CN102199699A - 用于制造汽车元件的方法和车身构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造汽车元件(1)的方法，该汽车元件包含至少一个由高强度钢制成的、热成形的且加压淬火的构件(8、9)，该汽车元件(1)用作用于汽车的结构构件和/或安全构件，包含下述方法步骤：在汽车元件(1)的区域中进行局部的热处理，其中首先将这些区域加热到处于在500℃和900℃之间、优选在550℃和800℃之间、尤其是在700℃和800℃之间的温度范围内的加热温度(T1)；在保持时间(t2)上保持加热温度(T1)；通过至少一个阶段冷却加热温度(T1)。本发明还涉及一种根据本发明的方法制成的车身构件，所述车身构件作为用于汽车的结构构件和/或安全构件借助热成形和加压淬火制成，接合法兰(3)和/或耦合部位局部地通过多个步骤被热处理。

Description

用于制造汽车元件的方法和车身构件
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的、用于制造汽车元件的方法，该汽车元件包括至少一个由高强度钢制成的、热成形的且加压淬火的构件。
本发明还涉及一种根据权利要求14的车身构件，该车身构件尤其借助本发明的方法制成。
背景技术
DE 10 2005 054 847 B3公开了热成形的且加压淬火的构件，其在最终成型和在调节到钢的高强度机械特性之后进行针对性热处理。尤其对在碰撞情况下受到轴向载荷的结构构件和/或安全构件而言，按照上述方式制造的构件一方面应为高强度，另一方面应形成折叠，从而针对性地消减能量。
根据现有技术，热处理通常在320℃和400℃之间的温度范围中进行并且几乎不改变热成形和加压淬火过程中调节出的强度值，但却同时提高了材料的延展性，从而在碰撞情况下形成折叠。
借助现有技术中公开的方法可为多个批量生产过程完全符合目的地调节出希望的材料配置。
发明内容
因此，本发明的任务是提出一种用于制造汽车元件的方法，借助该方法可大批量生产地在热成形的且加压淬火的构件中低成本地制造期望的材料组织。此外，本发明的任务还在于提出一种借助这种方法制造的构件。
本发明的任务借助一种根据权利要求1的、用于制造汽车元件的方法解决。
该任务的物体部分由根据权利要求15和/或权利要求16的车身构件(其尤其是借助本发明的方法制造)解决。
其它的实施方式是从属要求的组成部分。
本发明包括一种用于制造汽车元件的方法，该汽车元件包含至少一个由高强度钢制成的、热成形的且加压淬火的构件，该汽车元件用作用于汽车的结构构件和/或安全构件，该方法包含下述方法步骤：在汽车元件的区域中进行局部热处理，其中首先将这些区域加热到处于在500℃和900℃之间、优选在550℃和800℃之间、尤其是在700℃和800℃之间的温度范围内的加热温度；在保持时间上保持加热温度；在至少一个阶段中冷却加热温度。
本发明方法的优点在于可以针对性并且工艺安全地制造汽车元件中希望的材料特性。借助热成形和加压淬火制造的构件具有硬而脆的结构。通过借助本发明方法在奥氏体化温度之下进行的局部热处理使得构件在热处理的区域发生材料组织的转变，从而在此出现倾向于可更加延展的材料组织。在本发明的范畴中，加热开始于一个初始温度，构件在加压淬火之后具有该初始温度。初始温度在此例如可以是环境温度。但是加热的初始温度始终小于马氏体初始温度(MS)、优选低于200℃。
通过加热到或将加热温度保持在500℃和900℃之间的温度范围中在针对性热处理的区域中(例如在进行了根据本发明的热处理的接合法兰或凹口的边缘位置上)产生特别有利的应力消减。
例如在作为结构构件或安全构件用于自支持的车身中的汽车元件上，热处理的区域特别有利地影响汽车元件的使用区域中的车身的碰撞特性。如果将接合法兰形式的区域借助本发明的方法进行了热处理，则该接合法兰在事故情况下不会趋于裂开或断裂或形成裂纹并且由此固住周围的结构构件或安全构件。恰恰在考虑到乘客车厢时这特别有利地保护乘客。接合法兰在本发明的范畴中理解成用于连接另一构件或结构组件的法兰区域。在此，可以通过粘接、铆接、熔焊、钎焊或相似的耦合过程来形成该连接。
