Gehärtete Stahlbauteile haben insbesondere im Karosseriebau von Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass durch ihre herausragen- den mechanischen Eigenschaften eine Möglichkeit besteht, eine besonders stabile Fahrgast zelle zu erstellen, ohne dass Bau ^¬ teile verwendet werden müssen, die bei normalen Festigkeiten viel massiver und dadurch schwerer ausgebildet werden. Zur Erzeugung derartiger gehärteter Stahlbauteile werden Stahlsorten, die durch eine Abschreckhärtung härtbar sind, verwendet. Derartige Stahlsorten sind zum Beispiel borlegierte Mangankohlenstoffstähle, wobei der am weitesten eingesetzte Stahl der 22MnB5 ist. Aber auch andere borlegierte Mangankoh- lenstoffstähle werden hierfür verwendet.

Um aus diesen Stahlsorten gehärtete Bauteile zu erzeugen, muss das Stahlmaterial auf die Austenitisierungstemperatur erhitzt werden (>AC ₃ ) und abgewartet werden, bis der Stahlwerkstoff austenitisiert ist. Je nach gewünschtem Härtegrad können hier Teil- oder Vollaustenitisierungen erzielt werden.

Wird ein solches Stahlmaterial nach der Austenitisierung mit einer über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegenden Ge- schwindigkeit abgekühlt, wandelt die austenitische Struktur in eine martensitische, sehr harte Struktur um. Auf diese Weise sind Zugfestigkeiten R _m bis über 1500 MPa erzielbar. Zur Erzeugung der Stahlbauteile sind derzeit zwei Verfahrens ^¬ wege üblich.

Beim sogenannten Formhärten wird eine Stahlblechplatine aus einem Stahlband ausgeschnitten und anschließend in einem übli ^¬ chen, beispielsweise fünfstufigen Tiefziehprozess zum fertigen Bauteil tiefgezogen. Dieses fertige Bauteil wird hierbei etwas kleiner dimensioniert, um eine nachfolgende Wärmedehnung beim Austenitisieren zu kompensieren.

Das so erzeugte Bauteil wird anschließend austenitisiert und dann in ein Formhärtewerkzeug eingelegt, in dem es gepresst, aber nicht oder nur sehr gering umgeformt wird und durch die Pressung die Wärme aus dem Bauteil in das Presswerkzeug fließt, und zwar mit der über der kritischen Härtegeschwindig ^¬ keit liegenden Geschwindigkeit.

Der weitere Verfahrensweg ist das sogenannte Presshärten, bei dem eine Platine aus einem Stahlblechband ausgeschnitten wird, anschließend die Platine austenitisiert wird und die heiße Platine in einem einstufigen Schritt umgeformt und gleichzei ^¬ tig mit einer über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegen ^¬ den Geschwindigkeit abgekühlt wird. In beiden Fällen können mit metallischen Korossionsschut z- schichten, z.B. Zink, versehene Platinen verwendet werden. Das Formhärten wird auch als indirekter Prozess bezeichnet und das Presshärten als direkter Prozess. Der Vorteil des indirekten Prozesses ist, dass aufwändigere Werkstücksgeometrien reali- sierbar sind.

Der Vorteil des direkten Prozesses ist, dass ein höherer Mate ^¬ rialnutzungsgrad allerdings bei geringerer Bauteilkomplexität erreicht werden kann. Beim Presshärten ist jedoch von Nachteil, dass es insbesondere bei verzinkten Stahlblechplatinen dazu kommt, dass Mikrorisse in der Oberfläche gebildet werden.

Hierbei wird zwischen Mikrorissen erster Ordnung und Mikroris- sen zweiter Ordnung unterschieden.

Mikrorisse erster Ordnung werden auf das sogenannte Liquid Me- tal Embrittlement zurückgeführt. Man vermutet, dass flüssige Zinkphasen während des Umformens, d.h. während Zugspannungen auf das Material aufgebracht werden, mit noch bestehenden Aus- tenitphasen in Wechselwirkung geraten, wodurch Mikrorisse mit Tiefen bis zu einigen 100 pm im Material erzeugt werden.

Der Anmelderin ist es gelungen, durch Kühlen des Materials zwischen der Entnahme aus dem Erhitzungsofen und vor dem Ein ^¬ legen in das Umformwerkzeug auf Temperaturen, bei denen keine flüssigen Zinkphasen mehr vorhanden sind, dies zu unterbinden. Dies bedeutet, dass die Warmumformung bei Temperaturen unter etwa 750°C stattfindet.

