CN103620073A - 车辆部件和生产车辆部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产车辆部件的方法，尤其涉及生产机动车辆部件的方法，特别涉及用于生产中立柱的方法，该方法包括：提供第一铝合金；执行第一铝合金的热处理以便增加第一铝合金的延展性；提供第二铝合金；执行第二铝合金的热处理，第一铝合金的热处理与第二铝合金的热处理不同；将经热处理的第一铝合金与经热处理的第二铝合金焊接在一起，以便获得组合零件；将组合零件成形为机动车辆部件。机动车辆部件的包括第一铝合金的子区域可被设计成当由于事故而施加作用力时的预定变形区域，以便由此实现特别良好的刚性区域和可变形区域的组合，例如该刚性区域用于形成安全空间，该可变形区域形成缓冲区以吸收能量。

Description

车辆部件和生产车辆部件的方法
技术领域
本发明涉及车辆部件，尤其两块焊接在一起的铝合金的机动车辆部件，特别中立柱（B-pillar），以及涉及生产该部件的方法。
背景技术
机动车辆的车辆支撑柱将机动车辆的车顶区（车顶和内体侧的嵌板）连接到下车身结构。在涉及翻车的事故的情况下，支撑柱可以起到防止垂直变形以使车厢变得稳固的救生作用。此外，它们还具有吸收侧面碰撞中的作用力从而使车辆的成员保持安然无恙的功能。
车辆支撑柱将通过从前至后连续的字母来标示。例如，中立柱（B-pillar）代表车厢中部的位于车辆底部和车辆顶部之间的连接元件。如今，在车身构造中，通常在中立柱中使用加压硬化型调质硼钢（presshardened quenched and tempered boron steel）（例如22MnB5）。因此，支撑柱的上部被设计成具有避免中立柱在内部空间中穿透的强度，而下部大体上呈现出降低的强度，但相应地，对延展性提出了更高的要求。这将通过对支撑柱的下部部分地进行调质处理来实现。可通过在下部中的变形锻制的方式建立的材料特性允许在侧面碰撞期间减少中立柱吸收的能量，从而使支撑柱的上部能够经受住能量。
在现代的轻量化结构的尝试中，将日益采用轻金属，特别采用基于铝的合金来制造机动车辆车身以及装饰件。为了确保所需的机动车辆的结构稳定性，优选使用高强度或更高强度的合金，尤其使用AA7xxx合金系列的铝合金。这种合金尤其具有良好的强度，从而向使用这种金属制造的汽车赋予了所需的静态强度和动态强度。不利的是，这种合金呈现出弱的延展性且由此具有不佳的可变形性。于是，这种机动车辆部件的制造变得复杂，这是因为例如在深拉延（deep-drawing）中，由于低的延展性，需要大量的拉延步骤。而且，由于不佳的延展性和可变形性，具有这种部件的机动车辆的碰撞性能通常不是最佳的，其原因在于，在事故施加作用力的情况下，由于部件的低变形，所以只能吸收非常小的能量。
因此，本发明的目的在于提供一种车辆部件，尤其提供一种中立柱，其能够分别通过高强度或更高强度的铝合金来实现机动车辆的制造，并同时地展示出良好的碰撞特性。此外，本发明的目的还在于提供一种用于生产这种车辆部件的方法。
发明内容
将通过包括下列步骤的方法实现本发明的目的：
a)提供第一铝合金(11)；
b)执行所述第一铝合金(11)的热处理，以便增加所述第一铝合金(11)的延展性；
c)提供第二铝合金(12)；
d)执行所述第二铝合金(12)的热处理，所述第一铝合金(11)的热处理与所述第二铝合金(12)的热处理不同；
e)将经热处理的所述第一铝合金(11)与经热处理的所述第二铝合金(12)焊接在一起，以便获得组合零件(10)；以及
f)将所述组合零件(10)成形为所述机动车辆部件(20)。
根据本发明，对于铝合金，理解成其主要成分是铝的合金。对于第二铝合金，理解成其组分大体上与第一铝合金的组分相对应，由于对于铝合金，其化学组分相对于第一铝合金的组分来说以重量计每种成分最大相差0.5%。
在根据本发明的生产机动车辆部件的方法中，机动车辆部件的至少包含第一铝合金的子区域将经过热处理（回火）以便增加延展性。以这种方式，在部件的生产中，可以确保所期望的可变形性，并且也可以改善部件的碰撞特性。通过增加延展性，在碰撞的情况下，可以获得更高的变形度，使得结构性部件可以吸收更多能量。
根据本发明，第一铝合金和第二铝合金采用不同的热处理，这些热处理优选地分别引起T6或T7的硬度。以这种方式，可以局部地优化部件的机械特性，使得例如中立柱可以具有特别可延展的预定变形区域和特别刚性的安全区域。由此，可根据部件的每个所期望的碰撞特性调整各个区域的位置，使得基于这些结构性部件，可以生产如下机动车辆，其具有低的总重以及具有特别的刚性且由此具有稳定安全的空间，以及具有特别好的可变形性的并由此吸收能量的碰撞区域。有哪次，优选的是，对第二铝合金的热处理不是为了增加延展性而是为了增加强度。
在成形机动车辆部件之前执行两次热处理。以这种方式，将促进了成形过程，例如，在深拉延中，可以省略大量的深拉延步骤。
