung, wie beispielsweise durch Prägen, erzeugt. Alternative Möglichkeiten sind das Abtragen von Material mittels me- chanischer Bearbeitung, durch Abschmelzen oder Erodieren. Die Oberflächenstruktur kann al- leine durch die Bildung von Vertiefungen geschaffen werden, wobei die Erhebungen durch die nicht vertieften Bereiche gebildet werden. Umgekehrt kann die Oberflächenstruktur auch allei- ne durch die Schaffung von lokalen Erhöhungen erzeugt werden, wobei die dazwischenliegen- den Täler die entsprechenden Vertiefungen bilden. Erhöhungen dieser Art können durch Ma- terialauftrag erzeugt werden, beispielsweise durch geeignet gewählte Beschichtungsverfahren oder Auftragsschweißen, mit denen sich die gewünschte Strukturgröße realisieren lässt. Bei den genannten alternativen Möglichkeiten kann der zweite Schritt der thermischen Behand- lung entfallen. Möglich ist auch eine Kombination aus Materialauftrag, -abtrag und/oder plas tischer Verformung. Werden die Vertiefungen durch Prägen, insbesondere Walzprägen herge- stellt, beträgt die Einprägetiefe vorzugsweise 5 bis 40 Prozent, bevorzugt 10 bis 20 Prozent der Wandstärke des Metallflachprodukts. Dadurch wird vorteilhafterweise im dritten Schritt durch Planwalzen eine ausreichende Verfestigung des Metalls erzielt, ohne das Material dabei zu überlasten oder mit einer unerwünscht hohen Festigkeit zu versehen. Des Weiteren wird durch das Planwalzen eine gleichmäßige Dicke des Metalls erreicht, was für spätere Verarbei- tungsprozesse vorteilhaft sein kann.

