CN105792979A

CN105792979A - 包括经回火的过渡区的结构部件

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Publication number: CN105792979A
Application number: CN201480063379.9A
Authority: CN
Inventors: 理查德·艾伦·蒂格
Original assignee: Magna International Inc
Current assignee: Magna International Inc
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2034-11-17
Also published as: CN105792979B

Abstract

本发明提供了用于机动车辆的经热冲压的结构部件(20)，比如B柱，该结构部件包括由高强度钢材料形成的第一部分(22)，该第一部分接合至由高延展性钢材料形成的第二部分(24)。结构部件(20)还包括沿着接合部(28)的经局部回火的过渡区(26)以降低沿着接合部(28)失效的可能性。过渡区(26)的强度水平和延展性水平介于第一部分(22)的剩余部分的强度水平和延展性水平与第二部分(24)的剩余部分的强度水平和延展性水平之间。回火步骤可以结合到激光修剪单元或组装单元中，并且因此能够在不添加额外的加工步骤或增大循环时间的情况下建立过渡区(26)。

Description

包括经回火的过渡区的结构部件

相关申请的交叉引用

本PCT专利申请要求于2014年11月17日提交的、名称为“StructuralComponentIncludingATemperedTransitionZone(包括经回火的过渡区的结构部件)”、序列号为14/543,482的美国专利申请的权益，该美国专利申请要求于2013年11月25日提交的、名称为“StructuralComponentIncludingATemperedTransitionZone(包括经回火的过渡区的结构部件)”、序列号为61/908,379的美国临时专利申请的权益，这些申请的全部公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分并且在此通过参引并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于机动车辆的热成型结构部件和制造这些热成型结构部件的方法。

背景技术

用于机动车辆的结构部件比如梁、柱和导轨通常包括具有高强度的第一区和具有高延展性的第二区。存在有用于实现具有一定强度的这些区的过程。这些过程可以包括在成型模具中将单个零部件的不同区加热或冷却至不同的温度并且/或以不同的速率对单个零部件的不同区进行加热或冷却。

包括具有不同强度和延展性的区的结构部件还可以通过使用经焊接的钢坯来实现。该技术包括将由高强度材料形成的第一坯料焊接至由高延展性材料形成的第二坯料，并且随后使经焊接的坯料热成型以提供结构部件。在其他公司中，ArcelorMittal(安塞乐米塔尔)公司已经研发了用于制造机动车辆中的经焊接的结构部件的两种材料，对于ArcelorMittal的情况而言，这两种材料包括已知的且作为销售的具有高强度的组分和已知的且作为销售的具有高延展性的组分。

发明内容

本发明提供一种结构部件，该结构部件包括各自由钢材料形成的第一部分和第二部分，并且该第一部分和该第二部分具有位于其之间的接合部。第一部分具有第一延展性，并且第二部分具有第二延展性，第二延展性大于第一延展性。在第一部分的相邻于接合部的一部分和/或第二部分的相邻于接合部的一部分中形成有过渡区。该过渡区具有介于第一延展性与第二延展性之间的第三延展性。

本发明还提供了制造包括过渡区的结构部件的方法。该方法包括提供第一部分和第二部分，第一部分和第二部分具有位于其之间的接合部，其中，第二部分具有大于第一部分的第一延展性的第二延展性。该方法还包括对第一部分的相邻于接合部的一部分和/或第二部分的相邻于接合部的一部分进行加热以形成具有第三延展性的过渡区，其中第三延展性介于第一延展性与第二延展性之间。

相邻于接合部的过渡区的延展性在冲击时实现了能量吸收，而不存在沿着接合部的分离或破裂。因此，当结构部件被用在机动车辆中时，过渡区降低了在碰撞期间沿着接合部失效的可能性。除了提供有助于能量吸收和车辆碰撞策略的回火特性之外，由本发明提供的结构部件和方法能够采用现有的材料，比如采用用于高强度的第一部分以及采用用于高延展性的第二部分。

