CN105296727B - 由多个构件组合而成的产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由多个构件组合而成的产品,其中,所述构件包括根据下述方法处理的金属板和至少一个附件(13、15、17)所述方法具有以下步骤:a)在所述金属板(1、7)的至少一个表面的第一区域(2)上涂覆无定形物质(3),其中,所述无定形物质(3)包含至少一种合金元素,并且使所述表面的第二区域(4)不含所述无定形物质(3),和b)至少局部加热所述金属板(1、7)和/或所述无定形物质(3),以使所述合金元素被合金化到所述金属板(1、7)的第一区域(2)中,同时所述第二区域(4)保持非合金化。
Description
技术领域
本发明涉及一种由多个构件组合而成的产品。
背景技术
已知用于处理金属板的方法,该方法的目的在于制备局部地在部分区域内具有优化的性能的板件。
具有局部优化性能的板件可以通过相应的合金元素的局部熔合或者说合金化来制备。文献DE 196 50 258 A1描述了一种通过输入呈以棒或金属线形式的合金组分用于激光合金化金属部件的方法。该方法尤其适合于线条状区域的合金化,但是不适合于面状区域的均匀合金化。此外,使用激光仅仅对于优化金属板或构件的较小的面状部分是经济的,但是对于较大的面状部分并不经济。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种成本廉价的用于处理金属板的方法,在使用该方法的情况下,对金属板的通过该处理其性能被改变的区域的形状没有限制。
根据本发明的一种实施方式,该技术问题是通过一种用于处理金属板的方法来实现的,其具有以下步骤:
a)在所述金属板的至少一个表面的第一区域上涂覆无定形物质,其中所述无定形物质包含至少一种合金元素,并且使所述表面的第二区域不含有所述无定形物质,和
b)至少局部加热所述金属板和/或所述无定形物质,以使所述合金元素被合金化到所述金属板的第一区域中,同时所述第二区域保持非合金化。
所述无定形物质既可以是线条状也可以是面状涂覆的,而对于金属板表面的由该无定性物质所覆盖的的区域的形状没有限制。因而对于在加热后被合金化的区域的位置、大小或布局没有限制。
加热可以在将无定形物质涂覆到金属板上之后进行。然而也可设想,将无定形物质涂覆到已然热的金属板上。
加热可以通过自文献DE 196 50 258A1已知的方式利用激光来进行。当通过将金属板和无定形物质放入炉中来进行加热时,更易于避免合金化过程的局部不均质,此外所述处理的时间与待合金化的区域的大小无关,从而也可以经济地制备宽广的合金化区域。
所述合金化期间的温度应当低于金属板的熔融温度。
将金属板再加工成成品部件或半成品部件大多包括步骤c)金属板的变形。该步骤可以省时地在金属板合金化之后的冷却阶段中发生。
冷却阶段基本上可以如下进行,即金属板在变形的同时向与其形成接触的、较冷的变形工具释放其热量。
物质的涂覆可以是物质的印刷,特别是凹版印刷或丝网印刷,或者可以是物质的喷雾沉积。
可以选择无定形物质的合金元素,以使金属板的第一区域被赋予高于非合金化金属板或者保持非合金化的第二区域的负载特性值,从而例如提高了强度、硬度或弹性模量。通过合金化可降低在第一区域的金属板的可焊接性;因为第二区域的可焊接性保持不变,所以应当这样确定将金属板划分为第一和第二区域,以使成品金属板与在成品产品中的其他构件的焊接连接全部发生在第二区域中。特别地,这可出现在碳合金化的不锈钢板的情况下。由于第二区域的硬度较低,如果与其它构件的连接局限在第二区域内,则使用诸如螺纹连接、铆接、卷边等的其它紧固技术也是有效的。
金属板可以是钢板,合金元素可以是碳、氮、锰、硅、镍或铬。如果通过无定形物质引入的合金元素为碳或者提高了碳当量,则在钢板中尤其会出现以上提及的对可焊接性的损害。
当金属板可为铝板时,合金元素特别地可为铜、锌、镁、硅、锰或锂。
