CN105274469B - 板材和用于处理板材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于处理板材的方法，其具有以下步骤：a)将材料(3；26)涂覆在所述板材(1、7)的至少一个表面的第一区域(2)上，其中，所述材料(3；26)包含至少一种合金元素，并且所述表面的第二区域(4)不含所述材料(3；26)，随后b)对所述板材(1、7)进行热处理，以便使所述合金元素扩散进所述板材(1、7)的所述第一区域(2)中，其中，在扩散时所述第一区域(2)的温度低于所述板材(1、7)的熔融温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于处理板材的方法、利用该方法得到的板材以及由此制成的产品。
背景技术
以形成局部地在部分区域中具有改良性质的板材件为目的的处理板材的方法是已知的。
局部具有改良性质的板材件可以通过相应合金元素的局部搀和形成。文献DE 19650 258 A1描述了一种用于将板材炼制成合金的方法，其中，合金组分以金属线的形式输入，并且金属线与板材的接触范围通过激光加热。即使在接触区域内使板材和金属线熔化，以便在接触区域内迅速形成合金，所述方法也是耗时的，因为每个用于形成合金的接触区域都必须利用金属线和激光射线逐个经过，并进行加工。在板材的总面积上要形成合金的区域所占份额越多，利用已知方法加工板材的时间也持续越久，而且越不经济。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种成本低廉的方法，利用所述方法可以对板材有选择性地在其表面上的区域进行合金化，并且其中，所述方法的持续时间不随着在板材的总面积上要形成合金的区域所占份额的增加而变长。
根据本发明的设计方式，所述技术问题是通过用于处理板材的方法解决的，其具有以下步骤：
a)将材料安置在板材的至少一个表面的第一区域上，其中，所述材料包含至少一种合金元素，并且所述表面的第二区域不含有所述材料，随后
b)对所述板材热处理，以便使所述合金元素扩散进板材的第一区域中，其中，在扩散时第一区域的温度低于板材的熔化温度。
因为整个板材得到热处理，因此可以通过在被所述材料覆盖的整个第一区域上进行合金形成。由此，一方面使得处理所用时长与板材的总面积上的第一区域所占份额无关，另一方面使得可供用于在第一区域的每个点上形成合金的时间明显多于通过激光扫描加热的时间，从而能在低于板材的熔融温度的温度下就迅速开始合金形成，其中，仍旧保持板材的形状。
所述材料不仅线状地而且面状地安置，而不受被该材料所覆盖的板材表面的区域的形状的限制。由此对通过热处理进行合金化的区域的位置、尺寸和布置没有限制。
热处理在加热炉中进行。
用于使板材成为成品件或半成品件的继续加工包括步骤c)：使板材变形。该步骤可以节省时间地在合金化之后对板材的冷却阶段进行。
冷却阶段主要在于，板材在变形过程中将其热量排放给与其形成接触的较凉的变形工具。
所述材料可以是无定型材料。
所述无定型材料的黏度这样选择，从而使所述材料通过无定型材料的印刷、尤其是凹版印刷或丝网印刷或无定型材料的喷雾沉积被安置。
所述材料还可以是固体，所述固体被预成型为第一区域的形状并且随后被安置在板材上。所述材料可以是薄膜，例如包含合金元素的金属薄膜。还可以考虑的是，所述材料安置在载体薄膜上，所述载体薄膜在步骤a)中已经安放在板材上。
无定型材料的合金元素可以这样选择，以便使板材的第一区域比非合金板材或者说比保持非合金的第二区域具有更高的负载特性值，从而通过合金化提高第一区域的强度、硬度或弹性模量。通过合金化可以降低第一区域中的板材的可焊接性；因为在第二区域中始终具有可焊接性，由此确定将板材这样划分成第一区域和第二区域，从而使制成的板材与制成的产品的其他部件的焊接连接全部都在第二区域中进行。这尤其可以适用于钢板的情况，所述钢板搀入碳元素或提高碳元素当量的元素。由于第二区域较低的硬度，当在第二区域中固定与其他部件的连接时，使用其他固定技术、例如螺纹连接、铆接、卷边等也是有效的。