另外，可以通过使用相对廉价的感应加热***——例如激光修剪单元或组装单元中的感应加热***——通过回火来形成结构部件的局部过渡区。因此，不需要间接的加工来形成过渡区，从而没有如模内回火过程(in-dietemperingprocess)通常所需要的用于工具及其保养的额外成本或相关的质量控制成本。在激光修剪单元或组装单元中形成过渡区还提供了减少的加工步骤和循环时间。由于本发明的方法没有现有技术的回火方法复杂，所以需要较少的基本投资。此外，可以通过简单地改变后加工单元中的感应线圈来调节过渡区的尺寸，而不是如现有技术的回火方法中那样对模具进行大的修改。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照以下详细描述，本发明变得更好理解，同时本发明的其他优点将易于被领会，在附图中：

图1图示了示例性的经热冲压的结构部件，该结构部件包括由高强度材料形成的第一部分，该第一部分焊接至由高延展性材料形成的第二部分，并且该结构部件包括相邻于焊接接合部的过渡区；以及

图2图示了焊接至第二坯料的第一坯料，该第一坯料和该第二坯料用于形成图1的结构部件。

具体实施方式

本发明提供了用于机动车辆的经热成型的结构部件20，比如B柱，该结构部件20包括具有高强度的第一部分22，该第一部分22接合至具有高延展性的第二部分24，并且本发明提供了制造如图1所示的结构部件20的方法。经局部回火的过渡区26沿着结构部件20的相邻于接合部28的区域延伸。过渡区26通常包括第一部分22的相邻于接合部28的、例如小于第一部分22的体积的50％的一部分。过渡区26可以还包括第二部分24的相邻于接合部28的、例如小于第二部分24的体积的50％的一部分。过渡区26的延展性水平介于第一部分22的相邻部分的延展性水平与第二部分24的相邻部分的延展性水平之间。过渡区26的强度还可以与第一部分22的相邻部分的强度和第二部分24的相邻部分的强度不同。在示例性实施方式中，结构部件20通过如下方式被高效地制造：对图2中所示的片状钢坯料——例如坯料30和坯料32——进行热冲压，并且随后对经热冲压的部分22、24的相邻于接合部28的一部分进行回火以提供过渡区26，如图1中所示。过渡区26提供了机动车辆部件中的受控制的回火特性。例如，过渡区26的延展性有助于在冲击期间进行能量吸收并且降低了沿着接合部28破裂或分离的可能性。

用于形成结构部件20的高强度的第一部分22的第一坯料30包括被称作第一钢材料的钢材料。然而，可以使用各种不同的钢合金，在示例性实施方式中，第一坯料30包括经涂覆的压制硬化钢合金，比如1500P。这种钢合金包含量为不大于0.25的重量百分比(wt.％)的碳、量为不大于1.4wt.％的锰、量为不大于0.35wt.％的硅、量为不大于0.3wt.％的铬、量为不大于0.005wt.％的硼以及余量的铁。在热成型之前，示例性实施方式的第一坯料30具有包括铁素体和珠光体的微结构。第一坯料30还具有500Mpa至700Mpa的极限抗拉强度(UTS)、350Mpa至550Mpa的屈服强度(YS)、以及至少10％的延伸率(e_f)(L₀＝80mm并且th<3mm)。

第一坯料30的几何形状可以根据待成型的结构部件20的类型而变化。通常，第一坯料30包括第一端部34，该第一端部34纵向地延伸到第二端部36。在示例性实施方式中，第一坯料30设计成用作机动车辆的B柱并且因此包括位于第一端部34处的脚部分和从脚部分延伸到第二端部36的纵向部段，如图2中所示。然而，第一坯料30的几何形状可以替代性地设计成提供用于机动车辆的另一类型的柱、轨道、梁、加强件、环、框架或本体部件。第一坯料30还可以设计成用于非机动车辆应用。第一坯料30的厚度可以是均匀的或可以沿第一坯料30的长度变化。该厚度对于机动车辆应用而言通常为1mm至2mm，并且在示例性实施方式中，第一坯料30的厚度为约1.5mm。

第一坯料30优选地被涂覆以在热成型过程期间防止腐蚀、增大加热速率并且防止钢材料中的裂缝。在示例性实施方式中，涂层包含量为90wt.％的铝和量为10wt.％的硅。然而，可以使用其他类型的涂层，比如锌涂层。涂层在被应用至厚度为1mm至2mm的第一坯料30时通常具有25μm的平均厚度。

用于形成结构部件20的高延展性的第二部分24的第二坯料32也由被称为第二钢材料的钢材料形成。第二钢材料也可以包括各种不同类型的钢材料。在示例性实施方式中，第二钢材料32包括未经涂覆的压制硬化钢合金，比如500P。

