CN104220606A - 金属加工方法和采用该加工方法加工出的金属加工品 - Google Patents

金属加工方法和采用该加工方法加工出的金属加工品 Download PDF

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Abstract

本发明提供利用拼焊坯材作为坯料，能够进一步有效地利用其特征，进行规定的热处理的部分和不进行该热处理的部分的分界线的设定容易，能够简化金属加工所需的设备以及工序管理的金属加工方法以及采用该加工方法加工出的金属加工品。一种金属加工方法，包括：接合工序，该工序将基于红外线加热的升温度相对高的金属材料和基于红外线加热的升温度相对低的金属材料预先接合，形成被一体化了的金属材料；和加热工序，该工序将所述被一体化了的金属材料同时且整体地进行红外线加热，在红外线加热中的所述被一体化了的金属材料中，所述升温度相对高的部分达到了与所述规定的热处理对应的规定的温度之后、所述升温度相对低的部分达到该规定的温度之前结束所述红外线加热。

Description

金属加工方法和采用该加工方法加工出的金属加工品
技术领域
本发明涉及金属加工方法和采用该加工方法加工出的金属加工品，尤其是涉及使用了焊接有多个异种金属材料的拼焊坯材的金属加工方法以及采用该加工方法加工出的金属加工品。
背景技术
在专利文献1中提出了下述方法：在红外线加热装置中，在红外线灯与被加热材料之间配置具有规定图案的板材，在被加热材料中形成规定的加热强度分布。
在专利文献2中提出了下述方法：在被模压淬火的钢板中，一边保全钢板的要求防锈性的部分，一边将钢板的要求强度的部分局部地淬火。
在专利文献3的权利要求1中记载如下：
“对被进行辐射传热加热的金属板的表面的一部分，进行涂装、凹凸赋予、金属覆盖、通过向酸性溶液中浸渍而进行的着色处理、蚀刻、以及采用氯化镍六水合物水溶液进行的浸渍之中的任一种处理，使该金属板的表面的一部分的辐射线的反射率降低。”
在专利文献3的第0017段中，作为使反射率降低的表面处理方法，记载了黑色系的涂装、黑色系的镀覆处理以及黑色系的喷镀。
另外，在专利文献3的第0033段中记载如下：
“根据本实施方式涉及的方法，与预先焊接异种的金属板制作了拼焊金属板之后将其进行加工、使其部分地具有不同的强度的拼焊坯法相比，不需要预金属板加工和焊接加工，不需要使用多种的材料。因而，制造成本变得廉价。另外，在拼焊坯法中成为强度变化部的焊接线的位置和条数存在制约，但在本实施方式中没有那样的制约，通过在自由的位置进行掩蔽来进行反射率降低处理，能够在自由的位置形成自由的形状的不同强度部分。”
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4575976号公报
专利文献2:日本特开2009-22995号公报
专利文献3:日本特开2011-152589号公报(参照第0033段)
发明内容
再者，上述专利文献1、2以及3的全部公开内容以其引用编载于本说明书中。以下的分析是由本发明提供的。
在使用专利文献1的板材进行热处理的情况下，存在根据被加热材料的品种、形状而要求更换板材的情况，由此产生热处理花费工夫和成本这样的问题。另外，在进行规定的热处理的部分和不进行该热处理的部分的分界线的设定上有可能花费工夫和成本。
由于如专利文献2所公开的那样将钢板局部地进行淬火，因此例如使电极接触毛坯材料的需要淬火的部分来进行通电加热的情况下，根据条件而有毛坯材料的其他部分的温度没有被充分地加热、成形性降低之虞。
根据专利文献3的发明，成为热处理或热冲压加工的对象的坯料，被限定为对原本一张金属板实施了使表面反射率降低的部分性的表面处理而成的板材，否定了拼焊坯材的使用。