优选地，将两块铝合金焊接在一起的步骤是通过搅拌摩擦焊接(FSW)或激光束焊接来完成的。
将组合零件进行成形为机动车辆部件的步骤是通过使用已知的也用于常规机动车辆部件的方法来实现的。如果根据本发明的机动车辆部件是中立柱，那么，例如可以从具有平切的铸块的形式的组合零件开始生产。该铸块被切割以使得它呈现出矩形和梯形的形式，并彼此靠着放置。以这种方式，通过例如液压成形方式，获得喇叭状的管部，通过该喇叭状的管部来生产中立柱，换言之，在水压的作用下，该管部的管壁紧靠着成形的零件或模具被压制。
根据本发明，合适的是，第一铝合金和第二铝合金中每者采用高强度或更高强度的合金，尤其是AA7xxx系列铝合金（这里的铝合金的命名是铝业协会（AA）根据"International Alloy Designations and ChemicalComposition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys"的登记号）。在非热处理的状态，这种合金具有特别高的刚性，使得由这种结构性部件制成的机动车辆具有所需的静态刚性和动态刚性，热处理同时保证了良好的材料可加工性以及良好的碰撞性能。在大约8-10%的延伸率的情况下，可利用这些合金获得Rp0.2>500MPa的强度。
在优选的实施例中，两块AA7xxx系铝合金尤其优选的是从由AA7055系列合金、AA7081系列合金、AA7181系列合金、AA7085系列合金、AA7185系列合金组成的群组中选择的铝合金。
在优选的实施例中，两块AA7xxx系列铝合金彼此独立地具有以重量百分比的化学组分：
Zn：6.9-8.4，尤其是6.9-7.8；
Mg：1.2-2.4，尤其1.4-2.1；
Cn：1.3-2.6；
Mn：<0.3；
Cr或Zr：0.05-0.25；
Si：<0.3，尤其0.1-0.25；
Fe：<0.35，尤其0.1-0.25；
Ti：<0.1；
其它元素：每种均<0.05，且总计<0.2；以及
其它：铝。
特别优选地，铝合金以重量计包含0.04-0.25%，尤其是0.07-0.18%的锆。此外，特别优选的是，每块铝合金以重量计地包含1.4–1.8%的铜。这些铝合金表现出Rp0.2>500MPa的强度，尤其是在大于530MPa的强度。金属板的优选厚度处于0.5mm和3.5mm之间的范围内。
已知的是，7xxx系列铝合金以重量计可以包含多达0.05%的Ca、多达0.05%的Sr和多达0.004%的Be。传统地，铍被用作抗氧化剂，且也可以被添加到根据本发明的铝合金中。然而，铍是高毒性的。因而，由于环境保护和健康保护的原因，优选的是，根据本发明使用的铝合金大体上不含有铍。然而，低总量的钙或锶可被单独地或混合地被添加到铝合金中，以便实现与铍相同的功能。优选地，两块铝合金中的每一块含有10ppm到100ppm的钙。
此外，本发明还涉及机动车辆部件，尤其涉及中立柱，其可通过根据本发明的方法进行生产。如已陈述，材料特性的局部优化可以通过结构性部件的两个不同的热处理的方式来获得。这里，特别合适的是，机动车辆部件的包括第一铝合金的子区域被设计成在由于事故而施加作用力时的预定变形区域，以便由此实现特别良好的刚性区域和可变形区域，该刚性区域例如用于形成安全空间，该可变形区域形成用于吸收能量的缓冲区。
通过利用根据本发明的铝合金，与使用钢材的方法相比，根据本发明的机动车辆部件提供大约40%的重量潜力。如果该机动车辆部件是中立柱，那么，这相当于每辆车节省了10至13kg的重量。
为了满足机动车辆的部件的不同需求，本发明针对两块铝合金使用不同的回火（老化的状态）。这里，对初始板的材料特性进行优化，使得在成形（尤其W-回火成形）以及后续的阴极浸涂（cathodic dip painting，KTL）和/或涂装之后的结构性部件呈现出所需特性。
附图说明
在下文中，本发明以及本发明的实施例将通过附图进行详细的说明，且不受到附图的限制。
图1示出了根据本发明的方法的示意图。
图2图示地表示了将根据本发明的组合零件成形为中立柱。
具体实施方式
图1图示地表示了根据本发明的方法的操作。在实施例中，在步骤a)中，提供由AA7081系列合金制成的板，作为第一铝合金。为了增加第一铝合金的延展性，在步骤b)中，对第一铝合金执行优选来自热处理T73、T74、T76、T77、T78或T79的群组之中的T6或T7热处理，特别优选地执行T73热处理。在步骤c)中，提供由合金制成的板，作为第二铝合金，其同样属于AA7081系列。为了增加第二铝合金的强度，在步骤d)中，对第二铝合金执行优选来自热处理T73、T74、T76、T77、T78或T79的群组之中的另一T6或T7热处理，然而，第二铝合金的热处理不同于第一铝合金的热处理，且如果第一铝合金的热处理是T73热处理，则第二铝合金的热处理优选为T76热处理，反之亦然。随后，在步骤e)中，通过搅拌摩擦焊接(friction stir welding，FSW)的方式，将热处理过的第一铝合金和热处理过的第二铝合金焊接在一起，以获得组合零件。在步骤f)中，将组合零件成形为喇叭状的管部，以液压成形（hydroforming）的方式，通过该喇叭状的管部来生产中立柱。