对于由多个构件组合而成的产品,所述构件之一可以是如上所述的或者以上述方法处理的金属板,并且所述构件之一可以是紧固在金属板的第二区域上的附件或者说加装件。由此,在焊接时可有利地利用第二区域的更好的焊接性能,而在采取变形的、机械连接工艺时可有利地利用第二区域的更大的变形能力。
通过熔合来自无定形物质的合金元素,还可改变第一区域中的金属板的标准电势。在由多个构件组合而成的产品中可利用该效果,其中通过将适合的合金元素熔合进去,使第一区域的标准电势接近附件的标准电势或者与附件的标准电势完全相同。因此当附件碰触到第一区域时,接触腐蚀的风险被最小化。
附图说明
从接下来参考附图对实施例的描述中示出本发明的进一步特征和优点。在附图中:
图1为用于第一种实施例的方法的示意性过程;
图1a为用于第一种实施方式的金属板的俯视图;
图2为用于第二种实施例的方法的示意性过程;
图3为用于第二种实施方式的金属板的俯视图;
图4为用于第三种实施方式的金属板的俯视图;
图5为穿过金属板的截面;
图6为用于第一种实施例的产品的俯视图;
图7为用于第二种实施例的产品的俯视图;
图8为用于第三种实施例的产品的俯视图。
具体实施方式
图1示意性示出了根据本发明的方法的不同阶段。在图1的左部示出的第一阶段中,待加工的金属板作为平的、片状的板材切割段1处于垛6上。金属板1由低合金钢构成,优选地由IF钢(超低碳钢)构成。
图1在靠近金属板垛6右侧示出了丝网印刷机20,单独地将板材切割段1从垛6放入丝网印刷机20中。在丝网印刷机20中将无定形物质涂覆在每个板材切割段1的表面的第一区域上。该无定形物质含有呈粉末形式的一种或多种合金元素,所述粉末悬浮在必要时掺有粘合剂的液体中。在金属板1为钢板的情况下,该合金元素特别地可为碳。然而也可考虑氮、锰、硅、铬或镍。如果金属板1由其它金属、特别地由低合金铝、优选地由合金系列1xxx构成,则该合金元素特别地可以是铜、锌、镁、硅、锰或锂。所述粉末颗粒可包含以呈单质形式的或以化合物形式的合金元素,该化合物在适合的外部影响的作用下、特别地在热作用下释放该合金元素。当多种合金元素存在时,该粉末颗粒就其本身而言可由所述不同合金元素的合金构成,或者该粉末可以是由分别含有所述合金元素之一的颗粒构成的混合物。
图1a示出了具有第一区域2和第二区域4的金属板1的表面,第一区域2被无定型物质3覆盖,第二区域4不含无定型物质3。
图1中靠近丝网印刷机右侧示出了垛5,将已印刷的板材切割段1放置成垛5。
如图1所示,垛5在罩式炉21中进行热处理。在扩散退火中,合金元素从无定形物质3扩散进入金属板1的第一区域2。此时,在第一区域2中发生金属板材料与无定型物质3中所含合金元素的熔合,而第二区域4保持非合金化。如果可能,这样调节所述扩散退火的时间和温度,以实现所述合金元素从物质3完全扩散进入金属板1。
当将经印刷的板材切割段1堆成垛5时,在无定形物质3在该切割段的上侧上干燥之前,无定形物质3可从该切割板1向堆在该切割段上的切割段1的下侧转移,并且在随后的退火期间也可在所述切割段的下侧上形成合金化区域。如果这是不期望的,则可在堆叠之前将物质3干燥,或者使切割段1单独进入罩式炉21,以进行热处理。
当金属板1为钢材且合金元素为碳时,可以根据合金组成,通过由扩散退火达到淬火(Abschrecken)而在合金化的第一区域2中实现强度提高。当需要时,也可通过随后的回火(Anlassen)来改善变形性能。为此,将垛5从扩散退火的温度以已知的方式淬火。在热处理的第二阶段中,在罩式炉21中对垛5进行回火处理。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和待达到的性能。加热和保温期间的温度曲线和时间取决于垛5的尺寸和金属板厚度。根据基材和/或所施用的合金元素,优选地在诸如氮气的惰性气体环境气氛中进行热处理,以便消除不希望的与大气中的氧气的反应。特别地当基材为铝时,还要考虑还原性气氛。
图1在右侧上示出了从带有炉温直接放入变形工具22中并且热变形的金属板1。由此在热变形工艺期间可节省预热。在热处理之后,在变形工具22中进行板材切割段1的冷却。
