CN102365375A - 用于制备部分硬化的钢部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制备部分硬化的钢部件的方法，其中将由可硬化的钢板构成的坯体经受足以淬火硬化的升温，在达到所需的温度之后且任选地在所需的保持时间之后，将该坯体转移到成型工具中，在所述成型工具中该坯体形成部件并同时淬火硬化，或者将该坯体冷成型然后将由冷成型得到的该部件经过升温，所述升温的进行使得达到淬火硬化所需的部件温度，然后将该部件转移到工具中，在所述工具中将该经加热的部件冷却并由此淬火硬化，特征在于在为了将温度升高到硬化所需的温度而对该坯体或部件进行加热的过程中，吸收物质靠在倾向于具有较低硬度和/或较高延性的区域上和/或与其间隔小的间隙；从该吸收物质的膨胀和厚度、导热率、热容量、和/或发射系数方面考虑，该吸收物质的尺寸使得作用在该部件的待保持延展性的区域中的热能通过该部件流入该吸收物质中。

Description

用于制备部分硬化的钢部件的方法

本发明涉及依照权利要求1的前序部分的用于制备部分硬化的钢部件的方法。

已知通过将平坦的坯体加热到奥氏体化温度，使其成形然后使其快速冷却以硬化并制备钢部件。

还已知加热已经冷成型的部件然后将其在对应于该部件的最终形状的工具中冷却并硬化。

为了得到具有不同硬度区域的硬化部件，尤其已知由激光焊坯制备该部件，该激光焊坯由不同品质和可硬化性的钢构成。因此能够通过相应升温硬化的钢位于在这些温度时不能硬化或通常不能硬化的的钢的临近。

DE 197 43 802 C2公开了用于制备金属成形部件的方法，其中该金属成形部件倾向于具有具有较高延展性的区域；该成形部件是由可硬化的钢构成的，在第一步中，在少于30秒的时间内使坯体的部分区域达到600℃-900℃的温度，然后将该经热处理的坯体在压制工具中形成该成形部件，然后将该成形部件在该压制工具中冷却，由此使其部分硬化。

在该在先公开文件中所述的另一实施方式中，首先将成形部件均匀加热到硬化所需的温度，然后使该坯体在该压制工具中经过其最终成形，将其变成该成形部件。所需的硬化发生在该压制工具中。然后将经均匀硬化的部件放置在输送机中并通过夹持装置定位。在该输送机上，该成型部件通过加热装置，在该加热装置中用感应器将需要具有较高的延展性的区域在非常短的时间内加热到600℃-800℃的温度然后足够缓慢地冷却使得不发生重新硬化而是这些部分进而是延展性的。该方法具有以下缺点：其需要多个步骤且也非常耗能。

DE200 14 361 U1公开了用于机动车的B梁，其由钢的纵向型材构成，其中该纵向型材往往具有具有主要是马氏体的材料结构和大于1,400N/mm²的强度的第一纵截面，和具有更高的延展性和主要是铁素体/珠光体的材料结构和小于850N/mm²的强度的第二纵截面。为了建立这些不同的区域，从该在先公开文件中得知是通过放置隔热元件以使这些隔热元件包围和覆盖该纵向型材，而将该纵向型材的要保持柔软的区域隔离起来以保护它们不受炉子热量的影响。结果，这些区域理应不经历明显加热，以使这些剖面的总温度增加值显著低于奥氏体温度。

在另一实施方案中，首先将该成型坯体完全均匀加热到奥氏体化温度，并在将该坯体转移或移动到该硬化工具中的过程中，通过特定地但不是急剧的冷却使其达到明显低于该奥氏体化温度的温度，使得在该热成型过程中不产生纯的马氏体结构。该方法具有以下缺点：坯体或预成型的部件的定向冷却提高了循环时间并需要另外的处理步骤。使用对该炉子的热量的隔离，不利的是将该隔热固定就位并随后将其除去使得需要另外的步骤，这提高了循环时间并增大工艺成本。