Nach der Erzeugung der Oberflächenstruktur wird im zweiten Prozessschritt durch Erwärmung eine Homogenisierung des Gefüges durchgeführt, wodurch vorzugsweise die Materialeigen- schaften der erhöhten und vertieften Bereiche insbesondere einander angeglichen werden. Im dritten Prozessschritt wird die Oberflächenstruktur schließlich plangewalzt, wobei sich durch die plastische Verformung, insbesondere der Erhebungen die gewünschten Bereiche erhöhter Festigkeit ergeben.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen benachbarte Bereiche geringerer Festigkeit einen charakteristischen Abstand von 0,005 mm bis 5,0 mm, insbesondere von 0,025 mm bis 2,5 mm, vorzugsweise von 0,05 mm bis 0,5 mm auf. Besonders bevorzugt entspricht der charakteristische Abstand maximal der halben Erstreckung respektive maximal der halben Länge der Erstreckung des Bereichs mit geringe- rer Festigkeit.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberflächenstruktur durch rillenförmige Vertiefungen und rippenförmige Erhebungen ge- bildet. Der erfindungsgemäße risshemmende Effekt wird durch einen entsprechend gewählten Abstand der Rillen, bzw. Rippen realisiert. Vorzugsweise weisen die Rippen und/oder die Rillen dabei senkrecht zur Abstandsrichtung einen mäanderförmigen Verlauf auf, um zu verhindern, dass sich durch die Ausrichtung der Rillen/Rippen eine Vorzugsrichtung für die Rissausbrei- tung ergibt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberflächenstruktur durch rasterartig angeordnete Vertiefungen gebildet, die durch ein Netzwerk von stegartigen Erhebungen voneinander getrennt sind.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jede Vertiefung vollständig von einer stegartigen Erhebung eingeschlossen. Dadurch wird erreicht, dass die Bereiche mit geringerer Festigkeit, die sich nach der Homogenisierung und dem ab- schließenden Planwalzen gebildet haben, entsprechend vollständig von einem Bereich höhe- rer Festigkeit, welcher die Matrix definiert, eingeschlossen sind. Auf diese Weise ist vorteilhaf- terweise sichergestellt, dass ein Riss, der sich in dem Bereich mit der geringeren Festigkeit gebildet hat, bei seinem weiteren Wachstum zwangsläufig auf eine Barriere aus verfestigtem Material trifft und auf diese Weise effektiv an weiterem Wachstum gehindert wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bilden die Vertiefungen und Erhebungen ein gleichmäßiges Raster, insbesondere ein quadratisches oder hexagonales Raster.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Übergang zwischen den Vertiefungen und Erhebungen durch schräg ansteigende Flanken gebildet. Derartige Flanken lassen sich beispielsweise durch ein entsprechend gewähltes Prä- gemuster erzeugen, wobei die Flankensteigung des Prägemusters symmetrisch oder auch un- symmetrisch sein kann. Letztere Möglichkeit kann beispielsweise für einen Walzprozess dazu benutzt werden, eine unsymmetrische (d.h. unsymmetrisch bezüglich der Walzrichtung) Mate- rialverdrängung zu kompensieren. Durch die Flanken kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die Oberflächenstruktur beim anschließenden Planwalzen gleichmäßig eingeebnet wird, ohne dass sich unter dem ausgeübten Druck Material übereinander schiebt. Durch das Plan- walzen der insbesondere schrägen Flanken werden beispielsweise Übergangsbereiche zwi- schen den Bereichen höherer und geringerer Festigkeit erzeugt. Durch die Schräge der Flan- ken (Flankensteigung, Steigungswinkel) und insbesondere in Verbindung mit der Einprägetie- fe ergibt sich eine Breite des Übergangsbereichs.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Übergang zwischen den Vertiefungen und Flanken und/oder zwischen den Flanken und Er- hebungen durch abgerundete Kanten gebildet. Durch entsprechend groß gewählte Radien der abgerundeten Kanten können Materialquetschungen beim Planwalzen vorteilhafterweise ver- hindert werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung haben die Radien eine Größe von 10 bis 200 Prozent, vorzugsweise 100 Prozent der Einprägetiefe.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein kumulierter Flächenanteil der Bereiche mit geringerer Festigkeit an der Gesamtfläche des Metallflachproduktes von 10 % bis 40 %, insbesondere 12 % bis 35 %, vorzugsweise von 15 % bis 30 % eingestellt, wobei der Rest des Flächenanteils durch die Bereiche mit höherer Fes- tigkeit (Matrix) und optional durch die Übergangsbereiche gebildet wird. Die optionalen Über- gangsbereiche können einen kumulierten Flächenanteil zwischen 0 % und 40 %, insbesonde- re 5 % und 35 %, vorzugsweise zwischen 10 % und 30 % aufweisen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wer- den der erste und zweite Schritt im Wesentlichen gleichzeitig, insbesondere durch Warmwalz- prägen, durchgeführt. Auf diese Weise lässt sich die Erzeugung der Vertiefungen und Erhe- bungen vorteilhafterweise mit der Homogenisierung des Materials in einem einzigen Schritt verbinden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem dritten Schritt eine Beschichtung des Metallflachprodukts mit einem anorganischen oder organischen Überzug, insbesondere mit einem Korrosionsschutzüberzug, durchgeführt und/oder vor dem ersten Schritt eine Beizbehandlung des Metallflachprodukts durchgeführt. Durch die anfängliche Beizbehandlung können Zunderreste von der Oberfläche entfernt wer- den, so dass deren störende Einflüsse auf den weiteren Herstellungsprozess vorteilhafterwei- se vermieden werden.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein rissbeständiges Werkstück oder Halbzeug vorgeschlagen, aufweisend insbesondere abwechselnde Bereiche höherer und ge- ringerer Festigkeit, wobei die Bereiche mit geringerer Festigkeit eine Erstreckung von 0,01 mm bis 10,0 mm aufweisen. Dadurch, dass die Struktur aus insbesondere abwechselnden Bereichen höherer und geringerer Festigkeit eine Erstreckung aufweist, die gezielt auf die kriti- sche Risslänge ausgerichtet ist, bei der ein Risswachstum einsetzt, weist das Werkstück oder Halbzeug die eingangs in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren dargelegten Vorteile auf. Erfindungsgemäß ist ein kumulierter Flächenanteil der Bereiche geringerer Festigkeit an der Gesamtfläche des Werkstücks oder Halbzeugs von 10 % bis 40 %, insbesondere 12 % bis 35 %, vorzugsweise von 15 % bis 30 % eingestellt, wobei der Rest des Flächenanteils durch Bereiche höherer Festigkeit bzw. durch den Bereich höherer Festigkeit (Matrix) und optional durch Übergangsbereiche gebildet ist. Die optionalen Übergangsbereiche können einen ku- mulierten Flächenanteil zwischen 0 % und 40 %, insbesondere 5 % und 35 %, vorzugsweise zwischen 10 % und 30 % aufweisen.

