CN101688264A - 制造局部硬化的成型件的方法、局部硬化的成型件以及局部硬化的成型件的应用 - Google Patents

制造局部硬化的成型件的方法、局部硬化的成型件以及局部硬化的成型件的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种由金属板半成品(2)制造成型件(i)的方法，所述成型件至少局部具有提高的结构强度，其中，使所述金属板半成品(2)在至少一级的弯曲工艺中变形，并且，将所述弯曲工艺和随后对所述金属板半成品(2)的分离切割操作与对所述金属板半成品(2)的至少一个在空间上限定的区域(A、C、D)进行的热处理相组合，该热处理包括至少一个加热步骤和继所述加热步骤之后的冷却步骤，从而使得所述至少一个在空间上限定的区域(A、C、D)在冷却之后具有提高的结构强度。所述折弯可以通过轧制成型或者模弯来实现。优选的是，对轧辊进行冷却。

Description

制造局部硬化的成型件的方法、局部硬化的成型件以及局部硬化的成型件的应用
技术领域
本发明涉及一种由金属板半成品制造成型件的方法，所述成型件至少局部具有提高的结构强度。此外本发明还涉及一种成型件，其具有至少一个在空间上限定的、结构强度提高的区域，另外还涉及这种成型件的应用。
背景技术
具有高结构强度的成型件例如在汽车工程中用于制造结构部件，例如侧面防撞梁、保险杠或者加固汽车的A柱、B柱或者C柱。因为在强度方面对这种成型件提出了非常高的要求，所以在其制造中常常使用高强度、较高强度以及最高强度的钢。对于成型件的成型可以使用不同的变形方法。例如本文称之为折弯方法，特别是轧制成型方法。
欧洲专利EP 1 052 295 B1公开了一种用于在汽车工程中制造结构部件的方法，这些结构部件至少在局部具有较高强度和5％至10％的最小延展度。在该方法中，结构部件通过在柔软的状态下变形板坯、带钢(尤其是通过滚轧成型)或者管材来成型，并且结构部件借助于沿着结构部件轮廓的、相对于结构部件可运动的、包围构件的感应器至少局部地加热到硬化所需的奥氏体化温度，随后利用在运动方向上追随该感应器的冷却单元冷却该结构部件。前述出版物所公开的方法的特征首先在于，结构部件基本竖直定位并且感应器从上向下沿着该结构部件移动，其中，感应器和冷却单元可以彼此相对地调节并且与可移位的工具滑板连接。
在前述出版物公开的方法中，原材料首先在仍然柔软状态下变形为具有预定成型横截面的成型件。为了达到期望的强度，在随后的方法步骤中将成型件硬化，具体方法是，将成型件加热至奥氏体化温度并且随后再次将其冷却。按照预定方式的冷却造成了成型件的期望硬度。由该现有技术公开的方法的缺点在于，在原材料可以成型和硬化之前，原材料必须始终处于柔软的状态下。DE 101 20 063 A1和WO92/16665 A公开了一种制造成型件的方法，其中，扁平的原材料(金属板半成品)首先通过冷变形获得其最终轮廓。之后才对成型件的至少局部区域进行硬化处理(通过加热和随后冷却)。大多数时候，在加热和冷却步骤之后还有一精整步骤，然而精整步骤不再用于实际制造型材几何形状。由此仅额外修正由于热干预过程产生的可能存在的几何偏差变形。在WO 92/16665 A中，当提到在硬化之后进行造型操作时，意味着不执行其他轧制成型步骤，而是进行完全另选的变形操作(例如静态的折弯或者冲压操作)。
DE 101 20 063 A1公开了制造成型件的方法的另一变型方式，其中，原材料(金属板半成品)在成型期间处于更高的温度，进而有更高的变形能力。然而未明了的是，在该方法中怎样可以切实避免材料与变形工具接触的散热，进而避免不期望的脆硬。
DE 103 39 119 B3公开了一种制造成型件的方法，在成型件实际成型之前通过加热和随后的冷却将成型件部分或者完全硬化。在此，被硬化的区域每次都是在硬化之后才变形的。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种制造成型件的方法，所述方法允许制造这样的成型件，所述成型件具有材料特性和几何特性彼此不同的多个预定区域，这些材料特性和几何特性适合于后续的加工和/或应用。此外，本发明的目的还在于提供具有材料特性和几何特性彼此不同的多个预定区域的成型件，这些材料特性和几何特性适合于后续的加工和/或应用，并且本发明的目的还在于建议一种这种成型件的应用。
在方法方面，本发明目的通过具有权利要求1特征的方法得以实现。在成型件方面，本发明目的通过具有权利要求25特征的成型件得以实现，而在成型件的应用方面，通过具有权利要求31、权利要求35和权利要求40特征的应用来实现。从属权利要求涉及本发明的有利的和特别适宜的改进方式。
在制造至少局部具有提高的结构强度的成型件的本发明方法中，根据权利要求1，所述金属板半成品在至少一级的弯曲工艺中变形，并且，如此组合所述弯曲工艺和随后对所述金属板半成品的分离切割操作与对所述金属板半成品至少一个在空间上限定的区域进行的包括至少一个加热步骤和继所述加热步骤之后的冷却步骤的热处理，以使所述至少一个在空间上限定的区域在冷却之后具有提高的结构强度。金属板半成品例如可以按照带材的形式作为带材卷供前述处理工艺使用。借助于本发明的方法，可以制造具有敞开、部分敞开或者完全封闭的成型横截面的成型件。另外，成型件在整个型材长度上至少在局部成型横截面可以是不同(变化)的，从而原则上可以制造具有任意复杂外形和剖面形状的成型件。