图2详细地表示了根据本发明的将组合零件成形为中立柱的过程。板形式的组合零件10包括第一铝合金11和第二铝合金12。该两块铝合金在方法步骤b)和d)中已经经过热处理并在方法步骤e)中通过焊缝13的方式被结合在一起。在成形步骤f）中通过液压成形来具有中立柱形式的机动车辆部件20。由于来自第一铝合金11的子区域的延展性的增加，在由于事故而施加作用力的情况下，该子区域将获得特别良好的变形特性。因此，来自第一铝合金11的区域被设计成预定变形区域，其可以在碰撞中发生变形，并因此吸收大量能量。然而，来自第二铝合金12的子区域具有高的刚性。因而，当由于事故而施加作用力时，在中立柱的这个子区域不存在显著的变形。因此，这个刚性的子区域有助于车厢的安全。
应当理解的是，除了说明的中立柱，这里阐述的方法还可以适用于其他机动车辆部件。尤其是发动机罩内部零件、机动车辆管道、所有的前部纵向构件、侧围、侧面保护结构性零件、保险杠弯曲元件、座椅横向构件、车顶框架、车顶横梁、后面板横向元件、仪表板横向元件、以及后面板本身。
总的来说，通过使用这些零件，由于铝的使用而可被制造出特别轻量的机动车辆，同时机动车辆还表现出对延展性（由于该延展性，在碰撞的情况下能够吸收能量）与刚性的局部优化组合。
附图标记的列表
10：组合零件
11：第一铝合金
12：第二铝合金
13：焊缝
20：车辆部件

Claims (11)

1.一种生产车辆部件的方法，尤其一种生产机动车辆部件(20)的方法，其包括下列步骤：
a)提供第一铝合金(11)；
b)执行所述第一铝合金(11)的热处理，以便增加所述第一铝合金(11)的延展性；
c)提供第二铝合金(12)；
d)执行所述第二铝合金(12)的热处理，所述第一铝合金(11)的热处理与所述第二铝合金(12)的热处理不同；
e)将经热处理的所述第一铝合金(11)与经热处理的所述第二铝合金(12)焊接在一起，以便获得组合零件(10)；以及
f)将所述组合零件(10)成形为所述机动车辆部件(20)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二铝合金的组分大体上与所述第一铝合金的组分相对应。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一铝合金(11)和所述第二铝合金(12)中的每者均是AA7xxx系列铝合金。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一铝合金(11)和所述第二铝合金(12)中的每者均是从由AA7055系列合金、AA7081系列合金、AA7181系列合金、AA7085系列合金、AA7185系列合金组成的群组中选择的铝合金。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一铝合金(11)和所述第二铝合金(12)各自独立地具有下列以重量百分比计的化学组分：
Zn：6.9-8.4，尤其6.9-7.8；
Mg：1.2-2.4，尤其1.4-2.1；
Cu：1.3-2.6；
Mn：<0.3；
Cr或Zr：0.05-0.25；
Si：<0.3，尤其0.1-0.25；
Fe：<0.35，尤其0.1-0.25；
Ti：<0.1；
其它元素：每种均<0.05，且总计<0.2；且
其它：铝。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一铝合金(11)和所述第二铝合金(12)中的每者以重量计包含0.04-0.25%，尤其是0.07-0.18%的锆。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第一铝合金(11)和所述第二铝合金(12)中的每者以重量计包含1.4-1.8%的铜。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将上述两块铝合金(11,12)焊接在一起的步骤是通过搅拌摩擦焊接或激光束焊接实现的。
9.一种车辆部件(20)，其由根据权利要求1-7中任一项所述的方法生产。
10.根据权利要求9所述的车辆部件(20)，其特征在于，所述车辆部件是中立柱。
11.根据权利要求9或10所述的车辆部件(20)，其特征在于，所述车辆部件(20)的包括所述第一铝合金(11)的区域被设计成在由于事故而施加作用力时的预定变形区域。
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