EP 0 816 520 B1公开了压制硬化的部件及其硬化方法。该部件意于包括硬化和未硬化的区域，该方法使用感应器通过以下硬化该部件或型材：将该部件加热到奥氏体化温度的至少一半，并在用该感应器处理之后将该部件输送到冷却装置，例如设有喷水流，其进行硬化所需的快速冷却。实验显示该方法是非常昂贵的且导致非常长的循环时间；实验还显示该方法导致部件的非常强烈的扭曲。这也是在实践中不使用该方法的原因。

本发明的目的是产生简单和经济有利的用于制备部分硬化的钢部件的方法，同时实现高工艺可靠性以及有利地在不同区域中实现可预测的硬度值。

通过具有权利要求1的特征部分的方法实现了该目的。

在从属权利要求中限定了有利的实施方案。

依照本发明，在加热过程中，吸收物质靠在待几乎不经历或不经历硬化的区域上。在本发明的上下文中，该表述“靠在……上”也应该理解包括其中在该吸收物质和该坯体之间存在小的距离（特别地0.5-2mm的距离）的设置。

该吸收物质是在该炉工艺过程中靠在该热坯体上的“冷”物质。该物质通过接触表面或通过跨过该窄间隙的辐射从该坯体中提取热量。在本发明的上下文中，传热包括通过接触表面以该吸收物质与该坯体的直接接触的热传导、以及扩过短距离的热辐射。该物质因此部分吸收了该坯体的能量，将其输送通过该炉子。因此，靠在该板上的“冷”物质在下文也称作吸收物质。因此，采用本发明，发生从该炉腔通过该部件的金属板并进入该吸收物质的热流。不发生隔热。

依照本发明，在该加热过程中，不将该部件的数个部分加热到奥氏体开始温度，或仅将其短时期加热到该温度。因此，在这些区域中的该材料不转变为奥氏体或仅部分这样，并因此在该压制（压制硬化）过程中在这些区域中不能转变为马氏体。在压制硬化中由于预先热处理而不转变为马氏体的区域具有比在热处理过程中加热到奥氏体开始温度并然后在压制中硬化的区域显著更低的强度。

该部分奥氏体化/部分非奥氏体化是通过以下实现的：在该热处理开始时（在该部件进入炉子之前）将该吸收物体部分放在该部件上。该吸收物质靠在该部件上，并部分模仿该部件的形状。在通过该炉子的过程中，对该较大的吸收物质的加热作用比对该部件远小得多。因此，通过与该物质的部分接触从靠着该接触表面的部件中提取能量（能量流总是从热到冷流动）。因此，在这些区域中，该部件比在没有物质靠在其上的其余区域中加热得更慢得多并被加热到更低的温度。

能够通过将该吸收物质靠在其上而以定向方式制备该软区域。使用相同的接触面积而不同的吸收物质厚度（甚至通过其膨胀），可以制备不同的强度。因此可以仅通过改变该吸收物质或构成该吸收物质的材料的厚度（甚至通过其膨胀）来实际上设定在500-1,500MPa之间的任意强度。在硬和软材料之间的强度过渡区域约为20-50mm，特别地为20-30mm。

除此之外，能够提供空气间隙，特别是在边缘区域中，以使该硬度过渡甚至更宽。

为使该工艺可靠，需要确保该吸收物质在返回该炉子之前总是具有适当恒定的低温。在该连续制备工艺中，这能够在该炉支持的回程中以不同的方式实现。

大的可精确调节的均匀的从硬到软的过渡区域导致出现例如如下事实：在碰撞的情况中，该部件的从硬到软的过渡区域能够均匀吸收所产生的应力并“软”吸收震动，因此防止该部件在碰撞过程中部分过载并可能断裂，导致部件失效。

具有特定的部件几何形状时，较大的过渡区域还防止了该部件在工件构造过程中采用的焊接点的区域中断裂。

还可以在焊接点的附近使用精确限定的延展性区域以在碰撞过程中对该部件的行为实施精确定位的影响。

为了减少通过炉子腔气氛的其余部分导致的对吸收物质的加热，能够在该吸收物质与该部件相反的一侧上提供热防护板。这些热防护板能够由各种材料制成，特别地为陶瓷或金属材料。