通过有针对性地将至少施加在金属板半成品的在空间上限定的区域中的热量排出，能够有利地在该区域中通过相变在冷却时获得强度增强。在此，金属板半成品优选采用这样的材料，所述材料在高于转化温度(奥氏体化温度)Ar3(在此温度下，在冷却期间开始从奥氏体向铁氧体的转化)充分奥氏体化的情况下，可以在足够快的冷却速度下生成马氏体化的组织结构。马氏体化组织结构的特征在于具有极高强度。例如22MnB5型的优质钢具有这种有利的特性，该金属板半成品可以由其制成。
至少部分地通过金属板半成品与折弯工具的直接接触从至少一个预热的区域散热，折弯工具在需要时也可以在被冷却的情况下进行工作。另外还可以使用基于液体或者气体的冷却装置，以便利用介质来冷却金属板半成品。
这里建议的解决方案的特别优点在于可以制造有针对性地调整了硬度特性的成型件。这例如是可行的，即，制造部分硬化和部分未硬化区域的成型件。硬化区域可以是部分硬化、完全硬化，或者也可以是局部部分硬化而局部完全硬化的。
在该方法的一个优选实施方式中建议静态地折弯金属板半成品。所述金属板半成品的静态折弯(静弯)例如可以通过模具折弯(模弯)来实现。
在一个特别优选的实施方式中建议，在轧制成型装置中通过按多个相继执行的轧制步骤进行轧制成型来折弯所述金属板半成品。在此，在轧制成型装置中连续地以多个相继的成型轧制道次折弯金属板半成品，并且由此得到所期望的型材断面形状。通过轧制成型特别是也可以生成较为复杂的型材断面形状和成型横截面。在成型制造时在连续轧制成型过程中以特别有利方式可以获得热和机械的作用机理的叠加。通过按照步骤地组合在局部产生热量、成型以及也许必要的分离切割操作和冷却，可以在设置方式和微观结构构造方面精确地调节强度提高的特定区域。
按照有利方式，可以通过感应产生电磁场或者通过借助于电阻传导的电流(或者通过这两种方法的组合)也就是通过电能损耗实现金属板半成品的局部空间加热。在其他有利实施方式中，通过一个或更多个激光源，通过红外线辐射源或者借助于气焊枪将热量传递给金属板半成品的预定区域。激光源的优点在于，由激光源生成的激光例如利用简单装置也可以聚焦到金属板半成品的相对较小的在空间上限定的区域，从而在该区域在局部加热至期望的温度。优选的是，所述加热不仅借助于特意为此整合在工艺流程中的基于感应或者导电的加热装置(例如通过感应器或者导电接触元件)进行，而且还在本来为了传递成型力而与成型工具(轧辊)发生接触的情况下借助于电阻加热来进行。
有利的是，冷却不仅通过施加液态冷却介质(优选水)和/或气态冷却介质(优选压缩空气)直接散热来实现，而且也通过金属板半成品与造型用变形工具(例如与轧制成型装置中的轧辊)接触产生的热传导来实现。为此，轧辊可以具有内部冷却装置，其中，热量通过冷却介质经由再循环系统中的相应安装到工具内部的冷却通道排出。因而，与利用纯粹的介质冷却相比，以有针对性的组织结构调整为主旨以特别有利的方式，明显可以更精确地控制散热。
在一个特别有利的实施方式中，金属板半成品的冷却例如可以通过将与造型工具(轧辊)接触而出现的热传导结合对金属板半成品的直接冷却例如借助于(必要时为过冷却的)气体或者用独特的冰(优选干冰)来进行。在此，将气体或者干冰以较高压力在轧钢机架的输出口中在两侧喷射至金属板半成品表面(轧制材料表面)。在这里可以通过射入辊隙以特别有利方式同时实现轧辊的冷却。按照有利方式，通过独特的冰将附加的表面污物和/或氧化物残渣、轧屑等从轧制材料(金属板半成品)表面和/或轧辊表面去除。因而以有针对性的组织结构调节为主旨的散热的可控性再一次得到了明显改善。这一点通过借助于例如在现有技术中所使用的液态或者气态冷却介质进行的纯粹淬火冷却是根本不可能实现的。
在一个优选实施方式中可以规定，在折弯前对金属板半成品的至少一个区域进行加热。该实施方式在静态折弯金属板半成品的情况下是特别优选的。
在同时施加热作用的情况下制造成型件，使得能够在成型期间以特别有利的方式改善加工特性，这是因为，可以恰好在通过折弯工具相应地局部地进行形变或者通过特殊切割工具进行材料分离之前，有针对性地降低形变阻力。至少区域性地预热的金属板半成品，使得在弯曲工艺中该区域有利地具有更低的抵抗所需形状变化的抗力。
根据另一特别有利的实施方式，依次预热金属板半成品的多个待加热区域，其中，在各个加热步骤之后执行折弯步骤和冷却步骤。
根据该制造方法的一个另选的同样有利的变型方式，首先在多个折弯步骤中按照成型件的期望的几何形状折弯金属板半成品，随后至少在局部将其加热。在该变型方式中可以按照特别有利的方式得到就成型件的之后继续加工和/或应用而言所期望的强度特性。因而在该实施方式中，仅在结束成型之后、优选也在执行也许必要的构件截取之后才加热成型件。在此情况下，通过相应的冷却介质可以实现金属板半成品的预热区域散热，所述散热在实际的变形过程之后接着执行。
在冷却时，在某些情况下会出现不期望的构件扭曲。另外，在出现温度梯度情况下，由于工件在局部的体积膨胀不同，可能还会出现由裂缝导致的构件失效。在一个特别有利的实施方式中，通过精整工具中的机械应力和通过热量传导相应地进行的散热的相互结合，可以抑制这两种效应。在这里适当的是，在该方法的这些变型方式中，在由热造成硬化之前就执行实际可能需要的成型件截取。
借助于在本发明范围内提出的方法，可以使得通过单次或者多次折弯金属板半成品制造的成型件的硬度有针对性地匹配于成型件的各种后续应用。
业已表明，在成型期间通过有针对性地在局部将热传递到成型件中使得区域的强度提高的几乎每个变型方式，均使得成型件的功能特性得到改善。此外，由于按照特别有利的方式改善了功能特性，所以能够实现重量减轻而且不会损失应用特性，这是因为，与未经热处理的构件相比，金属板厚度减小了。
