CN103069019A - 型材件和用于制造型材件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造具有至少一个增加硬度的部段(8、9、10)和至少一个未改***度的区域(4、6、7)的型材件(1)的方法。在此，毛坯件首先借助压弯过程成型，并且随后将需要硬化的部段(8、9、10)加热到较高的温度水平。接着将所述型材件(1)冷却到较低的温度水平。在此，所述型材件(1)和热工具彼此相对移动。此外，本发明涉及一种具有至少一个在空间上受限的增加硬度的部段(8、9、10)和未硬化的区域(4、6、7)的型材件(1)。

Description

型材件和用于制造型材件的方法
本发明涉及一种用于制造具有至少一段增加硬度的部段和至少一块未改***度的区域的型材件的方法。为了制造该型材件，毛坯件首先借助至少一个至少一级的压弯过程成型。然后，需硬化的部段被加热到较高的温度水平。接着，所述型材件被冷却到较低的温度水平。在此，型材件和热工具彼此相对移动。
此外，本发明涉及一种具有至少一个在空间上受限的增加硬度的部段和未硬化区域的型材件。
这种型材件在交通运输工具制造中作为承担安全功能的结构部件已知，例如作为车门槛、侧面防撞梁、保险杠或者车柱加强件已知。对这种构件有不同的要求。在发生意外时，它们一方面必须吸收碰撞动能，但另一方面应该具有较高的强度，使得它们在碰撞情况下保证最佳的形状稳定性用于尽可能地保护交通运输工具的乘客。此外，这种构件应该尽可能的轻，以便降低交通运输工具的燃料消耗。此外，为满足这种构件的要求而可供使用的结构空间通常是有限的，这增加了满足对该构件的要求的难度。
在此，还需要越来越多地使用高强度和超高强度的钢。结构件在各种情况下以冲压件的形式由毛坯件通过成型制造。毛坯件通常是以带状坯件、扁坯件或卷材形式的半成品板材，或者也可以是管件。成型通常通过滚轧成型或辊压成型来进行。
与之相关地已知，使用可冷成型的高强度钢。但是，由于这种钢的成型特性有限，其只适用于具有简单造型的结构件。
此外，根据现有技术使用可硬化的钢。这种钢首先以扁坯件或管件的形式在仍较软的状态下成型为结构件。在之后的硬化过程中该结构件才获得所需的强度。因为这种钢在较软状态下具有良好的成型特性，所以也能够由这种钢制造具有复杂造型的结构件。
通过钢的硬化借助有针对性地改变和转变组织结构可提高机械耐磨性。硬化的特征在于使用可调质处理的钢。此外，通过加热到900°C至950°C以及按规定地冷却以用于调节材料硬度是完整的奥氏体变化的特征。
为了硬化需要加热到奥氏体温度的加热过程目前通常在烧煤气的或设有电热设备的直通式炉内进行。为了保证连续生产，将这种直通式炉集成到结构件的生产线上。在此不利的是这种直通式炉需要较大的空间。此外，还会有很大的能量消耗和不可避免的热量损失。在使用直通式炉的情况下也可以不进行结构件的局部硬化。
最后，由专利文献DE 10 2008 030 279 A1还已知，可硬化的钢在组合式成型和硬化模具内被成型为结构件。在这种情况下扁坯件或管件在成型前被加热到奥氏体化温度并且随后在冷却的成型模具内同时成型和硬化。这种方式也必然会带来较高的模具耗费和能源技术上的耗费。此外，这种方式显著延长了成型时的生产周期。
由专利文献EP 1 052 295 A2已知，完成批量生产的结构件在之后的生产步骤内被硬化。在此，具有随动冷却单元的感应装置相对于结构件移动。如果感应装置只是在结构件的预定区域上导引，则会导致只有这些区域具有期望的强度。
此外，由专利文献DE 10 2007 024 797 A1已知一种用于制造型材件的方法，由DE 10 2005 012 522 B4已知一种用于将成型的构件在保护气体作用下逐段淬透的装置，由DE 101 20 063 A1已知一种用于制造首先成型随后被局部感应硬化的型材件的方法，并且由DE 10 2007 059 974 B3已知一种用于制造至少部分区域在保护气体作用下被加热到硬化温度的构件的方法，其中，该构件和产生电磁场的感应装置彼此相对移动。
