CN105396893A - 用于形成由钢板构成的工件，尤其是坯料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于形成由钢板构成的工件(1)，尤其是坯料(1)的方法，在该方法中，以下步骤按顺序执行：提供由已通过辊压结合而彼此不可拆分地连接在一起的多个钢层(2、3)构成的工件(1)，其中至少两个钢层(2、3)具有不同的强度和/或断裂延伸率；加热所述工件(1)；以及使所述工件(1)经历热成形。为了确保高的强度并且与此同时确保能够简单地获得的可成形性，本发明提出了：已经历热成形的所述工件(1)的至少一个分段被淬火，并且随后所述工件(1)在已进行了淬火的区域中经历冷成形。本发明还涉及与上述方法相对应的工件(1)。

Description

用于形成由钢板构成的工件，尤其是坯料的方法
技术领域
本发明涉及用于形成由钢板构成的工件，尤其是坯料(blank)的方法，在该方法中，以下步骤按顺序执行：提供由已通过辊压结合而彼此不可拆分地连接在一起的多个钢层构成的工件，其中至少两个钢层具有不同的强度和/或断裂延伸率；加热所述工件；以及使所述工件经历热成形。
本发明还涉及工件，尤其是用于车辆轮辋(wheelrim)的轮盘(wheeldisc)，该工件(轮盘)由根据本发明的方法制造而成。
背景技术
车轮是安全攸关的部件，因此在工作期间必须能永久地承受高的波动机械载荷。常规的钢制车轮由轮盘和用于保持轮胎的轮辋带构成，轮盘确保与轮毂的连接，轮辋带在轮盘的内侧以环绕的形式与轮盘连接。现今，轮盘由多达11级的多级压力加工制造而成。这里，几乎排他地，仅使用强度为400至600MPa的微合金化的双相钢。除了钢制车轮的疲劳强度以外，重量也扮演者重要的角色：重量对于材料成本、非悬挂重量(non-suspendedmasses)、旋转移动重量以及燃料消耗都具有影响。
上述不证自明的事实也适用于许多其它部件，尤其是机动车的底盘区域。因此，本发明涉及任何部件的制造。因此，下述对轮盘的制造的说明仅仅作为实例。
现今，对于轮盘而言，为了获得重量上的进一步优势，必需使用具有相对高的屈服强度和足够的抗振性的材料，以确保车轮的足够的疲劳强度，此外，在具有相对小的金属板材厚度的情况下，必需以几何调整(geometricaladaptation)(例如相对厚的凸起)的方式来补偿刚度的损失。此外，几何调整在例如用于接纳车轮螺栓的螺栓孔的区域中也是必需的。然而，随着钢材料(碳钢)的强度的提高，通常存在可成形性下降的情况；因此，对于现有的轮盘来说，几何调整几乎已经被充分地开发。因此，以冷成形的方案进一步获得轻质构造的潜力似乎已受到限制。
在车辆/车体构造领域，除了所谓的冷成形，还在采用所谓的热成形。通过采用热成形，能够同时满足所获得部件的高强度以及高可成形性这两个需求。所执行的形成方法涉及现有的工件热处理方法，例如在单独的热炉中的热成形，这是现有技术所公知的。具体地说，在此，热成形和加压淬火(加压硬化，presshardening)是已知的。
例如通过使工件达到高于奥氏体化温度的温度并且在此之后在成形工具中立即执行成形，对由用于制造多种不同部件的高强度和超高强度的钢构成的坯料(板状工件)进行了热成形。
此外，公知的是对已经历热成形的部件进行加压淬火。加压淬火基于以下原理：在成形工具中将已被预先加热至高于奥氏体化温度的温度的工件进行激冷，例如在成形工具的冲模和冲压机中使用冷却通道(coolingducts)形式的冷却装置。快速冷却导致微结构被完全地转换成马氏体，由此使微结构被完全加压淬火(fullpresshardening，完全加压硬化)。
在现有技术中还已知的是具有彼此固定连接的多个钢层的复合材料。这种多层钢部件或钢坯料中的各个钢层通过辊压结合(热扎)而彼此不可拆分地连接在一起。