这里提出的方法的优点在于，由于其变形可能性较小并且基于由此引发的失效风险以及所需的过高变形力，所以避免了金属板半成品的先前热处理硬化后的区域的变形。换言之，通过加热和冷却，仅仅对扁平的原材料的在随后的轧制成型步骤中没有直接承受变形的区域进行局部热处理。
此处金属板半成品的局部加热不仅发起了热处理(其具有调节预定组织结构状态的目的)，而且还在一定程度上提高了制成金属板半成品的基本材料的变形能力，利用在各个变形步骤中提供的操作力在期望的范围内获得无缺陷的变形。在此，这种提高一方面基于本身较高的加工温度，另一方面基于同时进行的由热造成的软化过程。这可以且应该不仅发生在原材料进入依次进行的轧制成型步骤之前，而且优选在轧制成型期间发生在各个塑形步骤之间。
在这里提出的方法中，金属板半成品的热处理不发生在通过轧制成型进行的实际成形制造开始之前或者执行成形塑形之后，而是最好有针对性地在多个中间步骤中实现。在此，根据明确的方法原则设定该热处理中间步骤的位置：
-根据同时提高局部变形能力的必要性来设定局部热处理的位置；
-每当在先前的冷却变形步骤中实现的冷却硬化使得对于后续的变形而言没有足够的剩余变形能力(该剩余变形能力可以通过在随后变形所需的范围内执行由热造成的软化而再次被提高)时，就调整局部热处理的位置；
-每当在金属板半成品的有关几何形状区域在进一步的工序中没有出现明显变形时，就调整局部热处理的位置。
根据权利要求25，本发明成型件的特征在于，其具有至少一个在空间上限定的区域，所述在空间上限定的区域具有提高了的结构强度，所述成型件通过根据权利要求1至24之一所述的方法制造。在有利实施方式中，所述成型件可以具有至少一个部分硬化区域和/或至少一个完全硬化区域和/或至少一个局部被完全硬化且局部被部分硬化的区域。另外，所述成型件沿着其型材长度至少在局部成型横截面可以是不同的。此外在一个特别有利的实施方式中，成型件沿着其型材长度至少在局部强度特性是不同(变化)的。
在根据权利要求31的本发明应用中，应用至少一个根据权利要求25至30之一所述的成型件来制造一种构件，所述构件适用于车辆的可动部件和装置的导向和能量吸收。恰恰在这种构件中，根据上述方法制造的至少局部硬化的成型件的应用是特别有利的。
例如，由这种成型件可以制造具有更高变形抗力的安全带用导轨，从而可以以特别有利的方式有效避免将基本呈滑块形的安全带固定件从该导轨松脱。
在一个有利实施方式中，成型件还可以用于制造一种安全带用导轨，该安全带用导轨在调整滑块形安全带固定件时在抵抗与接触相关的磨损方面具有更高的耐受力。
成型件的另一优选应用示例是制造具有更高变形抗力的座椅固定轨，从而可以有利地避免车辆座椅从其车辆侧的固定部分中松脱。
由所述成型件例如也可以制造一种座椅固定轨，其在调整座椅位置时具有更高的抵抗与接触相关的磨损的耐受力。
成型件应用的另一有利示例在于制造汽车侧壁滑动门用侧壁导轨，其中，该侧壁导轨在打开和关闭门方面具有更高的抵抗与接触相关的磨损的耐受力。
此外，由该成型件可以制造滑动门的侧壁导轨，所述侧壁导轨具有比现有技术已知的解决方案更高的变形抵抗力，因而在事故时避免结构失效故障以及侧壁滑动门的滑脱。
在根据权利要求35的本发明应用中，将根据权利要求25至30的至少一个成型件用于制造结构构件，所述结构构件具有提高的防撞入耐受力，并且所述结构构件适用于通过材料变形或者构件变形吸收和消除能量的影响。在这种构件中，根据上述方法制造的至少局部硬化的成型件的应用也是特别有利的，所述方法允许有梯度地设定成型件的强度特性。
由所述成型件例如可以制造车辆驾驶舱用模块横梁的部件，其具有更高的变形抵抗力，从而在事故情况下通过力作用于转向柱可以有效避免结构失效故障。
成型件的另一应用示例是制造驾驶舱用模块横梁的部件，其具有更高的变形抵抗力，以便于在事故中通过力作用于安全气囊模块以特别有利方式避免结构失效故障。
所述模块横梁尤其可以是仪表板梁。
成型件的另一有利应用在于，制造具有优化的固有振动特性的模块横梁(尤其是仪表板梁)，从而避免不期望的振荡，进而改善车辆内部空间中的声音效果。
在另一有利实施方式中，由所述成型件例如也可以制造具有更高变形抵抗力的梁柱(纵梁或者横梁)，以便于避免在前向冲击或者侧向冲击情况下在汽车的A柱、B柱或者C柱区域内出现结构失效故障。
此外，成型件例如还用于制造具有更高变形抵抗力的保险杠梁，从而有利地避免在汽车的碰撞吸能盒(Crashbox)区域内发生结构失效故障。
根据另一有利应用，由成型件可以制造具有更高变形抵抗力的侧面防撞梁。这种侧面防撞梁整合在车身中，从而提高车身刚性，并由此特别是在侧向冲击时改善乘客区的防护和稳定性。通过应用区域性硬化的成型件能够以有利方式阻止在与门结构连接的区域中的进而在主要承受撞击的区域中的结构失效故障。
附图说明
结合附图根据下面对优选实施例的说明使得本发明的其他特性和优点变得清楚。附图中：
图1示意性示出根据本发明方法第一实施例在由金属板半成品制造成型件时的热和机械工艺流程；
图2示意性示出根据本发明方法第二实施例在由金属板半成品制造成型件时的热和机械工艺流程；
图3示意性示出根据本发明方法第三实施例在由金属板半成品制造成型件时的热和机械工艺流程；
图4a示出成型件的第一实施例，所述成型件借助于这里提出的方法制造，并且具有多个区域，这些区域具有按规定提高了的强度；
图4b以立体图示出根据图4a的成型件；