另一优点形成于在事故情况下发生希望的变形的区域中。这种变形设置用于将能量导入车身中以进行消减，从而汽车乘客的碰撞安全性得以提高。另一应用情况例如是单个区域的针对性的变形，由此有可能进行特别有利的事故维修。
在此借助本发明的方法进行了热处理的区域可以在碰撞情况下如此发生变形，从而实现针对性的折叠和因此针对性的能量吸收。此外，热处理的区域很少趋于形成裂纹，这是因为其组织相对于热成形且加压淬火的、硬而脆的组织更具有延展性。
本发明的方法适合大规模地、特别工艺安全地制造希望的材料特性。由此可以大大避免制造公差形式的制造偏离，从而例如在通过针对性的CAD计算设计出的、具有特别碰撞点的车身的应用情况下，通过使用借助本发明的方法制造的汽车元件确保高制造精度。
在一种优选的实施方式中，局部热处理在构件的接合法兰上进行。由此产生这样的优点，即接合法兰具有延展性的材料特性。在借助热接合的材料锁合的情况下，在接合方法的热影响区中发生组织转变。构件的延展性区段在此特别有利地影响熔焊过程和在熔焊过程之后在热影响区出现的材料组织。这些材料组织通过借助本发明的方法进行的局部热处理也转变成延展性的材料组织区域。这在汽车事故情况下又特别有利地影响连接的焊缝的耐久性。在本发明的范畴中焊缝可以理解为所有借助热接合产生的焊缝。在此，例如可以是连续的纵向焊接，但也可以是点式焊接或间断的焊缝。
在另一种优选的实施方式中，局部热处理在构件的凹口上进行。这些凹口例如出于重量优化的原因、但也可出于穿过其它元件、例如换档杆或电缆束或类似物的原因存在于构件中。在此，恰恰在凹口区域中及凹口的端部区域中在碰撞情况下可能形成可能在整个构件上延伸的裂纹。通过减小表面应力在该区域中产生延展性的材料组织。这防止形成裂纹并且由此可以防止构件的轻易的不希望的变形。
还可以通过弯曲交变应力来特别有利地影响负荷，该弯曲交变应力例如通过车身扭转或其它行驶影响如发动机震动或类似因素传导到车身中。恰恰是对汽车车身的耐用性而言，通过减小凹口的端部区域中的表面应力的特别有利的效果可以借助本发明方法进行的局部热处理实现。
在另一种特别优选的实施方式中，汽车元件由至少两个构件通过耦合制成，并且在耦合部位上实施热处理。所述至少两个构件在此可以是至少两个热成形且加压淬火的构件。但也可仅为一个热成形且加压淬火的构件，该构件与通过传统的制造过程或金属薄板加工过程制成的第二构件耦合。在此特别有利的是：所述热成形且加压淬火的构件具有上述已经提到的、同样有利的本发明的效果。
此外，借助本发明的方法处理耦合部位也特别有利地影响其承载性和耐久性。在通过热接合实现的耦合区域中在焊缝中产生热影响区，该热影响区又引起组织转变。考虑到制造的耦合过程，例如通过保护气体焊接、激光焊接、点焊、滚焊缝焊接或类似焊接，产生各种不同的材料特性，部分材料特性也带来不希望的负面效果。但是出于大规模生产的经济原因，相应应用的焊接过程的优点是大于缺点的。但这些缺点可以借助本发明的方法在大规模生产中以低成本的方式被消除。
由此焊缝的热处理特别有利地影响其耐久性、抗腐蚀性和变形能力。
优选在直至30秒、优选直至20秒、特别优选直至10秒、尤其直至5秒的时间段内实施加热。在此，根据本发明的方法加热可以关于时间以递增、线性或递减式的温度升高进行。为了达到加热温度，短的加热阶段结合接下来的保持阶段特别有利地影响局部热处理的工艺安全性，在保持阶段中在保持时间中保持加热温度。
优选保持时间处在直至30秒的时间段中。优选保持时间处在直至20秒、特别优选直至10秒、尤其直至5秒的时间段中。通过在恒温下、仅通过保持时间的长短影响的针对性的材料组织转变可以在本发明的范畴中特别工艺安全地进行调质过程。在此，在保持时间中基本上保持所达到的加热温度。在本发明的范畴中也可设想保持时间期间的温度升高或温度降低，其与加热温度的温差最大可达100℃。