Das erfindungsgemäß hergestellte Werkstück oder Halbzeug eignet sich bevorzugt für die Her- stellung von Bauteilen mit hohen Anforderungen an die Betriebsfestigkeit. Vorzugsweise er- folgt die Herstellung der Bauteile mittels Kaltumformung. Die Bauteile können im straßen- und/oder schienengebundenen Fahrzeugbau, beispielsweise im Fahrwerksbereich, und/oder in der Infrastruktur, insbesondere im Bausektor, beispielsweise im Brückenbau, verwendet werden.

Alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend genannten vorteilhaften Ausgestaltungen können bei der Vorrichtung allein oder in Kombination die im Zusammenhang mit dem erfindungsge- mäßen Verfahren beschrieben vorteilhaften Merkmale und Ausgestaltungen Anwendung fin den .

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt schematisch Bereiche höherer und geringerer Festigkeit eines

Metallflachprodukts gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt schematisch eine Oberflächenstruktur, wie sie im ersten Schritt einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden kann.

Figur 3a zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung das Profil einer Ober- flächenstruktur, wie sie im ersten Schritt einer möglichen Ausfüh- rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden kann.

Figur 3b zeigt die geometrische Form einer Vertiefung, wie sie im ersten Schritt einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden kann.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen verse- hen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt. In Figur 1 sind schematisch Bereiche 2, 3 höherer und geringerer Festigkeit eines Metallflach- produkts 1 gemäß einer möglichen Ausführung der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausfüh- rungsform bilden einzelne Bereiche 3 mit geringerer Festigkeit und insbesondere hoher Dukti lität eine wabenartige hexagonale Struktur, bei der jeder Bereich 3 mit geringerer Festigkeit vollständig von dem zusammenhängenden Bereich 2 mit höherer Festigkeit (Matrix) umgeben ist, der gegenüber den darin eingebetteten Bereichen 3 mit geringerer Festigkeit eine höhere Festigkeit respektive Härte aufweist. Der Übergang zwischen den Bereichen 2, 3 wird jeweils durch ringförmige Übergangsbereiche 4 gebildet, in denen die Festigkeit bzw. Duktilität zu- bzw. abnimmt. Die Übergangsbereiche 4 sind dabei zwischen den Bereichen 2, 3 angeordnet und weisen eine Breite 4‘ auf.

Die Bereiche 2, 3 bilden (z.B. entlang der Hilfslinie 8) einen Verlauf von abwechselnd festen und weniger festen Abschnitten. Die charakteristische Längenskala der Struktur ist dabei im Wesentlichen durch die Wabengröße, also die Erstreckung 5, gegeben, die im Bereich von 0,01 mm bis 10,0 mm liegt. Alternativ lässt sich die Längenskala der Struktur über einen cha- rakteristischen Abstand 6 zwischen den Bereichen 3 mit geringerer Festigkeit charakterisie- ren, der in der dargestellten Ausführungsform etwa halb so groß ist wie die Länge von der Er- streckung 5. Da der Bereich 2 mit höherer Festigkeit der Matrix des Metallflachprodukts 1 ent- spricht, ist der charakteristische Abstand 6 als„kürzester“ Abstand zwischen zwei Bereichen 3 mit geringer Festigkeit definiert bzw. entspricht dem Abstand zwischen zwei diagonal zueinan- der angeordneten Bereichen 3 respektive zwischen zwei Waben mit geringerer Festigkeit.