图5a示出成型件的第一实施例，所述成型件借助于这里提出的方法制造，并且具有多个区域，这些区域具有按规定提高了的强度；
图5b以立体图示出根据图5a的成型件；
图6示出沿着根据图4a和图4b成型件的构件轮廓展开图线的硬度曲线；
图7示出沿着根据图5a和图5b成型件的构件轮廓展开图线的硬度曲线；
图8示出在承受拉应力情况下图4a、图4b和图5a、图5b所示成型件的力-距离曲线；
图9示出在三点折弯测试(Dreipunkt-Biegeversuch)中图4a、图4b和图5a、图5b所示成型件的力-距离曲线；
图10以立体图示出汽车的门、座椅等的导轨；
图11示出根据图10的导轨的成型横截面图；
图12以立体图示出具有封闭成型横截面的仪表板梁的基本型材；
图13示出根据图12的仪表板梁的成型件的成型横截面图；
图14以立体图示出汽车的梁构件；
图15a是用于加热金属板半成品的第一加热图案的示意图；
图15b是用于加热金属板半成品的第二加热图案的示意图；
图15b是用于加热金属板半成品的第三加热图案的示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图3详细说明制造成型件1的方法的三个不同的有利实施例，成型件1由优选带状的金属板半成品2制成。为此，图1至图3示意性示出在对金属板半成品2进行组合地加热和成型过程中，按照本发明特别优选的轧制成型方法制造成型件1的热机械工艺流程，该轧制成型方法在轧制成型装置中执行。
这里所示的三个优选实施例的区别尤其在于不同的工艺流程，这些工艺流程分别是在变形之前、期间或者之后对金属板半成品2进行至少区域性的加热。图中分别示出了与时间相关的温度曲线，所述温度在各个变形步骤之前、期间或者之后出现在金属板半成品2的预定(在空间上限定的)区域A、B、C、D中。除了说明温度变化之外，为了说明金属板半成品2的用于生成期望成型横截面的几何造型，在附图上方区域中示出了在轧制成型装置中进行相应轧制步骤时金属板半成品2的相应形状。
图1至图3还示出了：
1.Ar3转化温度，在该温度情况下(冷却期间)，开始从奥氏体向铁氧体转化。在例如22MnB5这样的硼锰合金的优质钢情况下，转化温度Ar3通常为850℃±100℃；
2.Ar1转化温度，在该温度情况下(冷却期间)，从奥氏体向铁氧体的转化结束。在例如22MnB5这样的硼锰合金的优质钢情况下，转化温度Ar1通常为650℃±100℃；
3.Ms转化温度，在该温度情况下(快速冷却期间)，突然地实现从奥氏体向马氏体的转化。在例如22MnB5这样的硼锰合金的优质钢情况下，该转化温度通常在大约为400℃±100℃；
4.α：铁氧体(在快速冷却至低于Ms的温度时形成另一种组织，所述组织被称为马氏体，其特征在于是具有较高强度的硬化组织)；
5.α+γ：铁氧体和奥氏体同时存在，温度下降到转化温度Ar3之下越多，铁氧体的份额越大并且奥氏体的份额越小；
6.γ：奥氏体。
金属板半成品2可以由可硬化的钢(如22MnB5)制成并且也可以是至少部分被涂层的，在图1至图3所示的可选方法方案中，为了形成具有预定几何特征的成型件1，在具有数量n个依次完成的轧制步骤(在各个轧制步骤中执行各个轧制道次)的轧制成型过程中，对金属板半成品2进行折弯。尽管在图1至图3仅示出具有敞开的成型横截面的成型件1，然而此处应该可以看出，利用这里介绍的方法可以制造复杂程度不同的各种造型的成型件1，它们可以具有敞开、部分敞开或者完全封闭的成型横截面。在此，这些成型件1也可以沿着其整个型材长度至少在局部具有不同的(也就是变化的)成型横截面，从而原则上可以制造具有任意复杂度的型材断面形状和具有任意复杂度的成型横截面的成型件1。
在图1示意性示出的用于制造成型件1的方法的第一实施例中，在在空间上限定的预定区域A、C和D中，恰好在轧制成型装置中的以“1.”标识的第一轧制道次之前，对金属板半成品2进行加热。如图1所示，在第一轧制道次之前在中间区域A和两个较远的外置的区域C和D中将金属板半成品2局部地加热至温度T，温度T高于转化温度Ar3，在该温度情况下(冷却期间)，开始从奥氏体向铁氧体的转化。而金属板半成品2的其他区域B在成型时则不加热，因此也不会承受有针对性的热影响。
优选通过电磁场的感生或者通过电阻传导电流，或者另选地通过这两种方法的彼此组合(因而也就是通过消耗电能)，在预定区域A、C和D中将金属板半成品2局部受控地加热至T＞Ar3。另选地，也可以使用其他方法和相应的装置将热传入金属板半成品2的局部被限定的区域A、C和D中。例如通过向金属板半成品2施加由至少一个激光源生成的激光，或者向其施加由至少一个红外线辐射源生成的红外线射线，或者通过应用气焊枪可以受控地提供热量。
如图1所示，在区域A、C和D中已达到最高温度之后，金属板半成品2在第一轧制道次中在温度下降时变形。在仍然高于转化温度的Ar3的温度下执行第一轧制道次。在轧制成型过程的第一轧制道次中，例如通过与轧制成型装置的轧辊接触的热传导，实现在冷却期间所需的散热，该散热为了在金属板半成品2的局部预加热区域A、C和D中调整得到期望的组织结构而从其中排出热量。轧制成型装置的轧辊同样也可以在被冷却的情况下工作。另选地或者附加地，也可以利用介质进行冷却，以便从金属板半成品2的预热区域A、C和D排出热量，在利用介质进行冷却时，向金属板半成品施加液态或者气态的冷却剂。