DE102012100278A1公开了一种双层复合材料，其中各个钢层具有不同的强度。从初始材料(即该辊压结合的金属板)开始，通过冷成形制造出了旋转对称的部件。
DE102008048389A1公开了三层复合材料，其中类似地通过冷成形形成了辊压结合的初始产品。在该情况下，内侧钢层具有比两个外侧钢层更低的强度。
DE102008022709A1类似地公开了一种三层复合材料，其中各个层可具有不同的强度。在该情况下，通过热成形来进行成形。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于形成工件的方法和与之相应的工具，借助该方法和该工具，可以同时确保高的强度和能够简单实现的可成形性。
根据本发明的第一教导，通过根据本发明第一方面的特征而实现了前述目的，也就是说，在用于形成由钢板构成的工件(尤其是坯料)的方法中，通过以下步骤而实现了前述目的。
–提供由已通过辊压结合而彼此不可拆分地连接在一起的多个钢层构成的工件，其中至少两个钢层(或者，如果仅具有两个钢层，则为其中所有钢层)具有不同的强度和/或断裂延伸率；
–加热所述工件；以及
–使所述工件经历热成形；
–对已经历热成形的所述工件的至少一个分段(section)进行淬火；以及
–使所述工件在已进行了淬火的区域中经历冷成形。
辊压结合的初始产品或坯料的各钢层沿纵向(长度方向)和横向彼此平行地行进。“已进行了淬火的区域”指的是工件(坯料)的下述区域(分段)：其沿与纵向和横向平行的方向延伸，且已经历了淬火所需的方法步骤(加热至高于奥氏体化温度的温度，以及后续的快速冷却)。“已进行了淬火的区域”还可以沿纵向和/或横向在整个工件上延伸(沿纵向和/或横向延伸跨过整个工件)，尽管该区域不必需在工件的整个厚度上(沿与纵向和横向垂直的方向)延伸，尤其地，该区域不必在所有的钢层上延伸。也就是说，在已进行了淬火的区域中，一个或多个钢层未被淬火是完全可行的，只要能够确保该区域中至少一个钢层已被(部分地或者完全地)淬火(微结构已被完全地转换成马氏体)即可。
通过使在一部分(一些)或者全部层中具有不同的强度和/或断裂延伸率的复合材料在一部分区域中先经历热成形、接着经历淬火、最终经历冷成形，可以生产不但体现出高的强度而且(在一侧)容易成形的工件或部件。
在这种情况下，高强度是通过提供至少一个具有比相邻钢层或(在钢层总数多于两层的情况下)比一个或多个其它钢层更高的强度和/或更低的断裂延伸率的钢层而实现的。
多个钢层中的另一钢层，尤其是与具有更高强度和/或更低断裂延伸率的钢层相邻的外侧钢层(位于外侧的钢层)，具有与该另一钢层的相邻钢层相比更低的强度和/或更高的断裂延伸率，因此提供了对该另一钢层进行冷成形的可能性。以这种方式，通过体积成形(massiveforming)，可以在事后(在淬火处理之后)在部件的对应侧实现特定的几何形状。
对于具有高强度和/或低断裂延伸率的钢层，例如可以使用合金钢(钢合金)，尤其是下述高强度或超高强度的合金钢：其(在已被压力淬火的状态下)具有至少1000Mpa、优选为至少1200MPa、特别优选为至少1500MPa的抗张强度Rm，和/或具有至多10％、优选为至多7％、特别优选为至多5％的断裂延伸率A80。后一种合金钢的一个实例是锰硼合金钢。作为具有相对低的强度和/或相对高的断裂延伸率的钢层，可以使用下述合金钢：其具有至多750MPa、优选为至多600MPa、特别优选为至多500MPa的抗拉强度A80，和/或具有至少12％、优选为至少16％、特别优选为至少20％的断裂延伸率A80。后一种合金钢的一个实例是微合金化钢。
根据本发明的方法的一个细化方案，在已进行了淬火的区域中，多个钢层中的仅一个或仅一部分钢层(也就是说，不是所有钢层)经历冷成形。具体地说，在已进行了淬火的区域中，至少一个外侧钢层，优选为仅一个外侧钢层，经历冷成形。这尤其是指相对于另一钢层或各个其它钢层具有更低强度和/或更高断裂延伸率的钢层。所述钢层尤其位于工件的在安装状态下远离部件(如其它车轮部件)的一侧，热成形或冷成形的所述工件在安装状态下与所述部件紧固。