本发明的目的是，提供使用拼焊坯材作为坯料，能够简化金属加工所需的设备以及工序管理的金属加工方法以及采用该加工方法加工出的金属加工品。
本发明，在第1观点中提供一种金属加工方法，该加工方法包括：接合工序，该工序将基于红外线加热的升温度相对高的金属材料和基于红外线加热的升温度相对低的金属材料预先接合，形成被一体化了的金属材料；和加热工序，该工序将所述被一体化了的金属材料同时且整体地进行红外线加热，在红外线加热中的所述被一体化了的金属材料中，所述升温度相对高的部分达到了与所述规定的热处理对应的规定温度之后、所述升温度相对低的部分达到该规定温度之前结束所述红外线加热。
本发明，在第2观点中提供基于第1观点的金属加工品。
下面例示本发明的效果。
通过将仅进行接合就能容易地制作的拼焊坯材作为坯料利用，能降低金属加工品的制造所需要的工夫和成本。另外，通过以规定的图案配置特性不同的金属材料并预先进行接合，能够在制品中形成所希望的特性分布，因此能够简化热处理设备、热处理工序管理等。
附图说明
图1是在本发明的一实施例涉及的金属加工方法中能够使用的红外线加热装置的说明图。
图2(A)～(C)是在本发明的一实施例涉及的金属加工方法中所采用的金属材料(拼焊坯材)的俯视图。
图3是表示红外线加热了在本发明的一实施例涉及的金属加工方法中所采用的、升温度不同的两种金属材料的结果的曲线图。
具体实施方式
根据本发明的一实施方式，将所述升温度相对高的金属材料分配为实施规定的热处理的部分，将所述升温度相对低的金属材料分配为不实施该规定的热处理的部分。根据该方式，能够削减用于加热的能量。另外，由于升温度相对高的部分与相对低的部分之间的热传导减少，因此能够明确地设定特性变化的边界。换言之，通过以规定的图案配置特性不同的金属材料并预先进行接合，能够容易或准确地设定进行规定的热处理的部分与不进行该热处理的部分的边界。在毛坯材料的形成阶段(多种金属材料的接合阶段)，能够设定例如强度高的部分和强度低的部分的制作划分，因此能够简化热处理设备或热处理管理。例如，将仅进行接合就能够容易地制作的拼焊坯材作为坯料使用，能够进行部分淬火。
关于升温度相对高的金属材料与升温度相对低的金属材料的升温度差，优选调整金属材料的组成、表面性状、板厚或尺寸等的立体形状，使得在升温度相对高的金属材料达到了所设定的热处理温度的时刻两材料的温度差优选为100～400℃、进一步优选为100～300℃、更进一步优选为150～250℃。升温度差优选为5～30℃/s，进一步优选为5～20℃/s，更进一步优选为5～15℃/s。
在本发明的一实施方式中，在所述加热工序中，将所述升温度相对高的部分、和所述升温度相对低的部分在同样的照射条件下进行红外线加热。根据该方式，能够简化热处理设备和工序管理。另外，也可以不掩蔽不进行规定的热处理的部分，因此可不需要被处理材料的准确的定位。由于这样地有效利用材料特性来设定要加热的部分和要抑制加热的部分，因此能够简化热处理设备或热处理管理。
在本发明的一实施方式中，在所述加热工序中，将所述升温度相对低的部分不遮蔽而进行红外线加热。根据该方式，能够简化热处理设备和工序管理。
在本发明的一实施方式中，在所述接合工序中，通过焊接将所述升温度相对高的金属材料和所述升温度相对低的金属材料进行接合。根据该方式，通过焊接能够容易地得到被热处理材料。
在本发明的一实施方式中，将所述升温度相对高的金属材料加热到淬火温度以上，将所述升温度相对低的金属材料加热到小于淬火温度。根据该方式，能够削减用于加热的能量。另外，能够实现被淬火了的强度高的部分和未被淬火的强度低的部分的制作划分。