此外还可以看出，继第一轧制道次之后，在本实施例中始终在低于转化温度Ar1(其中，在冷却期间结束从奥氏体向铁氧体的转化)的温度情况下执行第2至n个轧制道次，第2至n个轧制道次对于使金属板半成品2进一步成型，以形成成型件1的最终几何形状而言是必需的。在本实施例中，在低于转化温度Ms(其中，在快速冷却期间突然地实现从奥氏体向马氏体的转化)的温度情况下执行最终(第n个)轧制道次，该最终(第n个)轧制道次对于成型件1的成型而言是必需的。然而另选的是，也可以在高于转化温度Ms的温度情况下执行该最终轧制道次。
在本实施例中，继完成了成型件1的实际成型的第n次轧制道次之后还执行所谓的精整道次，借助于精整工具执行该精整道次。在某些情况下由热造成的内应力使得成型件1几何形状的发生变化，按照有利方式，可以在最终的轧制道次(即精整道次)中，在对工件散热之后直接立即对所述变化进行补偿。在继精整道次之后的方法步骤中，借助分离切割装置使得成型件1获得所期望的长度。
这里所述的可选方法方案尤其在下述情况下是有利的，即，由于对金属板半成品2的预定区域A、C和D的热影响，通过所谓的相变硬化(
Figure G2008800236479D00131
)出现显著的强度增加。这样在后续轧制步骤中，局部预定区域A、C和D具有急剧增加的阻力阻止进一步的形状变化。因而这意味着，优选仅金属板半成品2的在下一个工序中不再发生明显形状变化的区域应该经受这种热处理。由于金属板半成品2的先前硬化的区域A、C和D的可变形性很低、以及由于因此而出现的失效风险、而且由于所需要的变形力很高，所以不实现金属板半成品2的先前硬化的区域A、C和D的变形。
下面结合附图2进一步描述由金属板半成品2制造成型件1的方法的第二实施例。在该方法的该变型方式中，在预定区域A、C和D中，在轧制成型期间在各个轧制步骤之间分别依次地执行金属板半成品2的加热。如图2所示，在第一轧制道次之前，将金属板半成品2的第一(中间)区域A局部地加热至温度T，温度T高于转化温度Ar3(奥氏体化温度)。而金属板半成品2的其他区域则暂时不受有针对性的热的影响。
在对第一区域A进行预定的预加热之后，在轧制成型装置中执行第一轧制道次。随后将金属板半成品2的区域A再次冷却至低于转化温度Ms的温度。该冷却仍然可以通过金属板半成品2与轧制装置的轧辊(需要时，该轧辊在冷却情况下工作)接触时的热传导和/或利用介质(通过向金属板半成品2，特别是向局部预热的区域施加液态或者气态的冷却介质)来实现。
在下一个加热步骤中，将金属板半成品2的第二(较为靠近边缘的)区域C局部地加热至温度T，温度T高于转化温度Ar3。而且在本方法步骤中，不会有针对性地加热金属板半成品2的其他区域尤其是区域A和B。随后执行第二轧制道次，以便于使得金属板半成品2进一步成型。如图2所示，在该轧制道次之后，将金属板半成品2的预热区域C再次冷却至低于转化温度Ms的温度。
在进一步的加热步骤中，以相应方式将另一(更为靠近边缘的)区域D局部地加热至温度T，该温度T仍然高于转化温度Ar3，在该步骤之前还可以执行不对金属板半成品2进行局部加热的其他轧制道次。而不会有针对性地局部加热金属板半成品2的其他区域尤其是区域A、B和C。随后执行另一轧制道次，以便于使得金属板半成品2进一步成型。如图2所示，在该轧制道次之后将金属板半成品2的区域C再次冷却至低于转化温度Ms的温度。在该轧制道次之后，同样可以继续其他轧制道次，这些轧制道次可以对金属板半成品2的局部预定区域进行或不进行预加热。在本实施例中也可以借助于上述方法或者装置对金属板半成品2的区域A、C和D实现有针对性的加热。
在本实施例中，也可以继完成了将金属板半成品2成型为成型件1的最终轧制道次之后，在一精整装置中进行精整道次，在此之后借助于分离切割装置将成型件1裁切至其所期望的长度。
在这里，金属板半成品2的热处理不发生在通过轧制成型进行的实际成形制造开始之前或执行成形塑形之后，而是最好有针对性地以多个中间步骤实现。在此根据明确的方法原则设定该热处理中间步骤的位置：
-根据同时提高局部变形能力的必要性来设定局部热处理的位置；
-每当在先前的冷却变形步骤中实现的冷却硬化使得对于后续的变形而言没有足够的剩余变形能力(该剩余变形能力可以通过在随后变形所需的范围内执行由热造成的软化而再次被提高)时，就调整局部热处理的位置；
-每当在金属板半成品2的有关几何形状区域在进一步的工序中没有出现明显变形时，就调整局部热处理的位置。
图2所示的可选方法方案尤其在下述情况下是有利的，即，一方面，有针对性地降低在紧接着的轧制步骤中阻碍金属板半成品2的几何形状按照希望方式进行改变的阻力；而另一方面希望，在先前轧制道次中已经在局部实现了几何造型之后，有针对性地在其组织结构方面调整这些区域。假如伴随着组织结构的有针对性的变化，在形变阻力同时增加时强度也增加，那么在本实施例中有利的是，优选仅金属板半成品2的在下一个工序中不再发生(明显)形变的区域经受这种有针对性的热处理。换言之，仅对扁平的金属板半成品2的在随后的轧制成型步骤中不直接承受变形的区域通过加热和冷却进行局部热处理。
图3示出由金属板半成品2制造成型件1的方法的第三优选实施例。与上述两个实施例不同，在该方法的这个变型方式中，在轧制成型装置中仅在先前依次进行的n个轧制道次最终形成了成型件1的最终几何形状之后，才在金属板半成品2的局部预定区域A、C和D中进行加热。因而金属板半成品2基本在低于转化温度Ms的环境温度下成型。显而易见，金属板半成品2的预定区域A(中央)以及C和D(较为靠近边缘)在变形之后同时被加热至温度T，温度T大于转化温度Ar3。