第二坯料32的几何形状可以根据待成型的结构部件20的类型而变化。然而，第二坯料32通常包括第一端部35，该第一端部35纵向地延伸到第二端部37。在示例性实施方式中，其中，第二坯料32设计成在B柱中使用，该第二坯料32包括从第一端部35延伸到第二端部37的纵向部段、以及位于第二端部37处的脚部分，如图2中所示。在该实施方式中，第二部分24的第一端部35的宽度近似等于第一部分22的第二端部36的宽度。替代性地，第二坯料32的几何形状可以设计成提供用于机动车辆的另一类型的柱、轨道、梁、加强件、环、框架或本体部件。第二坯料32还可以设计成用于非机动车辆的应用。第二坯料32的厚度可以是均匀的或可以沿第二坯料32的长度变化。然而，该厚度对于机动车辆应用而言通常为1mm至2mm。在示例性实施方式中，第二坯料32的厚度为1.5mm。

制造结构部件20的方法通常包括将第一坯料30接合至第二坯料32以形成接合部28。在示例性实施方式中，第一坯料30的第二端部36被激光焊接至第二坯料32的第一端部35以形成接合部28(即，焊接部)，如图2中所示。然而，可以使用各种其他类型的接合技术，比如电阻点焊、电弧焊、金属惰性气体(MIG)焊接、金属活性气体(MAG)焊接以及钎焊。

当第一坯料30与第二坯料32被接合在一起时，坯料30、32被热成型以提供具有所需形状的结构部件20。可以使用各种不同的热成型过程。在示例性实施方式中，该热成型过程包括在坯料30、32被接合在一起之后对第一坯料30和第二坯料32进行热冲压。示例性的热冲压过程首先包括：在炉中将经焊接的坯料30、32加热至900℃至950℃的温度5至10分钟。在该步骤期间，第一坯料30和第二坯料32的钢材料转变为奥氏体微结构。接下来，示例性过程包括将经加热的坯料30、32转移至成型模具，其中，从炉到成型模具的转移时间优选地小于7秒。该方法接下来包括在坯料30、32仍处于600℃至800℃的温度的同时在模具中对经加热的坯料30、32进行冲压。该模具使经加热的坯料30、32成型为具有预定形状的第一部分22和第二部分24。在冲压步骤之后且在模具仍被封闭并且部分22、24仍然位于模具中的同时，示例性方法包括以大于每秒50℃的速度对第一部分22进行淬火并且以大于每秒30℃的速度对第二部分24进行淬火。淬火步骤可以替代性地包括以更高的速度进行水淬火。在淬火步骤期间，第一部分22的微结构从奥氏体转变为马氏体，并且第二部分24的微结构从奥氏体转变为铁素体和马氏体的混合物。如上文陈述的，该热冲压过程仅作为示例而被提供，并且可以使用各种其他热冲压过程或热成型过程。

在热成型过程之后，第一部分22的强度仍大于第二部分24的强度，并且第二部分24的延展性仍大于第一部分22的延展性。这里，在该过程期间，在整个第一部分22中，强度和延展性通常是均匀的，并且在整个第二部分24中，强度和延展性通常是均匀的。在示例性实施方式中，其中，第一部分22由1500P形成，第一部分22具有1,400Mpa至1,600Mpa的极限抗拉强度(UTS)、1,000Mpa至1,200Mpa的屈服强度(YS)、至少5％至6％的延伸率(e_f)(L₀＝80mm并且th<3mm)、以及小于490的硬度。示例性实施方式的第二部分24——该第二部分24由500P形成——具有550Mpa至700Mpa的极限抗拉强度(UTS)、370Mpa至470Mpa的屈服强度(YS)、以及至少17％的延伸率(e_f)(L₀＝80mm并且th<3mm)。然而，第一部分22和第二部分24的特性可以与该示例不同。