在本发明的一实施方式中，所述升温度的差异根据所述金属材料的组成或所述金属材料的表面处理或所述金属材料的立体形状中的任意一个以上来设定。例如，通过使用光吸收涂料，能够在使加热效率提高的同时进行规定的热处理。另外，通过使用光反射涂料，能够防止涂敷有光反射涂料的部分的过热。
在本发明的一实施方式中，所述升温度相对低的金属材料被光泽镀敷，使得其红外线的反射率变得比升温度相对高的金属材料高。根据该方式，能防止被光泽镀敷了的部分被加热到规定的热处理、例如淬火温度以上，因此被光泽镀敷了的部分的成形容易，成形后，能够将被光泽镀敷且成形了的部分的防锈处理省力化或简化。另外，热处理时，被光泽镀敷了的部分维持在较低温度，因此能防止镀层的脱落。作为光泽镀层的种类，可例示镀镍层、镀锌层、合金化热浸镀锌层、热浸镀铝层、镀铬层、镀锡层、镀金层、镀银层、镀铜层、各种合金镀层。
在本发明的一实施方式中，通过红外线加热用灯的输出功率调整来调整所述被一体化了的金属材料的加热温度。根据该方式，能够实现升温时间的缩短和升温所需的能量的削减。
在本发明的一实施方式中，从两面对所述被一体化了的金属材料进行红外线加热。根据该方式，能够实现升温时间的缩短。
本发明的一实施方式涉及的金属加工方法，包括：成形工序，该工序在所述加热工序结束后将所述被一体化了的金属材料成形；和冷却工序，该工序在所述成形中或成形后将所述被一体化了的金属材料冷却。根据该方式，通过加热，成形变得容易。
在红外线加热中，能够使用具有各种波长的红外线，优选根据使用的金属材料的特性来设定照射的红外线的波长。
作为相对于红外线加热的升温度不同的金属材料，可例示：板厚、板宽度或立体形状不同的金属材料；主要构成元素不同的金属材料；碳含量不同的钢板；添加或不添加淬火强化金属的金属材料；进行了镀敷的金属材料和未进行镀敷的金属材料；钢板和不锈钢钢板等特殊钢板；涂敷有相对于特定波长的红外线的吸收量高的涂料的金属材料和未涂敷该涂料的金属材料；涂敷有相对于特定波长的红外线的反射量高的涂料的金属材料和未涂敷该涂料的金属材料等。
升温度的差，如上所述，也能够通过将表面的性状相互不同的金属材料接合来设定。例如，能够通过将表面的凹凸度不同的金属材料彼此接合，或者将镜面度不同的金属材料彼此接合来进行设定。
在接合工序中，能够根据对最终制品所要求的特性分布来选择例如铁、铝和铜等的基于红外线加热的升温度相互不同的材料，并通过焊接进行接合。对于接合，除了焊接之外，能够选择轧制等的通过压力进行的接合、或者通过铆接进行的接合。
在接合工序的阶段，在后面的加热工序中对被一体化了的金属材料中的部分性的升温度的差进行设定，因此在加热工序中能够同时且整体地进行红外线加热。
在本发明的一实施方式中，在红外线加热中的被一体化了的金属材料中，升温度相对高的部分达到了例如淬火温度之后，升温度相对低的部分达到该淬火温度之前、且达到了能得到充分的成形性的温度的阶段，结束红外线加热。
被加热了的金属材料，能够通过模压淬火在成形的同时进行冷却、或者在冲压成型后进行急冷。
本发明的金属加工品，可很适合地利用作为B柱加强件(中央柱加强件)、车门防撞梁、纵梁之类的汽车部件。
实施例
以下一边参照附图一边说明本发明的一实施例。图1是在本发明的一实施例涉及的金属加工方法中能够使用的红外线加热装置的说明图。
参照图1，将基于红外线加热的升温度相对高的金属材料和基于红外线加热的升温度相对低的金属材料预先接合而一体化了的金属材料(以下将其称作“拼焊坯材”)4，通过配置在拼焊坯材4的上方的多个近红外线灯3和配置在拼焊坯材4的下方的多个近红外线灯5从两面进行加热。再者，拼焊坯材4安置在工件支持棒6上，使得不与近红外线灯3、5接触。
接着，说明在本发明的一实施例涉及的金属加工方法中所采用的拼焊坯材的一例。图2的(A)～(C)是在本发明的一实施例涉及的金属加工方法中所采用的拼焊坯材的俯视图。