Die Mikrorisse zweiter Ordnung sind bislang bei der Warmumfor ^¬ mung trotz Vorkühlung nicht beherrschbar und entstehen auch bei Warmumformtemperaturen unter 600 °C. Die Risstiefen hierbei betragen einige 10 pm.

Weder Mikrorisse erster Ordnung noch Mikrorisse zweiter Ord ^¬ nung werden von den Anwendern akzeptiert, da dies eine mögli- che Schadensquelle darstellt.

Mit den bisherigen Methoden kann eine Produktion von Bauteilen ohne Mikrorisse zweiter Ordnung aber nicht gesichert darge ^¬ stellt werden. Aus der DE 10 2011 055 643 AI ist ein Verfahren und Umform- werkzeug zum Warmumformpresshärten von Werkstücken aus Stahl ^¬ blech bekannt, und insbesondere aus verzinkten Werkstücken aus Stahlblech. Hierbei soll die zum Warmumformen und Presshärten verwendete Matrize in ihrem durch einen positiven Ziehradius definierten Ziehkantenbereich mit einem Materialstoff flüssig beschichtet sein oder mit einem Einsatzteil versehen sein, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die um mindestens 10 W/ (m x K) geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit des dem Ziehkanten ^¬ bereich benachbarten Abschnitts der Matrize, der beim Warmum ^¬ formen und Presshärten des Werkstücks mit demselben in Kontakt gelangt. Die dem Werkstück zugewandte Oberfläche des im Zieh ^¬ kantenbereich aufgetragenen Materials oder des angeordneten Einsat zteiles soll ein sich über die Ziehkante erstreckendes Quermaß besitzen, das im Bereich des 1,6-fachen bis 10-fachen des positiven Ziehradius der Matrize liegt. Hierdurch sollen die Fließeigenschaften von Werkstücken aus Stahlblech während des Warmumformens verbessert werden und damit die Gefahr des Auftretens von Rissen bei der Warmumformung von Werkstücken aus Stahlblech, vorzugsweise verzinkten Stahlplatinen, erheb ^¬ lich reduziert werden. Mit einem solchen Werkzeug können je ^¬ doch Mikrorisse zweiter Art nicht vermieden werden. Aus der DE 10 2011 052 773 AI ist ein Werkzeug für ein Press ^¬ härtewerkzeug bekannt, wobei die formgebende Oberfläche des Werkzeugs bereichsweise durch in die Formoberfläche zwei ein ^¬ gebrachte Mikrovertiefungen mikrostrukturiert. Durch diese Maßnahme soll die für die Umformung eines Rohlings effektive Kontaktfläche zwischen der Formoberfläche mit einem Rohling auf die zwischen den Vertiefungen befindlichen Flächenanteile vier beschränkt werden. Hierdurch soll die Reibung vermindert werden . Aus der DE 10 2004 038 626 B3 ist ein Verfahren zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus Stahlblech bekannt, wobei vor, beim oder nach dem Formen des Formteils ein notwendiger Endbe ^¬ schnitt des Formteils und gegebenenfalls erforderliche Ausst- anzungen bzw. die Erzeugung eines Lochbildes vorgenommen wird und das Formteil anschließend zumindest teilbereichsweise auf eine Temperatur erhitzt wird, welche eine Austenitisierung des Stahlwerkstoffs ermöglicht, und wobei das Bauteil anschließend in ein Formhärtewerkzeug überführt wird und im Formhärtewerk- zeug eine Formhärtung durchgeführt wird, bei der durch das zu ^¬ mindest teilbereichsweise Anlegen und Pressen des Bauteils durch die Formhärtewerkzeuge das Bauteil gekühlt und dadurch gehärtet wird, wobei das Bauteil vom Formhärtewerkzeug im Be ^¬ reich der positiven Radien gestützt wird, teilbereichsweise zumindest und im Bereich der Beschnittkanten vorzugsweise von zwei Klemmen festgehalten wird und in Bereichen, in denen das Bauteil nicht geklemmt wird, das Bauteil zumindest zu einer Formwerkzeughälfte mit einem Spalt beabstandet ist. Diese Maß ^¬ nahme dient dazu, das Bauteil verzugsfrei klemmen zu können und unterschiedliche Härtegradienten durch unterschiedliche Härtegeschwindigkeiten einzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Mikrorisse zweiter Art in direkt warmumgeformten, also pressgehärteten Bauteilen zu vermeiden.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des An ^¬ spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ge- kennzeichnet.