制造结构部件20的方法还包括对第一部分22的沿着接合部且相邻于接合部的至少一个区域和/或第二部分24的沿着接合部且相邻于接合部的至少一个区域进行加热以形成过渡区26。例如，过渡区26可以仅位于第一部分22中、仅位于第二部分24中、或位于第一部分22和第二部分24两者的一部分中。在热冲压步骤之后，在成型模具外进行该加热步骤，并且该加热步骤优选地在激光修剪单元或组装单元中进行。替代性地，该加热步骤可以作为次级过程来提供。用于形成过渡区26的加热步骤可以包括回火、退火或任何其他类型的热处理。引入结构部件20中的过渡区26的延展性水平介于第一部分22的相邻部分的延展性水平与第二部分24的相邻部分的延展性水平之间，以在碰撞期间吸收能量。过渡区26的强度水平还可以介于第一部分22的相邻部分的强度水平与第二部分24的相邻部分的强度水平之间或与第一部分22的相邻部分的强度水平和第二部分24的相邻部分的强度水平不同。过渡区26的延展性可以通过延伸率(e_f)确定，并且过渡区26的强度可以通过极限抗拉强度(UTS)或屈服强度(YS)确定。加热步骤的时间和温度将根据坯料30、32的钢材料和厚度而变化。此外，时间和温度能够被调节以满足针对每种特定应用的所需的回火特性。

在示例性的实施方式中，引入过渡区26的步骤包括对第一部分22的相邻于激光焊接接合部28的一部分进行局部地回火以及对第二部分24的相邻于激光焊接接合部28的一部分进行局部地回火。第一部分22的经回火的部分相邻于第一部分22的第二端部36定位，并且第二部分24的经回火的部分相邻于第二部分24的第一端部35定位，如图1中所示。在坯料30、32被热冲压之后，通过使用结合到激光修剪单元或组装单元中的感应加热***来进行该回火步骤。感应加热***包括至少一个加热线圈，所述至少一个加热线圈将结构部件20的沿着激光焊接接合部28且相邻于激光焊接接合部28的一部分加热至特定的温度。还可以使用成型控制机构来在加热步骤期间控制过渡区26的几何形状。此外，设置有用于在加热步骤期间控制过渡区26的温度的监控或热成像***。然而，可以使用另一技术或其他设备——例如通过激光——对相邻于接合部28的结构部件20进行加热并且形成过渡区26。

在回火步骤之后，过渡区26的延展性大于第一部分22的在过渡区26外的部分的延展性，并且小于第二部分24的在过渡区26外的部分的延展性。过渡区26的强度还可以与第一部分22和第二部分24的在过渡区26外的部分的强度不同。例如，过渡区26的强度可以大于第二部分24的在过渡区26外的部分的强度并且小于第一部分22的在过渡区26外的部分的强度。强度和延展性可以是恒定的或可以沿着第一部分22和第二部分24的长度变化。过渡区26的强度和延展性也可以是恒定的或沿着过渡区26的长度连续地变化。例如，过渡区26的强度可以沿从第一部分22移向第二部分24的方向连续地减小，并且延展性可以沿从第一部分22移向第二部分24的方向连续地增大。

本发明的方法要求仅对过渡区26进行回火或加热，该过渡区26相对于比较的热冲压部件的经回火的区域而言是较小的，并且因此需要较少的基本投资。过渡区26的尺寸还可以变化。在一种实施方式中，第一部分22的体积的至少50％具有第一延展性，并且第二部分24的体积的至少50％具有第二延展性。通常，过渡区26一般包括第一部分22的体积的较少部分和/或第二部分24的体积的较少部分。

过渡区26的面积还可以被容易地调节。例如，可以通过简单地改变加热***的感应线圈来调节所述面积，而不是如现有技术的回火方法中那样对模具进行大的修改。过渡区26的厚度也可以变化，但通常过渡区26的厚度近似等于第一部分22的相邻部分的厚度并近似等于第二部分24的相邻部分的厚度。

在示例性实施方式中，过渡区26的微结构包括铁素体和马氏体的混合物。过渡区26的位于第一部分22中的部分比过渡区26的位于第二部分24中的部分包括更多的马氏体。因此，过渡区26的强度沿着过渡区26的长度在从第一部分22移向第二部分24的方向上连续地减小并且过渡区26的延展性沿着过渡区26的长度在从第一部分22移向第二部分24的方向上连续地增大。在示例性实施方式中，当使用坯料30和坯料32时，过渡区26的极限抗拉强度(UTS)可以为700Mpa至1,400Mpa，过渡区26的屈服强度(YS)可以为470Mpa至1,000Mpa，以及过渡区26的延伸率(e_f)可以为至少6％到至少17％(L₀＝80mm并且th<3mm)。然而，所引入的过渡区26可以根据所采用的特定的材料和加热步骤而具有其他特性。