另一个由短的加热时间段和保持时间带来的优点在于大大避免了热传导形式的热交换。此外，本发明的方法还可以特别有利地结合到现有的、具有热变形步骤和其它接下来的制造步骤的生产过程的周期中。在此该周期可以处于一个在5秒和30秒之间、优选在10秒和15秒之间的时间段中。
加热和保持的方法步骤在此可以在唯一的装置中进行，该装置也用于热成形和加压淬火构件。但是也可以将构件在热成形和加压淬火之后放入一单独的装置中，在其中进行加热和加热温度的保持。加热和温度的保持本身可以通过例如电感加热或类似的加热可能性(其根据应用情况可用于结合到生产过程中)实施。
在本发明的另一种优选的实施方式中，以至少两个阶段实施冷却，在本发明的范畴中，两个冷却阶段可以基本上一样长。特别优选第一冷却阶段比第二冷却阶段持续更长的时间。在此冷却阶段可以在唯一的装置中进行或者在热处理的装置中或者在单独的冷却容器中进行。在本发明的范畴中也可设想将所述至少两个不同的冷却阶段在两个单独的冷却容器中进行。
通过本发明热处理的冷却过程的多阶段性使得能够特别工艺安全地、成本效率地且以高精度在局部热处理的区域中进行希望的组织转变阶段和由此获得希望的材料特性。还可能的是，通过冷却的多阶段性这样地将冷却过程结合到待制造构件的连续的生产中，使得该冷却过程在大的范围中调节到与之前和之后进行的加工步骤的周期相适应，并且不会在质量上对可达到的组织转变产生不利的影响。
在一种优选的实施变型方案中，在直至120秒、优选直至60秒的时间段中实施第二冷却阶段。在另一种优选的实施变型方案中，通过冷却的第一阶段将汽车元件冷却到200℃和900℃之间、优选在300℃和800℃之间、尤其是在500℃和700℃之间的温度。
在第二阶段中将汽车元件冷却到目标温度。该目标温度在本发明的范围中低于200℃。从低于200℃的构件温度起不再出现热引起的构件扭曲，这种构件扭曲不利地影响该方法的工艺安全。但是在本发明的范畴中还可以设想一直冷却到室温。在本发明的范畴中，温差的冷却曲线或者说温度-冷却时间分布曲线在此既可以递增、线性、也可以是递减地延伸。由此产生的优点在于，在达到第一冷却温度之后基本上不再发生构件扭曲。
在本发明的方法的另一种优选的实施变型方案中，加热到加热温度借助电感和/或红外加热实施。本发明的范畴中，红外加热可以例如理解为红外发射器，其能够进行灯加热。结合整个方法产生这样的优点，即可以对极小的局部区域实施热处理，这些区域具有清楚定义的边界区域。热成形且加压淬火的、没有实施热处理的区域和局部热处理的区域之间的过渡区域借助本发明的方法可以优选为100毫米以下，特别优选小于50毫米并且尤其是在1和20毫米之间。由此可以针对性地对小的、边缘清晰的区域进行局部热处理。
本发明的物体部分的任务通过一种车身构件解决，该车身构件尤其根据权利要求1至14之一所述的方法制成。车身构件作为用于汽车的结构构件或安全构件借助热成形和加压淬火制成并且其特征在于，对接合法兰和/或耦合部位局部地以多个步骤实施热处理。
这样制造的车身构件尤其具有这样的优点，即在碰撞情况下可以以希望的方式发生变形。这种对于构件特定的规定的变形特性例如可以通过形成折叠构成。此外，接合法兰和/或耦合部位通过本发明的热处理而构成为更能延展的，使得其在事故情况下更趋于变形而不是断裂。
在本发明的范畴中车身构件可以是A柱、B柱、C柱、D柱、保险杠、冲撞盒、前纵梁、后纵梁、通道例如传动轴通道的形式、梁、横梁、椅座横梁、脚踏板、顶盖横梁、车厢底板、侧板、车门、后盖板、发动机罩、顶盖或具有不同附件的仪表支架。汽车的其它金属薄板构件也可以看作车身构件。
此外，本发明的物体方面的任务还通过一种车身构件解决，该车身构件尤其是按照根据权利要求1至14之一的方法制成的。车身构件作为用于汽车的结构构件或安全构件借助热成形和加压淬火制成并且其特征在于，与碰撞相关的构件区域局部地以多个步骤实施热处理。
碰撞相关的构件区域例如可以理解为A柱、B柱或C柱的连接区域，或门槛与横梁或纵梁的连接区域。总之，在本发明的范畴中碰撞相关的构件区域指的是汽车碰撞时承受特别负荷的构件区域。在此是指例如以两个部件的耦合为特点的连接区域或过渡区域，例如车身中门洞的半径或类似区域，在汽车碰撞情况下对这些区域的变形性和坚固性的要求很高。