在图2中示出的第二种实施例中,待加工的金属板首先是如图2左部所示的,作为缠绕成成卷材料8的金属板带7存在的。
金属板带7逐渐地从成卷材料上展开并经过一个或多个喷嘴10,在使带7通过喷嘴10下方的同时,所述喷嘴10通过喷洒将无定形物质3涂覆在带7表面的第一区域2上。喷嘴10可以是固定的或者是横向于金属板带7的运行方向可移动的。
根据未示出的变型方式,可用轧辊替代喷嘴10。该轧辊可以以在凹版印刷中已知的方式具有凹陷部,该凹陷部借助刮板容纳被涂抹在轧辊上的无定形物质3,同时该轧辊的非凹陷的表面区域不容纳物质3。所述凹陷部是这样预成型的,以使所述物质3在与带7接触期间传递到金属板带的表面上并产生第一区域2。
在将无定形物质3涂在金属板带7上之后,金属板带7穿过炉11,在炉11中对其进行热处理。由此,使合金元素从无定形物质3扩散进入金属板带7的第一区域2中。该热处理在诸如氮气的惰性气体环境中进行,以便消除不希望的与大气中的氧气的反应。
图2中金属板带在炉11之后穿过异型辊对23,异型辊对23使尚温的金属板带7通过辊式成型工艺变形。在若干数量的异型辊对23(在图2中仅示意性地示出这些异型辊对中的一个)中,金属板带7被逐步地变形为希望的最终截面。与此同时,对金属板带7进行持续冷却。如果应当制备较大长度的异型件时,辊式成型是有利的。
根据第三种实施例,用激光设备取代图2中的炉11。当无定形物质3存在的第一区域2较小或者应当制备线条状的第一区域2时,这是有利的。物质3的熔合是通过利用激光束有目的地加热第一区域2进行的。通过在激光处理期间较少的热量输入,随后的变形是作为冷变形进行的。由此可达到较低的变形程度和在经变形的区域中的强度提高。
通过所述要求保护的方法,可以以任意几何形状来设计第一区域2。如此可以例如通过第一区域的造型使强度特性和延展特性符合对构件的要求。图1a示出了由多个线条构成的第一区域2。通过线条的形状、宽度和厚度可以选择性地调节负载特性值(Belastungskennwerte)。与此同时,线条也可以平行延伸,或者如图3中示意性地说明的,也可以交叉,其中可以自由选择交叉线条之间的角度。由六角形(如图4所示)、圆形或任意形状构成的其它纹样都是可能的。
可以有针对性地选择合金元素,从而改变在合金化的第一区域2中特定的金属板特性、如负载特性值或标准电势。在第一区域2中,合金元素在金属板厚度上的分布取决于热处理的温度和时间。当待优化的性能是金属板的整体性能(Bulk-Eigenschaft)、如负载特性值时,源自无定形物质3的合金元素在整个金属板厚度上的均匀分布,如在图5a中所示的,则是尤其有利的。有助于达到这样均匀的分布的是,必要时将无定形物质3如同上文所述地通过堆叠板材切割段1来涂在双侧上。当待优化的性能是表面性能、如标准电势时,合金元素聚集在第一区域2的一侧或双侧的表面层12上则是适宜的,如图5b中所示。
图6示出了第一种实施例的由金属板1和附件13构成的产品。该金属板1由低合金钢板构成,优选地由IF钢构成,该合金元素为碳。附件13通过焊缝14与金属板1的第二区域4焊接。由此被有利地利用的是,在第二区域4中的碳当量低于第一区域2中的碳当量,并且因此在第二区域4中存在更好的焊接条件。同时,在第一区域2中存在高的负载特性值,该负载特性值使得该产品作为整体被赋予高的强度。
图7示出了第二种实施例的由金属板1和附件15构成的产品。在此也是在金属板1的第一区域2中通过源自无定形物质3的合金元素而提高了强度。这不仅妨碍了焊接,而且妨碍了其它连接技术的使用。因而在金属板1的非合金化的第二区域4中放置将金属板1与附件15连接的冲压铆钉16,与第一区域2相比,在所述第二区域4中的延展性更大,并且在冲压期间形成裂缝的倾向更低。
图8示出了第三种实施例的由金属板1和附件17构成的产品,所述附件17在接触区域19与金属板1的第一区域2粘接,其中认为在接触区域19中形成在金属板1与附件17之间的局部电镀接触。金属板1为低合金钢板,附件17为不锈钢部件。附件17具有比金属板的第二区域4高的标准电势。为了使第一区域2的标准电势接近附件17的标准电势,铬或者铬和/或镍被熔合到第一区域2中形成合金。为此,如图5b所示仅提高表面附近的合金浓度就足够了。