所述板材可以是钢板和合金元素：碳、氮、锰、硅、镍或铬。上述对可焊接性的不利影响也可能在钢板中出现、尤其是当加入的合金元素是碳时。
当板材可以是铝板时，合金元素尤其可以是铜、锌、镁、硅、锰或锂。
当产品由多个部件组合而成时，所述部件中的一个是板材，其如上所述地或通过上述方法被处理，并且所述部件中的另一个是加装件，其固定在所述板材的第二区域中。在此，在焊接时可以有利地利用第二区域的更好的焊接性质，并且在变形的机械接合方法时可以利用第二区域的更大的可变形性。
通过搀入材料中的合金元素，还可以改变第一区域中的板材的标准电极电位。在由多个部件构成的产品中，可以这样利用这一效果，即通过搀入适当的合金元素而使第一区域的标准电极电位接近或甚至等同于加装件的标准电极电位。这样可以在第一区域接触加装件时，使接触腐蚀的风险最小化。
附图说明
本发明的其他技术特征和优点由以下结合附图对实施例的说明给出。在附图中：
图1示意性示出根据所述方法的第一设计方式对板材的处理；
图2示出通过图1的方法加工的板材的俯视图；
图3示出是板材的变型方式的俯视图；
图4示出所述板材的另一变型方式的俯视图；
图5a至5b示出所述板材的横截面；
图6示出根据所述方法的第二设计方式对板材的处理；
图7示出根据所述方法的第三设计方式对板材的处理；
图8示出第一实施例的产品的俯视图；
图9示出第二实施例的产品的俯视图；
图10示出第三实施例的产品的俯视图。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本发明的方法的不同阶段。在图1左侧部分所示出的第一阶段中，待加工的板材作为平整的板状的板材切割段1堆放成堆叠6。
板材1由低合金钢、优选IF钢(超低碳钢)制成。
图1在堆叠6的右侧示出丝网印刷机20，板材切割段从堆叠6中被单独放置在所述丝网印刷机上。在丝网印刷机20中，每个板材切割段1的表面的第一区域上都安置了无定型材料3。所述无定型材料3包含一种或多种呈粉末形式的合金元素，所述粉末悬浮在必要时添加了胶黏剂的液体中。合金元素尤其可以在板材1是钢板的情况下是碳。然而也可以考虑氮、锰、硅、铬或镍。当板材1由其他金属、尤其低合金铝、优选由合金系列1xxx制成，合金元素尤其可以是铜、锌、镁、硅、锰或锂。粉末的颗粒可以包含呈单体形式或呈化合物形式的合金元素，所述化合物在合适的外部影响的作用下、尤其在热作用下释放出合金元素。当存在多种合金元素时，粉末的颗粒可以其本身由不同的合金元素的合金组成，或所述粉末可以是由分别含有其中一种合金元素的颗粒构成的混合物。通常，合金元素被有目的地选择，以便在合金化的第一区域2中改变板材的确定的性质、例如负载特性或标准电极电位，其中，具体来说合适的元素的选择与板材的材料有关。
图2至4示出无定型材料3在板材1的表面上的示例性分布。第一区域2被无定型材料3覆盖，第二区域4不含有无定型材料3。在图2中，第一区域2由多个独立的条带组合而成。在图3中，第一区域包括相互垂直交叉、构成小块规则纹样的条带。在图4中，第一区域是在构成第二区域4的六边形之间的网格。
在图1中，在丝网印刷机20右侧示出堆叠5，已经印刷过的板材切割段1放置成所述堆叠。
在将无定型材料3涂覆在板材切割段1上之后，堆叠5在罩式炉21中经历热处理。在扩散退火时，合金元素从无定型材料3中扩散进板材1的第一区域2。在此，在第二区域2中形成了具有无定型材料3中所包含的合金元素的板材材料的合金，第二区域保持未合金化。如果可能的话，可以这样设置扩散退火的时间和温度，从而实现合金元素从无定型材料3中向板材1的完全扩散。
当印刷过的板材切割段1堆放成堆叠5时，在无定型材料3在切割段的上侧上干燥之前，无定型材料可以从该切割段1转移至堆放在该切割段上的切割段1的底侧上，并且可以在随后的退火中在该切割段的底侧上也形成合金化的区域。如果这是不被期望的，无定型区域3可以在堆叠之前就被干燥，或者切割段1被单独放置在罩式炉21中，以便进行热处理。