而且，能够使用适当选择的发射系数（表面状态、镀层、涂层）来选择性控制由于从该炉腔放出的辐射而使该吸收物质和/或热防护板的热吸收。也可以选择性影响由于该坯体的辐射而造成该吸收物质的热吸收。

下面将结合附图解释本发明。

图1：显示了在其上放置有吸收物质的坯体。

图2：显示了该坯体和放置在其上的吸收物质的加热曲线。

图3：显示了在除去该吸收物质并完全冷却之后的该坯体。

图4：示意性地描绘了已经放置在最终成型的部件上的吸收物质。

图5：是图4中描绘的部分截面图。

图6：是图4中描绘的顶视图。

图7：是图6中描绘的部分截面图。

图8：是图4中描绘的截面图。

图9：显示了另一实施方案，其中该最终模制的部件靠在对应形状的吸收物质上。

图10：显示了部件的两个加热曲线，其中该温度是在位于下面的吸收物质的区域中以及在未被该吸收物质占据的区域中测量的。

依照本发明，在本发明的第一实施方案中，将吸收物质（例如由钢制成的盒状部件的形式）放置在待奥氏体化的板上。

能够使用任意形式的耐热金属（例如Ampco合金和钢，尤其还包括耐热钢）以及陶瓷部件用于该吸收物质。导热率和热容量对其适用性是决定性的因素。在本例中该吸收物质具有相当于应当保持较软的区域的外部形状或轮廓，其也可以与该成型部件的形状相匹配。特别地，该吸收物质也能够天然具有与简单盒状形状不同的形状，具有复杂的不规则形状，甚至具有凹口。

图2显示了该坯体的加热曲线和该吸收物质的加热曲线。

显然可见该吸收物质加热显著迟滞，而且在从该炉中取出用于压制硬化时，该坯体的未覆盖区域具有720℃的温度，而该吸收物体和因此在其下的该板区域具有低于600℃的温度，其不会导致硬化，甚至随后快速冷却也不会。

在除去该吸收物质并冷却之后，该坯体具有图3中所描绘的外观，其显示了在其中保持有吸收物质的区域中，该金属具有基本上未改变的亮金属外观。从该硬区域到在该吸收物质之下的软区域的硬度过渡区域为20mm-50mm，特别地为20mm-30mm。

在另一有利的实施方案中，该吸收物质具有与最终成型的工件的形状匹配的形状。为了使其硬化，随后将该最终成型的工件加热，以及在加热之后，将其在成型工具中冷却而没有显著的扭曲。在该加热过程中，如图4中所示，将该吸收物质放置在位于该炉中的该部件上以使下面的金属板在较低的温度离开该炉子，或者如图9中所示，放置该部件以使其部分靠在该吸收物质上。对加热的影响是相同的。

图10显示了其中在加热过程中在部件中测量温度（即一次在位于下面的吸收物质的区域中，另一次在其中不存在吸收物质的区域中）的图表。该图表清楚显示了在该吸收物质上方的部件温度在非临界范围内，这表明由于加热显著减少而在那儿将不发生硬化。

如上所述，该吸收物质能够如此设置以使得平板或已经预成型的部件在需要保持较软的区域处靠在该吸收物质上，甚至在一些区域中可以与其隔开略微较大的空气间隙，特别地为4mm-10mm的空气间隙，以产生硬度过渡。

例如，该吸收物质的优选使用是在部件或坯体上产生圆形或环形的较软区域，特别地在待进行结合工艺的位置处的法兰区域中。这对于焊接连接是特别有利的，因为已经证明在对涂锌的高度可硬化的钢板进行热处理时，该硬化借助于氧化物沉积物部分改变了该锌涂层的表面，降低了其可焊接性。如果由于吸收物质（特别是形式为伸长的吸收物质时）的存在，这些具有吸收物质的区域保持较软，例如在法兰区域中，且具有圆柱状的凸起（该部件靠在其上），然后能够产生其中该锌表面不会受到不利地改变的区域，因此在这些区域中保持非常好的可焊接性。这由于机械原因是有利的，因为该焊接的连接在这些较软的区域中保持甚至更具延展性，允许发生所谓的解扣性断裂（unbuttoning fracture），因此另外实现在工业中优选的断裂模式。