在本实施例中，在金属板半成品2最终成型为成型件1之后，区域A、C和D实现的局部加热专门用于通过相变硬化实现成型件1的由热造成的强度增加。有利的是，在此由于出现由热造成的内应力在某些情况下造成成型件1几何形状的改变，这种改变可以在最终的轧制道次(即所谓精整道次)中在经过这里同时进行的散热之后立即得到补偿。局部有针对性地加热的区域A、C和D再次被冷却，从而可以在精整工具中在稍稍高于转化温度Ms的温度下执行精整道次。
金属板半成品2的在空间上限定的区域A、C和D的有针对性的局部加热和随后的冷却可以按照如上已经结合附图1和2详细描述的方式进行。
在这里所示的可选方法方案中优选的是，对金属板半成品2的有针对性的局部加热不仅借助于特意为此整合在工艺流程中的基于感应或者导电的加热装置(例如通过感应器或者导电接触元件)进行，而且在本来为了传递成型力而与成型工具(轧辊)发生接触的情况下借助于电阻加热进行。
在所有这里提出的可选方法方案中有利的是，不仅通过施加液态冷却介质(优选水)和/或气态冷却介质(优选压缩空气)直接散热来实现金属板半成品2的冷却，而且也通过金属板半成品2与造型用变形工具(这里：轧辊)接触产生的热传导来实现金属板半成品2的冷却。为实现此目的，轧辊可以具有内部冷却装置，其中，热量通过冷却介质经由再循环系统中的相应安装到工具内部的冷却通道排出。因而，与利用纯粹的介质冷却相比，以有针对性的组织结构调整为主旨以特别有利的方式，明显可以更精确地控制散热。金属板半成品2的冷却例如可以通过与造型工具(轧辊)接触由热传导实现，同时结合了对金属板半成品2进行的直接冷却，例如借助于必要时过冷却的气体或者用独特的冰(优选干冰)。在此将气体或者干冰以较高压力在轧钢机架的输出口中在两侧喷射至金属板半成品表面(轧制材料表面)。在这里，以特别有利方式通过射入辊隙可以同时实现对轧辊的冷却。按照有利方式通过独特的冰将附加的表面污物和/或氧化物残渣、轧屑等从轧制材料表面和/或轧辊表面去除。因而以有针对性的组织结构调整为主旨的散热的可控性再一次得到明显改善。这一点通过纯粹的淬火冷却(借助于例如在现有技术中使用的液态或者气态冷却介质)是根本不可能实现的。
图4a和图4b示出成型件1的第一实施例，该成型件1可以借助于这里提出的方法之一来制造。成型件1具有敞开的成型横截面并且具有三个区域10、11、12，这三个区域相对于其他区域而言具有通过局部加热和随后冷却产生的、结构上得以提高的强度。在成型件1的型材断面底部中构造结构强度提高的第一区域10。在型材断面侧面的向内取向的端部上构造结构强度提高的两个其他区域11、12。这种成型件1具有结构强度得以提高的在空间上限定的三个预定区域10、11、12，这种成型件1例如可以用于制造具有更高变形抗力的安全带用导轨，从而可以有效避免基本呈滑块形的安全带固定件从导轨松脱。
成型件1还可以用于制造安全带用导轨，该安全带用导轨在调整滑块形安全带固定件时在抵抗与接触相关的磨损方面具有更高的耐受力。
图5a和图5b示出成型件1的第二实施例，借助于这里提出的方法来制造成型件1，并且该成型件1同样可以用于制造具有结合图4a和4b说明的特性的安全带用导轨。成型件1具有敞开的成型横截面并且具有三个区域10、11、12，这三个区域相对于其他区域而言具有通过局部加热和随后受控的冷却产生的、结构上得以提高的强度。仍然在成型件1的型材断面底部中构造结构强度提高的第一区域10。大约在基本垂直于型材断面底部定向的型材断面侧面的中部构造结构强度提高的两个其他区域11、12。
下面结合图6和图7进一步说明图4a至图5b所示成型件1的所获得的高强度型材，这些成型件1由22MnB5材料制成。与离开轮廓展开图线a外边缘的间距相关地示出了各个基于DIN EN ISO 6507-1标准测得的硬度(维氏硬度HV1)。在制造成型件1时的最大局部加热温度为900℃。
该结果表明，与其他未进行热处理的区域中相比，在成型件1的在制造期间局部加热和硬化的区域10、11、12中的强度明显更高。未硬化区域中的HV1值在数量级上大约处于200至300，而在被硬化的区域中高于500，在局部将近达到600。
图8简要示出了在三个不同成型件1、1′上执行的静态拉力测试的结果。在这些测试中选择了成型件1、1′的与在实用中相似的负载方向。此处示出在承受拉应力情况下的力-距离曲线。用I表示图4a和图4b所示的成型件1的结果，并且用II表示图5a和图5b所示的成型件1的结果。用III附加表示完全硬化的成型件1′的力-距离曲线。比较测量结果表明，利用这里所述的方法制造的两个仅区域性硬化的成型件1的抗拉强度低于完全被硬化的成型件1′的抗拉强度，而且两个仅区域性硬化的成型件1的裂断强度高于完全被硬化的成型件1′的裂断强度。
图9最后示出在借助于这里提出的方法制造成型件1、1′上执行的三点折弯测试的结果。在三点折弯测试中对成型件1、1′进行标准化实验时，同样显示出负荷能力明显升高，所述负荷能力在针对完全被硬化的成型件1′的现有应力情况下被证实是最有利的。
下面结合图10至图14进一步描述借助于上面详细描述的方法制造的成型件1、1′的一些应用示例，这些成型件1、1′至少区域性地具有提高了的结构强度。
图10和图11示出一导轨30，该导轨30例如适用于汽车的门、座椅或者安全带。导轨30通过应用区域性硬化的成型件1而制造。尤其如图11所示，在本实施例中，用以制造导轨30的成型件1具有部分硬化的第一和第二区域10、10′以及完全硬化区域11，区域10、10′彼此相对地设置。至少部分硬化的区域10、10′、11尤其改善了阻止基本呈滑块形的安全带固定件从导轨30松脱的变形抗力，并且在调整安全带固定件时在与接触相关的磨损方面提供了更高耐受力。此处需要注意的是，成型件1的至少部分硬化的区域10、10′、11的位置仅为示例性，并且这些位置在借助于这里提出的方法制造成型件1时可以有针对性地匹配于导轨30后来的应用场合。