合金元素在第一区域2中的板材的厚度上的分布与热处理的温度和时长有关。当待改良的性质是板材的整体性质(Bulk-Eigenschaft)、例如负载特性时，首先期望的就是，从无定型材料3中混入的合金元素在板材的整个厚度上均匀分布，如图5a所示。有助于达到这种均匀分布的是，无定型材料3必要时如上所述通过板材切割段1的堆叠从两侧被涂覆。
当待改良的性质是表面性质、例如标准电极电位时，符合目的的是，合金元素集中在第一区域2的一侧或两侧的表面层12上，如图5b所示。
当板材1是钢材料，并且合金元素是碳时，可以根据合金组成成份通过由扩散退火导致的淬火实现在合金化的第一区域2中的强度提高。必要时，可以通过随后的回火改进变形性质。为此，堆叠5从扩散退火温度以已知的程度淬火。在热处理的第二阶段中，堆叠5在罩式炉21中经历回火处理。淬火介质、淬火条件和回火条件的选择以已知的方式取决于钢材料和要实现的性质。在加热和保温时的温度曲线和时间与堆叠5的尺寸和板材厚度有关。热处理根据基体材料和/或添加的合金元素优选在惰性气体环境中、例如在氮气中进行，以便排除与空气中的氧发生的不期望的反应。尤其当基体材料是铝时，还可以考虑还原性气体。
图1在右侧示出了板材1，所述板材直接带着炉温放置在变形工具22中，并且进行热变形。由此可以省去在热变形过程中的预热。在热处理之后在变形工具22中进行板材切割段1的冷却。
图6示出根据所述方法的第二设计方式对板材的处理。在此，图6左侧部分所示，待处理的板材首先作为被卷绕成成卷材料8的板材带7出现。
板材带7逐渐从成卷材料上展开，并且穿过一个或多个喷嘴10，所述喷嘴将无定型材料3通过喷射涂覆在板材带7的表面的第一区域2上，与此同时，板材带导引通过喷嘴10下方。喷嘴10可以是位置固定的或横向于板材带7的运行方向活动。
根据一种未示出的变型方式，喷嘴10可以被辊子代替。辊子可以以在凹版印刷中已知的方式具有凹陷部，所述凹陷部借助于刮刀容纳涂抹在棍子上的无定型材料3，与此同时，辊子的未凹陷的表面不容纳无定型材料3。凹陷部这样预成型，从而使在与板材带7接触时将无定型材料3转移至板材带的表面上，并且形成第一区域2。
当第一区域2由线条或纵向延伸的元素(所述元素在板材带7的纵向边的方向上延伸)构成时，首先适合通过喷射将无定型材料3涂覆在板材带7的表面的第一区域中。
根据上述变型方式，当第一区域2沿运行方向具有重复的元素时，无定型材料3的辊轧是特别适合的。当第一区域2横向于运行方向具有纵向延伸的元素时，也同样适合所述辊轧。例如可以参考在图2至图4中示例性示出的无定型材料3在板材的表面上的分布。
在将无定型材料3涂覆在板材带7上之后，板材带如图6所示导引通过炉11，在所述炉中经历热处理。在此，合金元素从材料扩散至板材7的第一区域2中。在此，在第一区域2中形成了板材材料与在无定型材料3中所包含的合金元素的合金，第二区域4保持未合金化。如果可能的话，扩散的时间和温度这样设置，从而能实现合金元素从无定型材料3向板材1的完全扩散。热处理在惰性气体环境中、例如氮气中进行，以便排除与空气中的氧发生的不期望的反应。
在图6中，板材带在炉11之后在成造型的辊子对23之间穿行，所述辊子通过辊轧成型方法使尚且温热的板材带7变形。在若干成造型的辊子对23(图6仅示意性地示出了其中一个辊子对)中，板材带7逐步变形呈最期望的最终横截面。在此进行对板材带7的持续冷却。当要制造的造型的长度较大时，辊轧成型是有利的。
图7示出根据所述方法的第三设计方式对板材的处理。在此，如在第二设计方式中一样，待处理的板材首先作为被卷绕成成卷材料8的板材带7出现。带状的被涂覆的载体薄膜25同样也作为成卷材料出现。在载体薄膜25的一侧上局部涂覆了由含有合金元素的材料26制成的薄层。板材带7和布置在板材带上的成卷的载体薄膜25逐渐从成卷材料上展开。板材带7和载体薄膜25(该载体薄膜的被涂覆的一侧朝向板材表面)共同导引通过挤压辊24下方。在此，载体薄膜25被辊子24按压在板材7的表面上。对载体薄膜25的辊轧是在高压下进行的，从而使材料26与板材表面进行紧密的接触。
材料26可以气相沉积在载体薄膜25上。材料26包含呈单体形式或化合物形式的合金元素，所述化合物释放合金元素。当存在多种合金元素时，材料26其本身可以由不同的合金元素组成，或合金元素可以作为分别每种合金元素的相互重叠的层出现。