Liegt ein Übergangsbereich 4 vor, ist dementsprechend auch eine Breite 4‘ definiert. Die Län- ge der Erstreckung 5 und die Länge des charakteristischen Abstands 6 werden in etwa auf halber Breite 4‘ ermittelt. Mit anderen Worten gehen sowohl in die Länge der Erstreckung 5 wie auch in die Länge des charakteristischen Abstands 6 jeweils die Breite 4‘ ein.

Der in Figur 1 abgebildete Riss 7 hat noch nicht die kritische Risslänge erreicht, ab der das selbstverstärkende Wechselspiel aus Rissvergrößerung und zunehmender Spannungskonzen- tration an der Rissspitze einsetzt. Dadurch, dass die Erstreckung 5 in einem Bereich von 0,01 mm bis 10,0 mm liegt, ist gewährleistet, dass der Riss vor dem Erreichen der kritischen Riss länge auf einen Bereich 2 mit höherer Festigkeit trifft, bzw. wie in der Figur 1 dargestellt, in den Übergangsbereich 4 zwischen den Bereichen 2, 3 hineinläuft. Die Bereiche 2 bzw. der Be- reich 2 mit höherer Festigkeit bilden bzw. bildet also Barrieren für das weitere Risswachstum und wirken als„Rissstopper“. Dieser Effekt wird durch eine gezielte, stark lokalisierte Behand- lung des Materials des Metallflachprodukts 1 erreicht, ohne dass dafür eine globale Erhöhung der Festigkeit und damit eine umfassende Veränderung der Eigenschaften (z.B. Verformbar- keit) des Metallflachprodukts 1 notwendig wäre.

In Figur 2 ist schematisch eine Oberflächenstruktur abgebildet, wie sie im ersten Schritt einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden kann. Die Oberfläche eines Metallprodukts wird dabei mit den dargestellten sechseckigen Vertiefungen 9 mit einer lateralen Ausdehnung 13 von 1 mm versehen. Die Vertiefungen 9 sind auf der Oberfläche in Form eines hexagonalen Rasters angeordnet, wobei die Breite 14 der dazwi- schenliegenden Bereiche 10, welche der„späteren“ Matrix des Metallflachprodukts 1 entspre- chen, d.h. der Abstand 14 zwischen den Vertiefungen 9 0,5 mm beträgt. Die von den Vertie- fungen 9 gebildete Oberflächenstruktur wird dem Metallprodukt gemäß einer möglichen Aus- führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Prozessschritt durch eine entsprechend strukturierte Walze eingeprägt. In einem zweiten Schritt wird das strukturierte Metallprodukt durch Erwärmen homogenisiert, so dass die beim Walzen durch die plastische Verformung erzeugten Festigkeitsunterschiede zwischen den vertieften und erhöhten Berei- chen 9, 10 angeglichen werden. In einem dritten Schritt wird dann die Oberflächenstruktur plan gewalzt, wobei sich durch die plastische Verformung, insbesondere der erhöhten Berei- che 10 eine Verfestigung des Materials ergibt, so dass die vormals erhöhten Bereiche 10 eine größere Festigkeit aufweisen. Auf diese Weise lässt sich ein Metallflachprodukt 1 mit Berei- chen unterschiedlicher Festigkeiten ähnlich wie in Figur 1 hersteilen, der den erfindungsge- mäßen Rissstopp-Effekt hervorruft.

In Figur 3a ist schematisch eine Schnittansicht einer Oberflächenstruktur dargestellt, wie sie im ersten Schritt einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens er- zeugt werden kann. Die Wandstärke 18 des Metallprodukts beträgt bei dieser beispielhaften Ausführungsform 2 mm. In einer bevorzugten Ausführungsform werden sowohl an der Ober-, als auch an der Unterseite des Metallprodukts durch Walzprägen Vertiefungen 9 erzeugt, wo- bei die Vertiefungen 9 deckungsgleich vorgesehen werden können. Denkbar ist auch nur ein einseitiges Walzprägen. Um einen ausreichenden Verfestigungseffekt im Metallflachprodukt 1 zu erzielen, gleichzeitig jedoch das Material nicht zu überlasten oder durch übermäßige Ver- festigung unbrauchbar für eine spätere Anwendung zu machen, sollte die Einprägetiefe 15 dabei generell 5 bis 40 Prozent der Wandstärke 18 betragen. Im dargestellten Beispiel beträgt die Einprägetiefe 15 0,2 mm und damit 10 Prozent der Wandstärke 18. Die laterale Ausdeh- nung 13 der Vertiefungen 9 beträgt 1 mm, die Breite 14 der dazwischenliegenden Stege 10 beträgt 0,5 mm. Die Vertiefungen 9 weisen beim Übergang zu den Stegen 10 Flanken 11 auf, deren genaue geometrische Form in Figur 3b im Detail dargestellt wird. Die laterale Ausdeh- nung 13 umfasst neben der Vertiefung auch die Flanken 11 jeweils in ihrer Breite.