在该炉工艺之后，能够通过在该炉支持的回程上的冷却部分将该吸收物质主动冷却。在该吸收物质再次通入该炉中之前，该冷却部分确保了该物质的温度总是具有恒定的低温。能够使用不同的冷却介质冷却该吸收物质，例如压缩空气或氮气。

该炉支持可以改变以使能够用机器人或适合的机构将该吸收物质放置在该炉支持上并从其上除去。这能够如下在连续制备工艺中实施。炉支持的返回越过该炉子。在这种情况中，该炉支持总是在相同的位置保持约20秒。在那儿能够设置机器人或适合的机构；其将该热吸收物质从其夹具中除去，然后将冷吸收物质放在其的位置。能够将该热吸收物质转移到（主动或被动）冷却回路中，其将该热吸收物质冷却直至将其重复利用。这样确保了在该炉工艺中该吸收物质总是从该炉子中的部件中提取相同量的能量。

该部分奥氏体化之后能够是部分压制硬化。

本发明优点是：

- 可靠地确保了该部件的几何形状，因为在压制硬化中，该部件在冷却过程中保持在该压制工具中。

- 在该压制硬化中循环时间并未增长。

- 不需要额外的回火。

- 能够在该炉支持上选择性达到500MPa-1,500 MPa之间的任何强度，具体取决于该吸收物质，。

- 易管理的投资成本。

- 能够根据应用自由改变每个延性区域的尺寸。

- 在硬区域和软区域之间有较窄的硬度过渡区域。

为了避免由于靠在其上的吸收物质在该部件表面上产生表面污染或起泡，需要确保在该吸收物质的接触表面上没有污染物以及没有由于该恒定的加热和冷却工艺而在其上有锈聚集。或者必须使用适合的材料作为该吸收物质，或者相应的表面涂覆是有利的。

Claims (6)

1.用于制备部分硬化的钢部件的方法，其中将由可硬化的钢板构成的坯体经受足以淬火硬化的升温，在达到所需的温度之后且任选地在所需的保持时间之后，将该坯体转移到成型工具中，在所述成型工具中该坯体形成部件并同时淬火硬化，或者将该坯体冷成型然后将由冷成型得到的该部件经过升温，所述升温的进行使得达到淬火硬化所需的部件温度，然后将该部件转移到工具中，在所述工具中将该经加热的部件冷却并由此淬火硬化，

特征在于在为了将温度升高到硬化所需的温度而对该坯体或部件进行加热的过程中，吸收物质靠在倾向于具有较低硬度和/或较高延性的区域上和/或与其间隔小的间隙；从该吸收物质的膨胀和厚度、导热率及热容量和/或发射系数方面考虑，该吸收物质的尺寸使得作用在该部件的待保持延性的区域中的热能通过该部件流入该吸收物质中。

2.权利要求1的方法，其特征在于使用由耐热金属构成的吸收物质，所述耐热金属例如Ampco合金或钢等，将该吸收物质的至少一个表面经轮廓设计以使其靠在该坯体或部件上和/或与其间隔小的间隙，特别地间隙为0.5mm-2mm，或者为了调节硬化过渡区域，使其在一些区域中与该坯体或部件间隔略微较大的空气间隙，特别地间隙为4-10mm。

3.前述权利要求之一的方法，其特征在于该一个或多个吸收物质位于将该坯体或部件输送通过加热装置，例如炉子，的支撑上，当该支撑移动通过该加热装置时，该坯体或部件靠在该一个或多个吸收物质上。

4.前述一项或多项权利要求的方法，其特征在于在该吸收物质朝向炉腔的一个或多个表面上，提供防护板，其防护该吸收物质不受该炉腔散发的辐射的影响。

5.前述一项或多项权利要求的方法，其特征在于通过调节该吸收物质表面的发射系数来控制该吸收物质从该炉腔和/或从该部件的热吸收。

6.前述一项或多项权利要求的方法，其特征在于通过调节该防护板表面的发射系数来控制该防护板从该炉腔的热吸收。

Images