在借助本发明的方法实施热处理的纵梁的情况下可以提供这样的区域，其在汽车碰撞情况下按要求地变形。这种变形例如可以以折叠或叠入(Einfalten)的方式进行。
本发明其它的优点、特征和特点由下面借助于示意图对优选实施方式的说明得出。它们用于简化对本发明的理解。
附图说明
附图示出：
图1示出了热处理的各个步骤的不同的时间-温度分布曲线；
图2A柱的透视图；
图3车架通道的透视图；
图4由两个彼此耦合的构件构成的汽车元件；
图5由多个构件构成的仪表支架；和
图6具有不同附件的保险杠构成。
具体实施方式
在附图中为相同或相似部件使用了同一附图标记，其中即使出于简化的原因而省略重复的说明，也会实现相应或相同的优点。
图1a示出了时间-温度分布曲线，包含根据本发明的时间段：加热时间(t1)、保持时间(t2)、第一阶段冷却时间(t3)和第二阶段冷却时间(t4)。此外，在温度的轴线上还示出了加热温度(T1)和第一冷却温度(T2)。
从热成形的且加压淬火的、基本上处于低于200℃温度的汽车元件出发，该汽车元件在加热时间内被加热到加热温度(T1)。在初始温度低于200℃但高于室温的情况下，在本发明的范畴中热成形和加压淬火过程的剩余热能用于局部热处理。
加热具有关于时间的线性的温度升高。在加热时间(t1)结束之后在保持时间(t2)内将加热温度(T1)保持。加热温度(T1)在整个保持时间(t2)上基本上保持恒定。虽然在此未示出温度升高或温降低形式的温度波动，但是在本发明的范畴中出于希望的材料组织转变的原因或者出于生产期间的成本原因在保持时间(t2)期间可能会发生温度波动。
在保持时间(t2)结束之后，首先冷却到冷却温度(T2)。在此温度曲线在第一阶段冷却时间(t3)上线性降低到冷却温度(T2)。冷却温度(T2)在此可以处于100℃和加热温度(T1)之间的范围中。
在接下来的第二冷却步骤中在第二阶段冷却时间(t4)中进行另一线性降温。在此温度可以基本上降低到室温，但也可降低到希望的、在此未进一步示出的目标温度。
在本发明的范畴中还可想到进行在此未进一步示出的另外的降温过程。
图1b示出了热处理的关于时间的基本上近似的阶梯型分布(Staffelung)，其与图1a的区别在于：加热时间(t1)期间的温度升高具有递增的曲线并且在时间(t3、t4)上的第一和第二阶段期间的降温分别具有递减的曲线。
图1c为图1a和1b的补充，其示出了温度曲线在加热时间(t1)期间具有递减的曲线，而在时间(t3、t4)上的各个冷却阶段期间分别具有递增的降温曲线。
在本发明的范畴中还可以想到以递增、线性和递减曲线的混合形式的时间-温度分布曲线并且还实现保持时间(t2)期间的具有递增、递减或线性曲线的温度变化。
图2示出了在此未进一步示出的汽车车身的A柱2形式的汽车元件1。A柱2在其相应的侧面2a、2b具有接合法兰3，借助本发明的方法对接合法兰实施热处理。因此A柱2通过其中间的型材件4具有高强度和高硬度，其确保在碰撞情况下保护乘客车厢，并且型材件在其接合法兰3中相对于中间型材件更加具有延展性的材料特性，使得连接到接合法兰上的、在此未进一步示出的元件与A柱2保持连接并且在通过接合法兰3标出的耦合部位上不发生断裂。
图3示出了传动轴通道5形式的汽车元件1。传动轴通道5具有凹口6并且在两侧5a、5b具有接合法兰3并且具有中间的型材件4。在此可以借助本发明的方法对凹口6的端部区域7以及接合法兰3实施热处理。在汽车碰撞情况下由于对凹口6的端部区域7的热处理可以有利地避免形成裂纹，这种裂纹将对汽车元件(在此为传动轴通道5)的变形特性产生不利的影响。
图4示出了包含两个耦合的构件8、9的汽车元件1。在所示的实施变型方案中设置有一个相对于图平面在上方的构件8、一个热变形的且加压淬火的构件和一个相对于图平面在下方的构件9，一个以传统的变形方法制造的构件。两个构件8、9在耦合部位10中彼此连接。耦合部位10在连接过程之后借助本发明的方法实施热处理。