参照图2(A)，拼焊坯材4通过将基于红外线加热的升温度相对低的金属材料1和基于红外线加热的升温度相对高的金属材料2在焊接接合部位9进行焊接而形成。例如，通过采用防锈钢板作为金属材料1、并采用热压成形用钢板作为金属材料2，将金属材料2的升温度设定得比金属材料1的升温度高。由此，在加热工序中，在金属材料2达到了淬火温度的阶段，金属材料1没有达到该淬火温度。图2(A)所示的拼焊坯材4经过加热工序、成形工序以及冷却工序，作为车辆的B柱加强件等的骨架部件利用。
参照图2(B)，矩形的拼焊坯材4是在普通钢板7的两端的焊接接合部位9、9焊接有防锈钢板8、8。而且，在普通钢板7的中央部涂敷有反射涂料10。由于普通钢板7的红外线吸收率比防锈钢板8高，因此，普通钢板7成为基于红外线加热的升温度相对高的部分，防锈钢板8成为基于红外线加热的升温度相对低的部分。另外，在普通钢板7中，涂敷有反射涂料10的部分与其他部分相比，红外线的反射率高，因此涂敷有反射涂料10的部分也成为基于红外线加热的升温度相对低的部分。在图2(B)所示的拼焊坯材4中，普通钢板7的部分(但是，除了涂敷有反射涂料10的部分以外)通过淬火而被高强度化，防锈钢板8的部分、和普通钢板7的涂敷有反射涂料10的部分没有被淬火而保持成形性。例如，普通钢板7的涂敷有反射涂料10的部分容易进行开孔加工等。这样，被加热、成形、冷却了的拼焊坯材4，能很适合地作为车门防撞梁利用。
另外，当替代反射涂料10而涂敷容易吸收红外线的吸收涂料时，涂敷有吸收涂料的部分被局部加热、淬火而高强度化。
再者，在防锈钢板8的部分也需要淬火的情况下，只要通过提高红外线灯的输出功率，将普通钢板7的部分和防锈钢板8的部分两方加热到奥氏体化温度以上即可。
参照图2(C)，拼焊坯材4是接合异形材料而形成，详细而言，在各个焊接接合部位9依次焊接了防锈钢板8、普通钢板7、防锈钢板8、普通钢板7以及防锈钢板8。由于普通钢板7的红外线吸收率比防锈钢板8高，因此普通钢板7成为基于红外线加热的升温度相对高的部分，防锈钢板8成为基于红外线加热的升温度相对低的部分。在图2(C)所示的拼焊坯材4中，普通钢板7的部分通过淬火而被高强度化，防锈钢板8的部分没有被淬火而保持成形性。
图3是表示将在本发明的一实施例涉及的金属加工方法中所采用的、升温度不同的两种金属材料进行红外线加热了的结果的曲线图。参照图3，在直到普通钢板达到最高温度为止的期间(0～28秒)，用粗线表示的普通钢板的升温度为32℃/s，用虚线表示的防锈镀覆钢板的升温度为23℃/s，两者的升温度差约为10℃。在普通钢板达到了最高温度的时刻(加热开始后28秒的时刻)，普通钢板与防锈镀覆钢板的温度差为250℃。另外可知，在大概加热开始后20～40秒的期间，升温度相对高的普通钢板的部分达到充分的淬火温度，升温度相对低的防锈镀覆钢板的部分没有达到淬火温度。
从上述的实验结果可知，通过将接合升温度相对高的普通钢板和升温度相对低的防锈镀覆钢板而一体化了的拼焊坯材，同时且整体地在同样的条件下进行红外线加热后进行成形、冷却，能够仅将普通钢板的部分进行淬火，并使防锈镀覆钢板的部分不进行淬火而维持防锈性或成形性。即，通过将被加热了的拼焊坯材在冲压成形的同时进行冷却，能够得到具备被淬火强化了的部分和未被淬火强化的具有防锈性的部分这两方特性的金属加工品。
再者，作为升温度不同的金属材料的组合，钢板与被光泽镀敷了的防锈镀覆钢板的组合是实用的。通过光泽镀敷，红外光的反射率变高，因此与没有进行光泽镀敷的普通钢板相比，升温度变低，能够防止镀层的脱落，另外，能够抑制进行了光泽镀敷的部分的淬火从而维持成形性。作为光泽镀层的种类，有镀镍层、镀锌层、合金化热浸镀锌层、热浸镀铝层、镀铬层、镀锡层、镀金层、镀银层、镀铜层、各种合金镀层。