合金元素在板材7是钢板的情况下可以是碳。然而还可以考虑氮、锰、硅、铬或镍。当板材7由其他金属、尤其由低合金铝、尤其由合金系列1xxx制成时，合金元素尤其可以是铜、锌、镁、锰或锂。
当第一区域2由横向于板材带7的运行方向具有变化的宽度的形状和线条构成时，特别适合借助所述载体薄膜25对材料26进行涂覆，并且因此当板材带7横向于运行方向活动时，借助喷嘴10也显得不合理。此外，借助载体薄膜25还可以以极低的量涂覆材料26，所述量仅扩散到表面附近，以便改变板材带7表面的性质。
在涂覆被覆层的载体薄膜25之后，板材带7如图7所示导引通过炉11，板材带在所述炉中如所述方法的第二设计方式一样经历热处理。载体薄膜的材料在此分解并气化。热处理优选在真空下进行，以便排除载体薄膜25的分解产物与空气中的氧气的不期望的反应。
如所述方法的第二设计方式一样，板材带在图7中在炉11之后导引通过成造型的辊子对23之间，所述辊子对通过辊轧成型方法使尚且温热的板材带7变形。
分别依照由此所要制成的板材件的设计方式，将待加工的板材划分为第一和第二区域，由此可以有目的地使本身一件式的板材件的各个区域具有与该区域的各个功能相适应的材料性质。这样例如使板材件的应该具有承载功能、而且其本身不需要与其他部件直接连接的区域通过合金化被硬化，而在板材的其他设计用于与其他部件连接的区域中始终具有原始的可焊接性和/或可延展性。
图8示出由根据图1的方法处理得到的板材1或由此制成的切割段和加装件13组合而成的产品。板材1是低合金钢板、优选IF钢，合金元素是碳。加装件13与板材1的第二区域4通过焊缝14焊接。在此被有利地利用的是，在第二区域4中的碳化学当量低于第一区域2，并且由此在第二区域4中具有更好的焊接条件。同时，在第一区域2中具有较高的负载特性值，所述负载特性值使产品作为整体具有较高的强度。
图9示出第二实施例的产品，其中，板材1或由此得到的切割段和加装件15相互固定。在此，在板材1的第一区域2中还通过由被涂覆的材料加入的合金元素提高了强度。这不仅使焊接更难，而且还对其他连接技术的使用造成困难。将板材1与加装件15相连接的冲铆16由此定位在板材1的未合金化的第二区域4中，在所述第二区域中的可延展性大于第一区域2的可延展性，并且在冲裁时构成裂纹的倾向低于第一区域2。
图10示出第三实施例的产品，其中，板材1或由此得到的切割段和加装件17相互固定，其中，加装件17与板材1的第一区域2在接触区域19中粘接，其中由此可知，在接触区域19中局部形成了板材1与加装件17之间的电镀连接。板材1是低合金钢板，加装件17是不锈钢件。加装件17具有比板材1的第二区域4更高的标准电极电位。为了使第一区域2的标准电极电位接近加装件17的标准电极电位，在第一区域2中搀入铬或铬和/或镍。在此，如图7b所述，仅提高表面附近的合金浓度就足够了。
在第一区域2中接近加装件17的标准电极电位在板材1和加装件17被全面涂装或全面涂漆的情况下是有利的。因为尤其会在最难触及的板材1和加装件的连接区域中出现涂装缺陷，在连接区域中的标准电极电位的差异通常会导致腐蚀损伤。通过标准电极电位的平衡使腐蚀损伤最小化。板材1的第一区域2与第二区域4之间的边界18应该离第一区域2和加装件17的连接区域19足够远，以便能被良好地触及，并且实现无缺陷的涂装或涂漆，避免在所述边界18上的接触腐蚀。出于此目的尤其可以规定，边界18相对于接触区域19的间距在边界的整个长度上至少为50mm。
在上述实施例中，切割段还可以由板材带7得到。所述实施例不局限于已经列举的材料和合金元素。
应该明确的是，尽管上述具体描述和附图示出了本发明的特定的示例性设计方式，然而其仅作阐述之用，并不应以任何方式对本发明的保护范围构成限制。所述设计方式的不同的变型方式也是可行的，只要不脱离以下权利要求和其等同内容范围的范畴即可。由此可以由该说明书和附图中得到实施例的在权利要求中未提及的技术特征。这些技术特征还可以以与此处特别公开的组合方式不同的形式出现。事实上，多个所述技术特征以相同语句或不同的行文方式相互提及，由此不应认为所述技术特征仅能以特别公开的组合方式出现，而是原则上可以得出，从多个所述技术特征中还可以剔除或改变个别特征，只要不影响本发明的功能性即可。