在第一区域2中接近附件17的标准电势特别地对于金属板1和附件17的整面涂装有利。因为涂漆缺陷、特别是在金属板1和附件17的主要是在难以触及的连接区域中发生的,所以该连接区域中的标准电势差异通常导致腐蚀损害。通过标准电势的平衡,避免了腐蚀损害。在金属板1的第一区域2和第二区域4之间的界限18应当足够远离第一区域2和附件17的接触区域19,以便能被方便地触及并且实现无缺陷的涂装,避免在界限18上的接触腐蚀。为了该目的,特别地可以规定,界限18在其整个长度上与接触区域19的距离至少为50mm。
在所有实施例中,金属板1还可以由金属板带7的切割板构成。所述实施例不限于所述的材料和合金元素。
所理解的是,以上详述和附图虽然说明了本发明的特定示例性的实施方式,但是它们应该被认为是仅仅用于说明,而不应被理解为限制本发明的范围。在不背离所附权利要求及其等同方式的范围的前提下,所述实施方式的多种变体都是可能的。特别地,在权利要求中未提及的实施例的特征来自于说明书和附图。这样的特征也可以以与在此具体公开的组合不同的方式出现。多个这样的特征在同一句子或以另一种方式在上下文中一起被提及这一事实并不因此证实这样的结论,即它们仅仅能够以所述具体公开的组合出现;相反,由此基本上认为,只要本发明的可操作性不受到质疑,也可以从多个这样的特征中省略或改变单个特征。
附图标记清单
1 板材切割段
2 区域
3 无定型物质
4 区域
5 垛
6 垛
7 金属板带
8 成卷材料
9 成卷材料
10 喷嘴
11 炉
12 金属板厚度
13 附件
14 焊缝
15 附件或者说加装件
16 冲压铆钉
17 附件或者说加装件
18 界限
19 接触区域
20 丝网印刷机
21 罩式炉
22 变形工具
23 辊对
Claims (9)
1.一种由多个构件组合而成的产品,其中,所述构件包括根据下述方法处理的金属板和至少一个附件(13、15、17),所述方法具有以下步骤:
a)在所述金属板(1、7)的至少一个表面的第一区域(2)上涂覆无定形物质(3),其中,所述无定形物质(3)包含至少一种合金元素,并且使所述表面的第二区域(4)不含所述无定形物质(3),和
b)至少局部加热所述金属板(1、7)和/或所述无定形物质(3),以使所述合金元素被合金化到所述金属板(1、7)的第一区域(2)中,同时所述第二区域(4)保持非合金化,其中,对于金属板表面的由该无定形 物质所覆盖的区域的形状没有限制,使得对于在加热后被合金化的区域的位置、大小或布局没有限制,通过熔合适合的合金元素,使第一区域的标准电势接近附件的标准电势或者与附件的标准电势完全相同,
在所述产品中,所述附件(13、15、17)贴靠在所述金属板的第一区域(2)上,其中,所述第二区域(4)的标准电势的值与所述附件的标准电势之差大于所述第一区域(2)的标准电势的值与所述附件的标准电势之差。
2.根据权利要求1所述的产品,其中,所述金属板(1)被至少沿着第一区域(2)与第二区域(4)之间的界限(18)来涂漆。
3.根据权利要求1所述的产品,其中,所述加热在将所述无定形物质(3)涂覆到所述金属板(1、7)上之后进行。
4.根据权利要求1所述的产品,其中,所述加热通过将所述金属板(1、7)和所述无定形物质(3)放入炉中进行。
5.根据权利要求1所述的产品,其中,所述合金化期间的温度低于所述金属板(1、7)的熔融温度。
6.根据权利要求1所述的产品,其中,在所述合金化之后的冷却阶段中进行步骤c):所述金属板(1、7)的变形。
7.根据权利要求6所述的产品,其中,通过与变形工具的接触进行所述金属板(1、7)的冷却。
8.根据权利要求1所述的产品,其中,所述物质(3)的涂覆是所述物质(3)的印刷或者所述物质(3)的喷雾沉积。
9.根据权利要求8所述的产品,其中,所述印刷是凹版印刷或丝网印刷。
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