图12和图13示出了这里提出的成型件1、1′的应用示例。在此，该成型件1、1′是仪表板梁的基本型材31，该基本型材31在本示例中由成型横截面不同的相互连接的两个封闭成型件1、1′制成。
第一成型件1大致在其中部具有被整平的区域10，区域10被部分硬化并且被设置用于连接汽车转向柱。在本实施例中，第二成型件1′具有完全硬化的区域11，该区域11被设置用于安全气囊区。在另一有利实施方式中，仪表板梁的基本型材31可以通过应用单个的成型件1、1′或者通过应用多于两个的成型件1、1′来制造。成型件1、1′的另一有利应用在于，制造具有最优化的固有振动特性的模块横梁，尤其是仪表板梁(或仪表板梁的部件)，从而避免不期望的振荡，进而改善车辆内部空间中的声音效果。
图14最后示出了汽车的被构造为敞开结构型材的纵梁32。该纵梁32由成型件1制成，成型件1具有部分硬化的第一区域10、完全硬化的第二区域11以及第三区域12，第三区域12局部被完全硬化、局部被部分硬化。纵梁32还具有三个装配部段320、321、322，它们用于将纵梁32连接在车辆的A柱、B柱或者C柱上，这三个装配部段320、321、322可以(但不是强制性地)是成型件1的部分。在此，在本实施例中，第一装配部段320用于A柱，第二装配部段321用于B柱，并且第三装配部段用于C柱。
图15a至图15c最后示出了加热区的三种不同图案40、41、42，在其中至少可以按局部加热金属板半成品2。原则上还可以想到加热区图案的各种类型的任选的曲线分布和形状。

Claims (41)

1.一种由金属板半成品(2)制造成型件(1)的方法，所述成型件至少局部具有提高的结构强度，其中，使所述金属板半成品(2)在至少一级的弯曲工艺中变形，并且，将所述弯曲工艺以及随后对所述金属板半成品(2)的分离切割操作与对所述金属板半成品(2)的至少一个在空间上限定的区域(A、C、D)进行的热处理相组合，该热处理包括至少一个加热步骤和一个继所述加热步骤之后的冷却步骤，从而使得所述至少一个在空间上限定的区域(A、C、D)在冷却之后具有提高的结构强度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属板半成品(2)以静态弯曲工艺进行折弯。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过模弯来实现所述金属板半成品(2)的静态折弯。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在一轧制成型装置中通过按多个相继的轧制步骤进行轧制成型来折弯所述金属板半成品(2)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述轧制成型装置的轧辊在被冷却的情况下进行工作。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，通过感应产生电磁场、或者通过借助于电阻传导电流、或者通过这两种加热方法的组合，将所述金属板半成品(2)在至少一个在空间上限定的区域(A、C、D)中加热。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，通过至少一个激光源和/或至少一个红外线辐射源和/或至少一个气焊枪，将所述金属板半成品(2)在至少一个在空间上限定的区域(A、C、D)中加热。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，在所述金属板半成品(2)上生成一种加热图案。
9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，所述金属板半成品(2)在加热步骤和/或折弯步骤之后借助于基于液体或者基于气体的冷却装置进行冷却。
10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，所述金属板半成品(2)的冷却通过与造型工具接触由热传导实现，同时结合对所述金属板半成品(2)进行的直接冷却，尤其是借助于气体或者独特的冰。
11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，在所述金属板半成品(2)被折弯之前，首先将所述金属板半成品(2)的至少一个在空间上限定的区域(A、C、D)加热至高于所述金属板半成品(2)的奥氏体化温度Ar3的温度，在所述奥氏体化温度情况下，在冷却期间开始从奥氏体向铁氧体的转化。
12.根据权利要求1至11之一所述的方法，其特征在于，在所述金属板半成品(2)被折弯之前，将所述金属板半成品(2)的多个在空间上限定的区域(A、C、D)同时加热至高于所述金属板半成品(2)的奥氏体化温度Ar3的温度。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述轧制成型装置中的第一轧制道次在至少一个预热区域(A、C、D)的温度高于所述金属板半成品(2)的奥氏体化温度Ar3的情况下执行。