Es ist darüber hinaus eine Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaf ^¬ fen, mit der Stahlblechplatinen im Presshärteverfahren warmum- geformt und gehärtet werden können und bei dem Mikrorisse ver ^¬ mieden werden.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in hier ^¬ von abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfinder haben erkannt, dass Mikrorisse zweiter Art ent ^¬ stehen, wenn in zugbelasteten Bereichen der auftretende Zink- dampf in hinreichender Konzentration zum Stahl gelangt, soge ^¬ nanntes Vapour Metal Embrittlement (VME) . Zinkdampf entsteht durch Aufreißen der Zinkeisenschicht bei der Dehnung während des Umformvorgangs. Hinreichende Konzentration tritt insbeson ^¬ dere in jenen Bereichen auf in welchen direkter Kontakt des Blechs mit dem Werkzeug vorherrscht oder ein sehr geringer Ab ^¬ stand des Blechs zum Werkzeug vorliegt. Ein sehr geringer Ab ^¬ stand im Sinne der Erfindung ist weniger als 0,5 mm.

Erfindungsgemäß sollen Mikrorisse zweiter Ordnung vermieden werden, wobei ein möglichst großes Arbeitsfenster hinsichtlich Material und Temperatur erhalten bleibt und die Umsetzung kos ^¬ tengünstig ist. Bei mindestens gleicher Durchlaufzeit soll keine Takt zeiterhöhung bzw. Durchsatzreduktion bei der Bau ^¬ teilherstellung resultieren. Erfindungsgemäß wird bei den zugbelasteten Bereichen (Deh ^¬ nungsrandfaser) der auftretende Zinkdampf bzw. freies Zink durch Zutritt von Sauerstoffhaltigen Fluiden rasch in eine stabile Verbindung wie Zinkoxid oder ZnJ2 umgewandelt. Des Weiteren kann der Schutz des Stahls gegen Mikrorisse zweiter Ordnung auch durch Erzeugung einer Schutzschicht wie zB Oxid ^¬ schicht, mittels Zuführen eines Fluids erreicht werden. Die beschriebenen Maßnahmen haben gezeigt, dass Mikrorisse deut ^¬ lich reduziert werden. -B€5so ^~ ici^sITs k)€5 ^" vo zu. ^~ t s imci 9.s fo-tmicj€5 s9.u.€5 st.offIn3.11.1c^€? F1u.ici^s wie beispielsweise Luft oder Sauerstoff da diese das Werkzeug nicht über Gebühr verunreinigen können bzw. auch eine allfäl ^¬ lige unerwünschte massive Kühlwirkung wie durch bsp. Wasser durch Temperierung des Fluids leichter reguliert werden kann.

Erfindungsgemäß werden im Werkzeug vorzugsweise im Bereich der positiven Radien oder benachbart zu den positiven Radien Eins ^¬ ätze eingesetzt, die einen Sauerstoffzutritt dann zulassen, wenn die Blechplatine verformt wird, also wenn das Platinenma ^¬ terial fließt. Weiters können Einsätze auch an Engstellen bzw. Kontaktbereichen der Blechplatine mit dem Werkzeug vorgesehen sein, wobei diese Kontaktbereiche als jene Bereiche definiert sind, in welchem das Blech maximal 0,5 mm Abstand zum Werkzeug aufweist .

Hierzu muss das entsprechende Material selbstverständlich im Bereich der positiven Radien gestützt werden, denn dies sind die Kanten, die die Verformung bewirken und den Materialfluss einleiten.

Benachbart zu diesen Kanten und von diesen so beabstandet, dass die Einsätze nicht beschädigt werden, besitzen die Eins ^¬ ätze Mittel, die einen Sauerstoffzutritt ermöglichen. Diese Mittel können beispielsweise Sintermetalleinsätze oder poröse Keramikeinsätze sein, in denen nach dem Auseinanderfahren und Aushärten des Werkstücks und vor dem Einlegen einer neuen Pla ^¬ tine so viel Sauerstoff gespeichert wird, dass dieser an frei ^¬ werdendes Zink oder freiwerdendes Zinkphasen abgegeben werden kann.