根据以上教示本发明的许多改型和变型是可能的，并且本发明的许多改型和变型可以在所附权利要求的范围内以除了如所具体描述的方式以外的其他方式来实施。

Claims

1.一种结构部件，包括：

第一部分，所述第一部分由具有第一延展性的第一钢材料形成；

第二部分，所述第二部分由具有第二延展性的第二钢材料形成，所述第二延展性大于所述第一延展性；

所述第一部分和所述第二部分在所述第一部分与所述第二部分之间具有接合部；以及

过渡区，所述过渡区相邻于所述接合部布置，所述过渡区包括所述第一部分的相邻于所述接合部的一部分和/或所述第二部分的相邻于所述接合部的一部分，并且所述过渡区具有介于所述第一延展性与所述第二延展性之间的第三延展性。

2.根据权利要求1所述的结构部件，其中，所述第一钢材料具有第一强度，所述第二钢材料具有小于所述第一强度的第二强度，并且所述过渡区具有介于所述第一强度与所述第二强度之间的第三强度。

3.根据权利要求1所述的结构部件，其中，所述过渡区的所述第三强度包括700Mpa至1,400Mpa的极限抗拉强度(UTS)和470Mpa至1,000Mpa的屈服强度(YS)；并且所述过渡区的所述第三延展性由为至少6％的延伸率(e_f)提供。

4.根据权利要求1所述的结构部件，其中，所述过渡区包括铁素体和马氏体的混合物，所述第一部分比所述过渡区包括更多的马氏体，并且所述第二部分比所述过渡区包括更少的马氏体。

5.根据权利要求1所述的结构部件，其中，所述第一部分具有第一体积并且所述第二部分具有第二体积；所述第一体积的至少50％具有小于所述第三延展性的所述第一延展性；并且所述第二体积的至少50％具有大于所述第三延展性的所述第二延展性。

6.根据权利要求1所述的结构部件，其中，所述第一部分被激光焊接至所述第二部分以形成所述接合部，并且所述过渡区被回火。

7.根据权利要求1所述的结构部件，其中，所述第一部分的所述钢材料包含基于所述钢材料的总重量的量为不大于0.25重量百分比(wt.％)的碳、量为不大于1.4wt.％的锰、量为不大于0.35wt.％的硅、量为不大于0.3wt.％的铬、量为不大于0.005wt.％的硼以及余量的铁。

8.根据权利要求1所述的结构部件，其中，所述结构部件是用于机动车辆的B柱，所述B柱从第一端部纵向地延伸至第二端部，所述第一部分从所述第一端部延伸至所述接合部，并且所述第二部分从所述接合部延伸至所述第二端部。

9.一种制造结构部件的方法，包括：

提供由第一钢材料形成的第一部分和由第二钢材料形成的第二部分，所述第一部分和所述第二部分在所述第一部分与所述第二部分之间具有接合部，其中，所述第一钢材料具有第一延展性并且所述第二钢材料具有第二延展性，所述第二延展性大于所述第一延展性；以及

对所述第一部分的相邻于所述接合部的一部分和/或所述第二部分的相邻于所述接合部的一部分进行加热以形成过渡区，所述过渡区具有介于所述第一延展性与所述第二延展性之间的第三延展性。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一钢材料具有第一强度，所述第二钢材料具有小于所述第一强度的第二强度，并且加热步骤包括使所述过渡区形成为具有介于所述第一强度与所述第二强度之间的第三强度。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，加热步骤包括通过感应加热进行回火。

12.根据权利要求11所述的方法，包括使多个所述结构部件成型，其中，所述多个结构部件各自包括通过所述加热步骤而形成的所述过渡区，并且所述方法包括在所述加热步骤期间通过使用不同的感应线圈而使所述部件中的至少两个部件形成为包括具有不同面积的过渡区。

13.根据权利要求9所述的方法，包括通过激光焊接在所述第一部分与所述第二部分之间形成所述接合部。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，提供所述第一部分和所述第二部分的步骤包括使第一坯料和第二坯料在热成型设备中热成型；并且其中，所述加热步骤在所述热成型设备外进行。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述加热步骤在激光修剪单元中进行。