在这些现有技术的基础上本发明所要解决的技术问题是，提供一种型材件和一种用于制造至少局部硬化以及具有安全功能的长条状型材件的方法，该型材件用于交通运输工具制造，尤其是汽车制造，该型材件具有较低的制造和机器成本，并且在能量消耗减小的情况下保证较高的效率。
所述技术问题借助根据权利要求1的特征的方法得以解决。从属权利要求尤其涉及本发明相宜的扩展设计。
也就是说根据本发明规定了一种用于制造型材件的方法，其中，至少未硬化的区域或整个型材件在成型和在要硬化的部段加热前或/和加热中被加热到中等温度水平。由于在受空间限制的为了硬化而被加热到较高温度水平的部段和不需要硬化的部段之间存在较大温度差，在型材件内产生应力。如果不对型材件进行再后处理，则在冷却型材件尤其是将其冷却到较低的温度水平如室温时，所述应力会导致型材件扭曲变形。通过将不需要硬化的区域加热到中等温度水平能够减少与温度有关的应力的产生，使得所述型材件在冷却时不再扭曲变形。用于防止构件扭曲变形的加热过程进行到低于奥氏体化温度723°C的温度，所述中等温度水平优选为400°C到450°C。在此，加热到中等温度水平的加热过程能够通过对空间受限区域或整个型材件的电磁加热或者通过在硬化前的加热来实现。
所述硬化通过热处理和随后的快速冷却过程来实现。在此，硬化所需的较高温度水平是明显超过奥氏体化温度(723°C)的温度。在此，优选使用在900°C到950°C范围内的温度。在冷却时，型材件的温度降低到中等温度水平，其在200°C以下，优选在180°C到150°C之间。为了进行硬化冷却，用大于27°K/s的冷却速度至少对加热到较高温度水平的部段或整个型材件进行冷却。为此，使用水浴装置或类似装置。
为了将型材件或至少部分部段加热到较高的温度水平，借助激光或感应装置以电磁方式在型材件内产生热量。由此能够有针对性地并且在空间上受限地影响型材件在硬度、强度和延展性方面的热动力学和物理学特性以及由此也影响接合时的变形特性和材料特性。
有利的是，在加热时型材件被保护气体环绕。由此能够抑制形成氧化层。可选地也可以使用具有相应涂层的材料。
术语“热工具”包括用于产生热量的装置、用于冷却的装置和/或用于产生保护气体层的装置。激光或感应装置设计作为用于产生热量的装置并且水浴装置设置为用于冷却的装置。
通过有针对性地设置热工具的功率能够提供确定的硬化过渡区域。在此，热工具的功率依据预定的参数、热工具相对型材件的相对位置和/或相对速度设置为，使得在任意间隔上达到HV160至HV510的连续硬化过渡。
通过根据本发明实现的能在型材件的长度方向和横截面上可变地准确定义的硬化区域，能够实现有针对性地影响变形特性。因此例如能够实现，车门槛在其与B柱相连的连接区域内留出一横截面区域不进行硬化硬化。这样设计的车门槛能够在侧面碰撞的情况下通过变形吸收大量动能。通过车门槛的变形能够减轻B柱在下部区域内的负荷。沿轴向在整个构件长度上延伸的区域也可以保持未硬化的状态。通过将硬度变化设置为连续即没有跳跃点的，能够在设置焊点或焊缝和与此相连加热和冷却过程中不产生由于硬度变化而造成的凹槽或者缺口。
此外，所述技术问题借助根据权利要求6的特征的型材件得以解决。从属权利要求特别涉及本发明相宜的扩展设计。
也就是说根据本发明规定了一种型材件，其在它的横截面和/或在轴向上具有不同硬度的部段。在有利的实施方式中，该型材件可以具有至少一个局部硬化的部段和/或至少一个淬透的部段。此外存在这种可能，即所述型材件在其型材长度上具有至少局部不同的型材横截面。
此外，在一种特别有利的实施方式中，所述型材件可以在其型材长度上具有至少局部不同的，尤其是变化的强度特性。在此，对于再加工(如与其它结构件接合)特别有利的是，硬度变化曲线在位于两个不同硬度的部段和/或区域之间的过渡区域内连续地延伸。