Darüber hinaus können die Einsätze über freigestellte Flächen verfügen, so dass das Material, nachdem es an der Kante vor ^¬ beigeflossen ist, zum Einsatz beabstandet ist. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist dieser Freistel ^¬ lungsbereich geschlitzt ausgebildet, so dass eine Mindeststüt ^¬ zung des Materials möglich ist, jedoch der Sauerstoffzutritt gewährleistet wird.

In all diesen Fällen können zudem Fluidanschlussleitungen vor ^¬ handen sein, die in die Freistellungen oder in die Bereiche münden, die mit Sintermetall oder poröser Keramik aufgefüllt sind, so dass ausreichend Sauerstoff zugeführt wird. Dies kann im einfachsten Fall Luft oder auch zum Beispiel Wasserdampf sein .

Materialien, die von sich aus ein hohes Sauerstoffdiffusions- vermögen haben, beispielsweise bestimmte Keramiken, können auch massiv ausgebildet sein und werden entweder während die Presse offen ist oder von der Rückseite her mit Fluiden, die Sauerstoff enthalten, beaufschlagt und speichern diesen solan ^¬ ge, bis dieser an freiwerdende Zinkeisenphasen oder freiwer- dendes Zink abgegeben werden kann.

Diese Einsätze können sowohl an der Matrize als auch an der Patrize ausgebildet sein. Eine Beladung mit Sauerstoff kann auch durch Fluten des Form ^¬ hohlraums, beispielsweise mit Wasserdampf oder den bereits ge ^¬ nannten Medien, durchgeführt werden.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläu- tert . Es zeigen dabei: beispielhaft einen Werkzeugeinsatz in massiver Ausge Figur 2 einen Werkzeugeinsatz mit Freistellung;

Figur 3 einen weiteren Werkzeugeinsatz mit Freistellung; Figur 4 einen geschlitzten Werkzeugeinsatz in einer seitli ^¬ chen Schnittansicht;

Figur 5 den geschlitzten Werkzeugeinsatz in einer formflä- chenseitigen Ansicht.

Ein erfindungsgemäßer Einsatz 1 ist beispielsweise aus einer Keramik und insbesondere einer Oxidkeramik ausgebildet. Der keramische Einsatz verläuft entlang von Ziehkanten 2 und ist im Werkzeug anstelle der metallischen Ziehkante 2 eingesetzt, wobei er eine Rückseite 3 und eine Unterseite 4 besitzt, mit denen er in einer Aussparung in dem metallischen Werkzeug formschlüssig eingesetzt ist. Zudem besitzt der keramische Einsatz 1 eine Oberseite 6 und eine Formvorderseite 5, wobei die Formvorderseite 5 und die Oberseite 6 vorzugsweise mit den entsprechenden Flächen des Werkzeugs fluchten.

Dieser keramische Einsatz kann massiv oder dicht und hart oder porös hart ausgebildet sein. Im Bereich der Flächen 3 oder 4 kann aus dem metallischen Formwerkzeug dem entsprechend, insofern die Keramik sauer ^¬ stoffleitend ausgebildet ist oder porös ausgebildet ist, ein Gasanschluss (nicht gezeigt) vorhanden sein, der durch den Einsatz 1 hindurch Sauerstoff in ausreichender Konzentration an den Bereich der Flächen 5 und der Ziehkante 2 bringt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Figur 2) ist im Bereich der Fläche 5 benachbart zur Ziehkante 2 eine Freis- parung 7 vorgenommen. Die Freisparung 7 hat beispielsweise ei- ne Tiefe von 5 bis 10 mm, während der gesamte Einsatz bei ^¬ spielsweise eine Höhe zwischen den Flächen 4 und 6 von 35 bis 50 mm und eine Breite zwischen den Flächen 3 und 5 von 15 bis 30 mm besitzt .

Vorzugsweise ist die Ziehkante 2 dabei so ausgebildet, dass die Dicke der Ziehkante vor der Freisparung 7 in etwa ihrem Radius entspricht. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist anstelle einer Freisparung 7 benachbart zur Ziehkante 2 (Figur 3) le ^¬ diglich eine parallel zur Fläche 6 verlaufende Nut 8 vorhan ^¬ den, die beispielsweise eine Tiefe von 5 bis 8 mm besitzt, wo ^¬ bei die Höhe der Nut 8 zwischen der Ziehkante 2 und der Fläche 5 8 bis 12 mm beträgt.

Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass bereits eine solche Nut 8 bei dieser Dimensionierung so viel Sauerstoff nach dem Ausformen eines Bauteils und dem Einlegen einer neuen Platine als Gas bevorratet, dass die ausreichende Sauer ^¬ stoffVersorgung bei der Umformung gewährleistet ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Figuren 4, 5) ist die Fläche 5 mit Schlitzen 9 ausgebildet, die von einer Fläche 4 in Richtung zur Ziehkante 2 verlaufen, jedoch die Ziehkante 2 nach wie vor eine Dicke besitzt, die ihrem Radius entspricht .

Die Schlitzbreite beträgt hierbei 4 bis 8 mm bei einem Schlitzabstand von 7 bis 11 mm, so dass eine Stegbreite von 2 bis 5 mm realisiert wird, bei einer Schlitztiefe von 5 bis 9 mm. Auch hierbei hat sich gezeigt, dass die Stegbreite keinen negativen Einfluss auf die SauerstoffVersorgung besitzt. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (nicht ge ^¬ zeigt) sind die Freisparungen 7 bzw. die Nut 8 oder die Schlitze 9 mit einem porösen keramischen Material oder einem porösen Sintermetallmaterial aufgefüllt, wobei an der Rücksei- te 3 des Einsatzes Zufuhröffnungen für Sauerstoff enthaltende Fluide vorhanden sein können und/oder die Sintermetall- oder Keramikeinsätze zwischen den Umformvorgängen so mit Sauerstoff beladen werden, beispielsweise durch Fluten des Formenhohlrau ^¬ mes mit Wasserdampf, oder die Keramik und/oder das Sinterme- tall eine so hohe Sauerstoffäffinität besitzt, dass während der Umformvorgänge Sauerstoff aufgenommen wird, der während des Ziehvorganges an freiwerdende Zinkeisen oder Zinkphasen abgegeben wird. Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch relativ einfache Maßnahmen die Entstehung von Mikrorissen zweiter Ordnung wir ^¬ kungsvoll unterbunden werden kann, wobei auch bestehende Um- formwerkzeuge durch Ausfräsen der positiven Radienbereiche bzw. Ziehkanten das Einsetzen entsprechend geformter Einsätze nachgerüstet werden können.

Neben dem 22MnB5 finden auch - vor allem beim direkten Press- härteprozess - der 20MnB8, 22MnB8 und andere Mangan-Bor-Stähle Anwendung .

Für die Erfindung sind somit Stähle dieser Legierungszusammen ^¬ setzung geeignet (alle Angaben in Masse-%) :

C Si Mn P S AI Cr Ti B N

[%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%]

0,20 0,18 2,01 0,0062 0,001 0,054 0,03 0,032 0,0030 0,0041 Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, wobei als Umwandlungsverzogerer in derartigen Stählen insbesondere die Legierungselemente Bor, Mangan, Kohlenstoff und optional Chrom und Molybdän verwendet werden.

Für die Erfindung sind auch Stähle der allgemeinen Legierungs ^¬ zusammensetzung geeignet (alle Angaben in Masse-%) :

Kohlenstoff (C) 0 08-0, 6

Mangan (Mn) 0,8-3, 0

Aluminium (AI) 0, 01-0, 07

Silizium (Si) 0, 01-0, 8

Chrom (Cr) 0, 02-0, 6

Titan (Ti) 0, 01-0, 08

Stickstoff (N) < 0, 02

Bor (B) 0, 002-0, 02

Phosphor (P) < 0,01

Schwefel (S) < 0,01

Molybdän (Mo) < 1

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Insbesondere als geeignet erwiesen haben sich Stahlanordnungen wie folgt (alle Angaben in Masse-%) :

Kohlenstoff (C) 0, 08-0,35

Mangan (Mn) 1, 00-3, 00

Aluminium (AI) 0,03-0,06

Silizium (Si) 0, 01-0,20

Chrom (Cr) 0, 02-0, 3

Titan (Ti) 0, 03-0, 04

Stickstoff (N) < 0, 007

Bor (B) 0, 002-0, 006

Phosphor (P) < 0,01

Schwefel (S) < 0,01

Molybdän (Mo) < 1

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen .