CN105452093A - 硬化部件的组件及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产包括至少两个接合的金属部件的组件的方法，至少一个部件由能热处理的钢构成，其中，通过使用热接合方法使部件彼此接合以形成组件。本发明还涉及一种包括至少两个接合的金属部件的组件，至少一个部件由能热处理的钢构成，并且部件使用热接合方法而彼此接合以形成组件。通过在接合之后使组件的局部区域硬化使得组件的至少一个接合的连接部具有至少局部硬化的微观结构，来实现如下目的：提供一种生产包括至少两个接合的金属部件的组件的方法，尽管在组件的单独部件之间存在连接点，也可以利用该方法将相应的组件特别地设定成均一的高强度。

Description

硬化部件的组件及生产方法

技术领域

本发明涉及一种生产包括至少两个接合的金属部件的组件的方法，至少一个部件由能热处理的钢构成，其中，通过使用热接合方法使部件彼此接合以形成组件。本发明还涉及一种包括至少两个接合的金属部件的组件，至少一个部件由能热处理的钢构成，并且部件借助热接合方法来彼此接合以形成组件。

背景技术

包括至少两个接合的金属部件的组件通常用于提供例如钢等金属的复杂构造，这些金属完全不能够形成为一件或者仅能以非常费力的方式形成为一件。然后，通常将部件热焊接以形成组件，使得在要接合的部分之间产生具有高承载能力的一体接合的连接部。随着减小相应组件的重量的需求增长(例如，在汽车制造中)，使用可以通过热处理方法而硬化的能热处理的钢，从而可以提供非常高的强度值。相应的能热处理的钢的典型实例是锰硼钢。双相钢或TRIP(相变诱导塑性)钢同样可以通过导致微观结构转变的热处理来硬化，以形成硬化微观结构。在硬化之后，通常将硬化部件焊接以形成组件。然而，特别是对硬化材料而言，在组件的部件之间的焊缝导致微观结构的转变的重建和焊缝的区域中的弱化。然而，为了提供足够的强度，到目前为止已经使部件的壁厚具有更大的尺寸，以至于到目前为止不可能开发出对所使用高强度材料的完全的重量节省潜能。特别是在车辆制造中，例如，当车辆结构中设置有节点结构时，存在如下的附加因素：节点结构常常受到较大的力，使得所使用高强度材料的壁厚尺寸特别重要。然而，由于节点结构的复杂几何形状，所以一体式生产常常因必要数量的成形工序而被排除。

此外，大量的焊接连接部因热量输入而导致白车身扭曲，这仅可以利用高昂的设备花费来进行补偿。

欧洲专利说明书EP1809776B1公开了一种生产车辆部件的方法，其中，利用焊接法和/或钎焊法将硼合金的能热处理的钢的至少一个金属板与双相钢或TRIP钢的另一个金属板连接，对连接好的板进行热成形处理，并且仅对连接部的硼合金部分进行加压硬化。因为特别是在焊接区域中仅可以提供很低的强度，因此，不能够以已知的方法生产例如车辆结构中的具有均匀负载吸收能力的节点结构等复杂组件。

发明内容

在此基础上，本发明的目的在于提供一种生产包括至少两个接合的金属部件的组件的方法，虽然在组件的单独部件之间存在连接点，也可以利用该方法将相应的组件特别地设定成均一的高强度。此外，提出相应生产出的组件。

根据本发明的第一教导，通过在接合之后使组件的局部区域硬化使得组件的至少一个接合的连接部具有至少局部硬化的微观结构来实现所述目的。与从现有技术了解的方法不同的是，组件首先通过热接合而从相应的部件生产出来并随后整体地进行硬化处理。结果，现有的接合部也得到硬化，使得组件总体具有均匀的负载吸收能力或均匀分布的强度。因为特别是所使用的部件的壁厚不再必须形成为与焊接的强度匹配，所以可以利用根据本发明的方法来完全地开发出所使用的能热处理的钢(例如，锰硼钢)的减重潜能。根据本发明，这是因为焊缝具有至少局部硬化的微观结构并因此有助于组件的整体强度。因为这还可能因热效应和后续的微观结构转变而减小要接合的部分的强度，所以除了例如保护电弧焊接法、激光焊接法、激光复合焊接法等焊接法之外，钎焊法也被考虑作为热接合方法。可以利用例如点焊法、步进式接缝法和/或(连续)接缝法将部件与搭接部或对接部例如接合或焊接起来。

根据本方法的第一改进方式，通过至少一个冷成形处理来生产组件的部件。考虑例如弯曲、深拉、拉伸、拉伸成形、冲压或利用活性介质成形作为冷成形方法。

根据进一步的实施例，在硬化之前，优选地将组件的至少局部区域加热至组件的一个部件或组件的所有部件的要被硬化的能热处理的钢的Ac₁温度点以上(优选地为Ac₃温度点以上)的温度，并以限定的冷却速度进行冷却，从而产生至少局部硬化的微观结构。把在相应材料的Ac₁温度以上(优选地为Ac₃温度以上)存在的奥氏体结构特定地转变成马氏体结构具有显著地提高组件的强度的作用。当然，以上也适用于接合的连接部的同样至少局部形成马氏体结构的区域。如上所述，就这方面而言，焊缝因此同样具有高强度值。

在使组件硬化期间，通过在硬化期间在组件的局部区域中产生与所发生的负载相适应且选择性地在不同区域之间变化的硬化微观结构比例，可以附加地允许在后续使用中在组件上发生不同的负载。结果，可以提供包括具有不同强度的不同区域的组件并由此最佳地适合于特定的应用。例如，应用可以要求：组件必须具有一方面为易延展、较柔软的区域以及另一方面为高强度的区域。独立于组件的部件之间的相应接合的连接部的位置，可以利用根据本发明的方法独立地设定以上内容。