在根据本发明的方法的另一个细化方案，通过加压淬火对已经历热成形的工件进行淬火(硬化)。在该加压淬火的过程中，如上文所述，使工件达到高于奥氏体化温度的温度，在该状态下，工件经历热成形，并且接着在成形工具中被激冷(intensecooling)。为了实施激冷，成形工具可以具有冷却通道等形式的冷却装置。还可以设想到的是，在成形工具中，使工件的一部分被显著更慢地冷却，因此使得这些区域(部分)中的微结构未被完全转换成马氏体，即未被完全加压淬火(而是被部分加压淬火)。
在根据本发明的方法的另一细化方案中，已经历热成形的工件沿纵向和/或横向被完全地淬火，尤其是被完全地加压淬火。这意味着，辊压结合的初始材料的多个钢层中的至少一个钢层在其整个范围内被完全地淬火，也就是说，其微结构被完全地转换成马氏体。当涉及已淬火钢层或具有已淬火区域(部分)的钢层时，这优选地是指具有相对高的强度和/或相对低的断裂延伸率的钢层。
在根据本发明的方法的另一个细化方案中，所提供的工件具有且仅具有两个已通过辊压结合而彼此不可拆分地连接在一起的钢层，且这两个钢层具有不同的强度和/或断裂延伸率。在该情况下，一个钢层由具有相对高的强度和/或相对低的断裂延伸率的钢合金构成，而与之相邻的钢层由具有相对低的强度和/或相对高的断裂延伸率的钢合金构成。在该情况下，工件还可以设置有其它的层或涂层，然而，这些层或涂层不是辊压结合的产品的一部分，而是仅在辊压处理之后施加的，例如是在涂覆处理的过程中施加的。
在根据本发明的方法的另一个细化方案中，通过所述方法形成用于车辆轮辋的轮盘。轮盘还可以在热成形处理期间或在热成形处理之后形成孔(冲出部分和/或钻孔)。
在工件的淬火之后，这种冲出部分和/或钻孔可以经历进一步的处理。根据本发明的方法的另一个细化方案，作为冷成形的结果，产生了具有确定(defined)横截面形状的孔，尤其是产生了螺栓孔。例如，如果希望以根据本发明的方法来制造轮盘，则可以设想到，由于在热成形和淬火的方法步骤之后进行冷成形，因此后续将用于接收车轮螺栓的螺栓孔的形状发生改变。具体地说，作为冷成形的结果，可以在螺栓孔中形成环形斜面，该斜面用于在安装状态下与相应的轮螺栓的圆锥形斜面相抵靠。
根据本发明的方法的另一个细化方案，辊压结合的工件(初始材料)的位于外侧的钢层，尤其是位于后续将形成用于安装其它部件(例如车辆部件)的抵靠表面一侧的钢层，具有比该钢层的相邻钢层或比所有其它钢层(在钢层总数多于两层的情况下)更高的强度和/或更低的断裂延伸率。如果希望以根据本发明的方法来制造车辆轮辋的轮盘，则在该情况下，后续将形成抵靠表面的钢层具有相对高的强度(至少该钢层也被淬火)；而相对于配合部件位于远侧的钢层，尤其是在螺栓孔的区域中，则能够以简单的方式通过体积成形(冷成形)而被二次加工，并且其几何形状能够被改变(该钢层尤其未被淬火)。
根据本发明的第二教导，通过用如上文所限定的方法制造出工件或部件，尤其是制造出车辆轮辋的轮盘，亦实现了本发明的目的。
附图说明
对于根据本发明的方法的实施例和细化方案以及根据本发明的工件而言，存在许多种可能性。就此而言，首先参考权利要求1及其从属权利要求，然后结合附图参考对示例性实施例的说明，在附图中：
图1示出了在根据本发明的方法中所使用的辊压结合的钢板的剖视图；以及
图2示出了已经历了根据本发明的方法的成形的工件的一部分的剖视图。
具体实施方式
在图1中，以剖视图示出了作为工件1的由钢板构成的坯料，该坯料处于尚未经历进一步的成形处理(热成形和后续的冷成形)的状态。
图1中的工件1由已通过辊压结合而彼此不可拆分地连接在一起的两个钢层2、3构成，两个钢层2、3就强度和断裂延伸率而言彼此不同。上钢层2由具有比另一钢层3更低的强度和更高的断裂延伸率的合金钢构成。下钢层3由具有相对高的强度和相对低的断裂延伸率的合金钢构成。在本示例性实施例中，钢层2占据了板状工件1的总厚度的60％，而钢层3占据了板状工件1的总厚度的40％。
为了获得例如图2所示的形状，图1所示的工件1首先被加热到高于奥氏体化温度的温度，然后经历热成形，继而被快速地冷却(淬火)。冷却步骤是在成形工具中执行的(所谓的加压淬火)。
由此获得的工件1随后分段地经历冷成形，尤其是在孔5的区域中经历冷成形，该区域后续形成螺栓孔。在冷成形处理中，孔5的内壁7在上钢层的区域中经历成形，使得该内壁7与车轮螺栓(其用于后续紧固至另一车轮部件)的圆锥形斜面相对应。
通过根据本发明的方法，例如可以从如图1所示出的板状工件1制造出用于车轮辋的轮盘4，在该轮盘4中，在后续将形成与其它各车轮部件抵靠的抵靠表面6的一侧获得相对高的强度，而在远离其它车轮部件的一侧，可以通过体积成形以简单方式实现相应的几何形状，例如螺栓孔5的分段锥形形式的内壁7。
部件可通过完全加压淬火来制造，并且可满足与高操作稳定性有关的需要以及与壁厚的减小有关的需要。

Claims (10)

1.一种用于形成由钢板构成的工件(1)，尤其是坯料(1)的方法，所述方法包括按顺序执行的以下步骤：
–提供由已通过辊压结合而彼此不可拆分地连接在一起的多个钢层(2、3)构成的工件(1)，其中至少两个钢层(2、3)具有不同的强度和/或断裂延伸率；
–加热所述工件(1)；以及
–使所述工件(1)经历热成形，
其特征在于，已经历热成形的所述工件(1)的至少一个分段被淬火，并且随后所述工件(1)在已进行了淬火的区域中经历冷成形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述已进行了淬火的区域中，所述多个钢层(2、3)中的仅一个钢层或仅一部分钢层经历所述冷成形。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述已进行了淬火的区域中，所述多个钢层(2、3)中的至少一个外侧钢层(2)，尤其是仅一个外侧钢层(2)经历所述冷成形。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过加压淬火对已经历热成形的所述工件(1)进行淬火。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，沿纵向和/或横向将已经历热成形的所述工件(1)完全地淬火，尤其是完全地加压淬火。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所提供的工件(1)具有且仅具有两个已通过辊压结合而彼此不可拆分地连接在一起且强度和/或断裂延伸率不同的钢层(2、3)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述方法形成了用于车辆轮辋的轮盘(4)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，作为所述冷成形的结果，产生了具有确定横截面形状的孔(5)，尤其是螺栓孔(5)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，辊压结合的所述工件(1)的外侧钢层(2)，尤其是位于后续将形成用于安装其它部件的抵靠表面(6)一侧的钢层(2)，具有比与该钢层(2)相邻的钢层(3)或比所有其它钢层(3)更高的强度。
10.一种由根据前述权利要求中任一项所述的方法制造而成的工件(1)，尤其是用于车辆轮辋的轮盘(4)。
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