附图标记清单
1 板材
2 区域
3 无定型材料
4 区域
5 堆叠
6 堆叠
7 板材带
8 成卷材料
9 成卷材料
10 喷嘴
11 炉
12 表面层
13 加装件
14 焊缝
15 加装件
16 冲铆
17 加装件
18 边界
19 接触区域
20 丝网印刷机
21 罩式炉
22 变形工具
23 辊子对
24 挤压辊
25 载体薄膜
26 材料
Claims (13)
1.一种产品，其由多个部件组合而成，其中，所述部件包括板材(1、7)和至少一个加装件(17)，
其中，所述板材(1、7)按照具有以下步骤的方法处理：
a)将材料(3；26)涂覆在所述板材(1、7)的至少一个表面的第一区域(2)上，其中，所述材料(3；26)包含至少一种合金元素，并且所述表面的第二区域(4)不含所述材料(3；26)，随后
b)对所述板材(1、7)进行热处理，以便使所述合金元素扩散进所述板材(1、7)的所述第一区域(2)中，其中，在扩散时所述第一区域(2)的温度低于所述板材(1、7)的熔融温度，
其中，所述加装件贴靠在所述板材(1、7)的第一区域(2)上，其中，所述第二区域(4)的标准电极电位的值与所述加装件(17)的标准电极电位的值的差异大于所述第一区域(2)的标准电极电位的值与所述加装件(17)的标准电极电位的值的差异。
2.根据权利要求1所述的产品，其中，所述板材(1)至少沿所述第一区域(2)与所述第二区域(4)之间的边界被涂装。
3.一种用于处理构成按照权利要求1所述的产品的板材的方法，其具有以下步骤：
a)将材料(3；26)涂覆在所述板材(1、7)的至少一个表面的第一区域(2)上，其中，所述材料(3；26)包含至少一种合金元素，并且所述表面的第二区域(4)不含所述材料(3；26)，随后
b)对所述板材(1、7)进行热处理，以便使所述合金元素扩散进所述板材(1、7)的所述第一区域(2)中，其中，在扩散时所述第一区域(2)的温度低于所述板材(1、7)的熔融温度。
4.按照权利要求3所述的方法，其中，所述热处理在炉(11)中进行。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，还包含步骤c)在跟随在所述扩散之后的冷却阶段进行对板材(1、7)的变形。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，对所述板材(1、7)的冷却是通过与变形工具(22；23)的接触进行的。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中，所述材料是无定型材料(3)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，对所述材料的涂覆是对所述无定型材料(3)的印刷或对所述无定型材料(3)的喷雾沉积。
9.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中，所述材料是固体(26)，所述固体预成型为所述第一区域(2)的形状并且随后安置在所述板材(1、7)上。
10.一种板材，其通过根据权利要求3至9中任一项所述的方法处理得到，其中，所述第一区域(2)具有比所述第二区域(4)更高的负载特性值。
11.根据权利要求10所述的板材，其中，所述板材是钢板，所述合金元素是碳、氮、锰、硅、镍或铬。
12.根据权利要求10所述的板材，其中，所述板材是铝板，所述合金元素是铜、锌、镁、硅、锰或锂。
13.一种产品，其由多个部件组合而成，其中，所述部件包括通过根据权利要求3至9中任一项所述的方法处理得到的板材(1、7)和至少一个加装件(17)，所述加装件固定在所述板材(1、7)的第二区域(4)上。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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