在本发明的全部公开内容(包含各权利要求的各要素、各实施例的各要素、各附图的各要素等)的范围内，能够进一步基于其基本技术思想进行实施例或实施例的变更和调整。另外，在本发明的权利要求书的范围内，能够进行各实施方式、实施例、各附图所记载的各种公开要素的多样的组合或选择。即，本发明包括按照包含权利要求书在内的全部公开内容、技术思想本领域技术人员能够完成的各种变形、修正，这是不言而喻的。
附图标记说明
1  升温度相对低的金属材料
2  升温度相对高的金属材料
3  近红外线灯
4  拼焊坯材
5  近红外线灯
6  工件支持棒
7  普通钢板
8  防锈钢板
9  焊接接合部位
10 反射涂料涂敷部位

Claims (12)

1.一种金属加工方法，包括：
接合工序，该工序将基于红外线加热的升温度相对高的金属材料和基于红外线加热的升温度相对低的金属材料预先接合，形成被一体化了的金属材料；和
加热工序，该工序将所述被一体化了的金属材料同时且整体地进行红外线加热，在红外线加热中的所述被一体化了的金属材料中，所述升温度相对高的部分达到了与所述规定的热处理对应的规定温度之后、所述升温度相对低的部分达到该规定温度之前结束所述红外线加热。
2.根据权利要求1所述的金属加工方法，
将所述升温度相对高的金属材料分配为实施规定的热处理的部分，将所述升温度相对低的金属材料分配为不实施该规定的热处理的部分。
3.根据权利要求1或2所述的金属加工方法，
在所述加热工序中，将所述升温度相对高的部分、和所述升温度相对低的部分在同样的照射条件下进行红外线加热。
4.根据权利要求3所述的金属加工方法，
在所述加热工序中，将所述升温度相对低的部分不遮蔽而进行红外线加热。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的金属加工方法，
在所述接合工序中，通过焊接将所述升温度相对高的金属材料和所述升温度相对低的金属材料接合。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的金属加工方法，
将所述升温度相对高的金属材料加热到淬火温度以上，将所述升温度相对低的金属材料加热到小于淬火温度。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的金属加工方法，
所述升温度的差异，根据所述金属材料的组成、所述金属材料的表面处理或所述金属材料的立体形状中的任意一个以上来设定。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的金属加工方法，
所述升温度相对低的金属材料被光泽镀敷，使得其红外线的反射率变得比升温度相对高的金属材料高。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的金属加工方法，
通过红外线加热用灯的输出功率调整来调整所述被一体化了的金属材料的加热温度。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的金属加工方法，
从两面对所述被一体化了的金属材料进行红外线加热。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的金属加工方法，包括：
成形工序，该工序在所述加热工序结束后将所述被一体化了的金属材料成形；和
冷却工序，该工序在所述成形中或成形后将所述被一体化了的金属材料冷却。
12.一种金属加工品，是采用权利要求1～11中任一项所述的金属加工方法加工出的。
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