图5示出了由多个单个构件12组合而成的仪表支架11。在此这些单个构件12通过耦合部位彼此耦合。
图6示出了具有两个冲撞盒14以及连接到冲撞盒上的保持板15的保险杠13。保险杠13通过热接合与冲撞盒14在耦合部位10上耦合。
附图标记清单
1   汽车元件
2   A柱
2a 2的一侧
2b 2的一侧
3  接合法兰
4  中间型材件
5  传动轴通道
5a 传动轴通道的一侧
5b 传动轴通道的一侧
6  凹口
7  端部区域
8  上部的构件
9  下部的构件
10 耦合部位
11 仪表支架
12 单个构件
13 保险杠
14 冲撞盒
15 保持板
t1 加热时间
t2 保持时间
t3 第一阶段冷却时间
t4 第二阶段冷却时间
T1 加热温度
T2 第一阶段冷却温度

Claims (15)

1.用于制造汽车元件(1)的方法，该汽车元件包含至少一个由高强度钢制成的、热成形的且加压淬火的构件(8、9)，该汽车元件(1)用作用于汽车的结构构件和/或安全构件，包含下述方法步骤：
在汽车元件(1)的多个区域中进行局部的热处理，其中首先将这些区域加热到处于在500℃和900℃之间、优选在550℃和800℃之间、尤其是在700℃和800℃之间的温度范围内的加热温度(T1)；
在保持时间(t2)上保持加热温度(T1)；
在至少一个阶段中冷却加热温度(T1)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在构件(8、9)的接合法兰(3)上实施局部的热处理。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在构件(8、9)的凹口(6)上实施局部的热处理。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，所述汽车元件(1)由构件(8、9)通过耦合制成，并且在耦合部位(10)上实施热处理。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，通过热接合形成所述耦合。
6.根据权利要求1至5之一的方法，其特征在于，在直至30秒、优选直至20秒、特别优选直至10秒、尤其是直至5秒的时间段(t1)中实施所述加热。
7.根据权利要求1至6之一的方法，其特征在于，在直至30秒、优选直至20秒、特别优选直至10秒、尤其是直至5秒的时间段中实施所述保持时间(t2)。
8.根据权利要求1至7之一的方法，其特征在于，在至少两个阶段实施所述冷却。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述第一阶段的冷却时间(t3)比第二阶段的冷却时间(t4)持续更长时间。
10.根据权利要求8或9的方法，其特征在于，在直至120秒、优选直至60秒的时间段(t4)中实施第二阶段。
11.根据权利要求1至10之一的方法，其特征在于，所述构件(8、9)通过第一冷却阶段(t3)冷却到在200℃到900℃之间、优选在300℃和800℃之间、尤其在500℃和700℃之间的温度(T2)。
12.根据权利要求1至11之一的方法，其特征在于，通过电感加热来达到加热温度(T1)。
13.根据权利要求1至12之一的方法，其特征在于，通过红外加热来达到加热温度(T1)。
14.车身构件、尤其是根据上述权利要求1至13之一的方法制成的车身构件，所述车身构件作为用于汽车的结构构件和/或安全构件借助热成形和加压淬火制成，其特征在于，对接合法兰(3)和/或耦合部位(10)局部地在多个步骤中被热处理。
15.车身构件、尤其是根据上述权利要求1至13之一的方法制成的车身构件，所述车身构件作为用于汽车的结构构件和/或安全构件借助热成形和加压淬火制成，其特征在于，与碰撞相关的构件区域局部地在多个步骤中被热处理。
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