业已证明为有利的是，尤其这样的区域不被硬化，在所述区域内型材件连接到其它的构件上和/或设置有接合件。此外，这种未硬化的区域适合通过变形吸收和补偿动能。
本发明具有大量实施方式。为了进一步说明本发明的基本原理，在附图中示出了其中一个实施方式并且在以下阐述该实施方式。
所述附图示出型材件1的立体图和在A、B、C位置上剖切型材件1得到的剖面图。
所示的型材件1是汽车的车门槛。所述型材件1具有一些区域，这些区域的热负荷不同并且由此导致组织结构和材料性质也不同。在型材件1上设置有用于固定的构件2(在此例如是汽车的B柱)。
横截面A、B和C处于不同的区域内。横截面A在汽车的A柱和B柱之间。横截面B配属于汽车B柱的连接区域。横截面C在汽车的B柱与C柱之间。
型材件1在下部型材边脚3内具有跨越型材件1的纵向延伸的通常不硬化的区域4。在该区域4内能够借助机械方法(也可在一侧可接近的边界条件下)在型材件1内设置相应的机械接合件。在此，不需要进行事先开设穿孔的操作。
在B柱在车门槛上的连接区域内，所述型材件1在上部型材边脚5内具有未硬化的区域6。上部型材边脚5内的和下部型材边脚3内的所述区域6以及其它未硬化的区域7这样设计尺寸，使得结合B柱和车门槛(即型材件1和构件2)的机械特性，在侧面碰撞产生负荷的情况下该连接区域内的变形减小。
此外，型材件1在上部型材边脚5内具有部段8、在下部型材边脚3内具有部段9并且在该型材件1的型材腹板11内具有部段10，这些部段具有不同的、但与初始状态相比增加的硬度。

Claims (8)

1.一种用于制造具有至少一个增加硬度的部段(8、9、10)和至少一个硬度未改变尤其是硬度较低的区域(4、6、7)的型材件(1)的方法，其中，首先借助至少一个至少一级的压弯过程使毛坯件成型，并且随后将需要硬化的部段(8、9、10)加热到较高的温度水平，并且接着将所述型材件(1)冷却到较低的温度水平，其中，所述型材件(1)和热工具彼此相对移动，其特征为，在将毛坯件成型为所述型材件(1)之后并且在将所述部段(8、9、10)加热到较高的温度水平的过程之前和/或过程中，将至少一个所述区域(4、6、7)加热到中等温度水平。
2.根据权利要求1所述的用于制造型材件(1)的方法，其特征为，所述较高的温度水平明显高于723°C，优选在900°C至950°C之间，所述中等温度水平在723°C以下，优选在400°C至450°C之间，和/或所述较低的温度水平在200°C以下，优选在180°C至150°C之间。
3.根据权利要求1或2中的至少一个所述的用于制造型材件(1)的方法，其特征为，至少所述部段或整个型材件(1)以大于27°K/s的冷却速度被冷却。
4.根据至少一个上述权利要求所述的用于制造型材件(1)的方法，其特征为，在加热到至少所述较高的温度水平时，借助激光和/或感应装置在所述型材件(1)内产生热量。
5.根据至少一个上述权利要求所述的用于制造型材件(1)的方法，其特征为，根据预设的参数、所述热工具相对所述型材件(1)的相对位置和/或相对速度调节所述热工具的功率。
6.一种具有至少一个在空间上受限的增加硬度的部段(8、9、10)和未硬化的区域(4)的型材件(1)，其特征为，所述型材件(1)在它的横截面上和/或在轴向方向上具有硬度不同的部段(8、9、10)。
7.根据权利要求6所述的型材件(1)，其特征为，硬度变化曲线在位于至少两个具有不同硬度的部段(8、9、10)之间的过渡区域内连续地延伸。
8.根据权利要求6或7中的至少一个所述的型材件(1)，其特征为，使所述型材件(1)连接在其它构件上和/或设置有接合件的区域(4、6、7)不被硬化。
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