In Figur 3b ist schematisch die geometrische Form einer Vertiefung 9 dargestellt, wie sie im ersten Schritt einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden kann. Die Flanken 11 weisen hier einen Steigungswinkel von 45° auf, wobei die Über- gänge 17 zwischen dem Boden der Vertiefung 9 und der Flanke 11 mit einem Radius 16 von 0,2 mm abgerundet ist. Die Oberkante der Vertiefung 9 weist eine Abrundung 17‘ von eben- falls 0,2 mm auf. Durch die abgerundeten Kanten 17, 17‘ wird vermieden, dass es beim an- schließenden Planwalzen zu Materialquetschungen kommt.

Der vorstehend in Figur 1 beschriebene Verlauf der Festigkeit lässt sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines rissbeständigen Metallflachprodukts 1 erzeugen, insbesondere mit einer ebenen Oberfläche, wobei das Metallflachprodukt 1 durch lokale Verfestigung des Metallpro- dukts mit insbesondere einander abwechselnden Bereichen 2, 3 höherer und geringerer Fes- tigkeit versehen wird, wobei die Bereiche 3 geringerer Festigkeit eine Erstreckung 5 von 0,01 mm bis 10,0 mm aufweisen. Die in den Figuren 2, 3a und 3b beschriebenen Oberflächen- strukturen werden als Zwischenerzeugnis einer Ausführungsform eines solchen Herstellungs- Verfahrens gebildet. Als Endprodukt eines solchen Verfahrens wird ein rissbeständiges Werk- stück oder Halbzeug 1 erzeugt, aufweisend insbesondere abwechselnde Bereiche 2, 3 höhe- rer und geringerer Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche 3 geringerer Festigkeit eine Erstreckung 5 von 0,01 mm bis 10,0 mm aufweisen. Das Werkstück oder Halbzeug 1 weist einen kumulierten Flächenanteil der Bereiche 3 mit geringerer Festigkeit an der Gesamt- fläche des Werkstücks oder Flalbzeugs 1 von 10 % bis 40 % auf, wobei der Rest des Flächen- anteils durch Bereiche 2 mit höherer Festigkeit bzw. durch den Bereich 2 höherer Festigkeit (Matrix) und optional durch Übergangsbereiche 4 gebildet ist. Die optionalen Übergangsberei- che 4 können einen kumulierten Flächenanteil zwischen 0 % und 40 % aufweisen. BEZUGSZEICHENLISTE

1 Metallflachprodukt, Werkstück, Halbzeug

2 Bereich höherer Festigkeit (Matrix)

3 Bereich geringerer Festigkeit

4 Übergangsbereich zunehmender/abnehmender Festigkeit

4‘ Breite des Übergangsbereiches

5 Erstreckung (der Bereiche mit geringerer Festigkeit)

6 charakteristischer Abstand (zwischen Bereichen mit geringerer Festigkeit, kürzester Abstand zwischen Bereichen mit geringerer Festigkeit)

7 Riss

8 Hilfslinie

9 Vertiefung

10 Erhebung

11 Flanke

12 Flankenwinkel

13 Laterale Ausdehnung der Vertiefung

14 Breite des Stegs

15 Einprägetiefe

16 Radius der abgerundeten Kanten

17 abgerundete Kante am Boden der Vertiefung

17‘ abgerundete Oberkante der Vertiefung

18 Wandstärke