14.根据权利要求11至13之一所述的方法，其特征在于，所述轧制成型装置中的至少一个轧制道次在至少一个预热区域(A、C、D)的温度低于所述金属板半成品(2)的一转化温度Ar1的情况下执行，在所述转化温度情况下，在冷却期间结束从奥氏体向铁氧体的转化。
15.根据权利要求11至14之一所述的方法，其特征在于，所述轧制成型装置中的其他轧制道次在至少一个预热区域(A、C、D)的温度低于所述金属板半成品(2)的转化温度Ar1的情况下执行。
16.根据权利要求11至15之一所述的方法，其特征在于，所述轧制成型装置中的至少一个轧制道次在至少一个预热区域(A、C、D)的温度低于所述金属板半成品(2)的一转化温度Ms的情况下执行，在所述转化温度情况下，在快速冷却期间突然地实现从奥氏体向马氏体的转化。
17.根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，在所述金属板半成品(2)被折弯之前，首先将所述金属板半成品(2)的第一个在空间上限定的区域(A、C、D)加热至高于所述金属板半成品(2)的奥氏体化温度Ar3的温度，在所述奥氏体化温度情况下，在冷却期间开始从奥氏体向铁氧体的转化。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述轧制成型装置中的第一轧制道次在第一预热区域(A、C、D)的温度高于所述金属板半成品(2)的奥氏体化温度Ar3的情况下执行。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，在第一变形步骤之后，将所述金属板半成品(2)的至少一个另外的在空间上限定的区域(A、C、D)加热至高于所述金属板半成品(2)的奥氏体化温度Ar3的温度，然后再进一步折弯所述金属板半成品(2)。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述轧制成型装置中的至少一个另外的轧制道次在第二预热区域(A、C、D)的温度高于所述金属板半成品(2)的奥氏体化温度Ar3的情况下执行。
21.根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，所述金属板半成品(2)首先在一些折弯步骤中被折弯，并且形成所述成型件(1)的最终几何形状，以及，随后将所述金属板半成品(2)的至少一个在空间上限定的区域(A、C、D)加热至高于所述金属板半成品(2)的奥氏体化温度Ar3的温度，然后再次将其冷却，在所述奥氏体化温度情况下，在冷却期间开始从奥氏体向铁氧体的转化。
22.根据权利要求1至21之一所述的方法，其特征在于，在成型之后，将所述金属板半成品(2)在一精整工具中进行精整。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，在所述精整工具中实施另一轧制道次，也就是精整道次。
24.根据权利要求1至23之一所述的方法，其特征在于，在一分离切割装置中将所述成型件(1)裁切至其所期望的长度。
25.一种成型件(1)，其包括至少一个具有提高的结构强度的、在空间上限定的区域(10、11、12)，其特征在于，所述成型件(1)是通过根据权利要求1至24之一所述的方法制造的。
26.根据权利要求25所述的成型件(1)，其特征在于，所述成型件(1)具有至少一个部分硬化的区域(10)。
27.根据权利要求25或26所述的成型件(1)，其特征在于，所述成型件(1)具有至少一个完全硬化的区域(11)。
28.根据权利要求25至27之一所述的成型件(1)，其特征在于，所述成型件(1)具有至少一个这样的区域(12)，该区域(12)局部被完全硬化、局部被部分硬化。
29.根据权利要求25至28之一所述的成型件(1)，其特征在于，所述成型件(1)沿着其型材长度至少在局部具有不同的成型横截面。
30.根据权利要求25至29之一所述的成型件(1)，其特征在于，所述成型件(1)沿着其型材长度至少在局部具有不同的强度特性。
31.根据权利要求25至30之一所述的成型件(1)的应用，利用至少一个成型件(1)来制造一种构件，该构件适用于车辆的可动部件和装置的导向和能量吸收。
32.根据权利要求31所述的应用，其特征在于，所述构件是用于车辆安全带的导轨。
33.根据权利要求31所述的应用，其特征在于，所述构件是用于车辆座椅的固定轨。
34.根据权利要求31所述的应用，其特征在于，所述构件是用于滑动门的侧壁导轨。
35.根据权利要求25至30之一所述的成型件(1)的应用，利用至少一个成型件(1)来制造车辆的结构构件，所述结构构件具有提高的防撞入耐受力，并适用于通过材料变形或者构件变形来吸收和消除作用的能量。
36.根据权利要求35所述的应用，其特征在于，所述结构构件是用于车辆驾驶舱的模块横梁的部件。
37.根据权利要求35所述的应用，其特征在于，所述结构构件是车辆的纵梁(32)或横梁。
38.根据权利要求35所述的应用，其特征在于，所述结构构件是保险杠梁。
39.根据权利要求35所述的应用，其特征在于，所述结构构件是侧面防撞梁。
40.根据权利要求25至30之一所述的成型件(1)的应用，利用至少一个成型件(1)来制造车辆的结构构件，所述结构构件具有优化的固有振动特性，并适用于改善声学特性。
41.根据权利要求40所述的应用，其特征在于，所述结构构件是用于车辆驾驶舱的仪表板梁的部件。
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