根据另一个改进方式，可以通过在温度受控的硬化用模具中进行硬化来尤其精确地设定要生产的组件的强度，从而可以利用在不同区域之间变化的模具温度来实现组件的在不同区域之间变化的冷却速度。冷却速度的变化允许影响马氏体结构的形成。因此，可以容易地通过改变模具温度来设定冷却速度以在区域中得到期望比例的马氏体结构。不言而喻，还可以利用温度控制的硬化用模具来实现遍及整个组件的大致恒定的冷却速度。

作为选择，根据另一个改进方式，可以在不同区域之间差异化地加热要生产的组件，以在组件中设定不同的强度，要设定为低强度的区域例如不被加热至组件的一个部件或组件的所有部件的要被硬化的能热处理的钢的Ac₁温度点以上。差异化加热的组件被转移到硬化用模具中，并使因加热而形成奥氏体结构的区域硬化。

根据本方法的进一步的改进方式，在硬化期间，在硬化用模具中将组件热成形和/或校准。利用该改进方式，使得例如在处于温热状态下的材料的Ac₁温度以上(优选地为Ac₃温度以上)的温度，可以更容易地形成奥氏体结构。此外，可以容易地将跨越多个部件的例如焊道、冲压成形部或其他二次成形元件等变形引入到组件中。附加的校准步骤允许在硬化之后提供具有特别小的尺寸公差的组件。

优选地通过将至少一个型材热接合至另一个部件来生产组件。为了能够使用组件，通常必须将型材(特别是局部闭口型材)热接合至另一个部件，使得包括通过热接合而连接至另一个部件的型材在内的组件特别地从本方法中获益。这是因为包括接合的型材的组件可以容易地具有均匀的强度分布。

根据本发明的另一个改进方式，以上特别应用于生产至少两个型材的节点结构作为组件且型材的节点结构被至少局部硬化的情况。型材的节点结构常常表示为布置有接合的连接部且因此对节点结构的壁厚的尺寸产生影响的区域。例如，特别是在汽车中需要相应的节点结构。

因此，根据本发明的进一步的实施例，组件优选地为汽车的A柱、B柱或C柱，利用硬化步骤将具有变化强度的区域引入到组件中。结果，可以容易地使组件适应在特定应用中发生的负载。因此，例如，B柱的顶部区域和中间区域设置有最大强度的微观结构，而柔软的B柱基座可以吸收冲击能。

根据基于本发明的方法的另一个改进方式，还可以创造如下的条件：允许通过在组件中的具有硬化微观结构的两个区域之间产生具有低强度的柔软区域来帮助分离组件，例如，分离组件的型材。可以在例如B柱中设置柔软、易延展的区域，于是，在发生事故的情况下，救援团队可以更容易地移除B柱。

最后，汽车的框架结构中的节点结构(特别是由型材状的车顶架、车顶横梁部件型材和/或柱式型材构成的车顶架的节点结构)优选地形成作为组件。车辆的例如车顶架等框架结构(特别是在节点结构中)必须吸收并转移非常大的力，从而可以使用高强度、硬化的微观结构以实现显著的减重。例如焊缝等关键热接合部特别地具有硬化微观结构，使得关键热接合部可以有助于高负载吸收能力。

根据本发明的第二教导，利用包括至少两个接合的金属部件的组件来实现上述目的，至少一个部件由能热处理的钢构成，并且所述部件使用热接合方法而彼此接合以形成组件。通过在接合之后使组件的至少局部区域硬化来实现上述目的，并且至少一个接合的连接部具有至少局部硬化的微观结构。

根据本发明的组件与常规的组件的不同之处在于：利用焊接法(特别是激光焊接法)或钎焊法产生的热接合部通过随后的硬化处理而同样设置有硬化微观结构。这意味着接合区域也可以有助于期望的负载吸收能力。因此，对组件的例如跨越多个部件的局部区域执行硬化，使得接合的连接部的区域以及两个部件的区域从转变成硬化微观结构的微观结构转变中获益。

根据组件的另一个改进方式，组件包括至少一个型材或至少两个型材的节点结构。型材(至少局部闭口或开口的型材)常常用于吸收较大的力。型材通常借助于热接合部(特别是焊缝)彼此连接。节点结构表示受到特别大的负载的区域(例如车架结构)，因为在节点结构中必须吸收并转移多个型材的力，所以使得在接合的连接部中设置硬化微观结构提供了特别大的减重潜能。

为了在就汽车中的负载承载功能而言不做出任何巨大牺牲的情况下在汽车的B柱中设置可以分离B柱的区域，组件包括位于两个硬化区域之间的具有低强度的柔软区域。在发生事故的情况下，该非硬化区域这时可以用于例如分离B柱以救援乘客。此外，还存在其他应用可能性，其中，位于两个硬化区域之间的更柔软、更易延展的微观结构的布置是必需的。

根据另一个改进方式，组件优选地为汽车的A柱、B柱或C柱并包括具有变化强度的区域。在上文中已经说明了汽车的相应设计出的A柱、B柱或C柱的优点。

根据组件的另一个改进方式，组件具有位于汽车的框架结构中的至少一个节点结构。如上所述，汽车的框架结构中的节点结构受到特别大的力。在根据本发明的组件的实施例中不存在通常存在的具有较小强度的焊缝，使得在相同的力吸收能力的情况下显著地减小壁厚成为可能。结果，这使很大的减重潜能成为可能。

附图说明

下面将基于示例性实施例以及附图对本发明进行说明，在附图中：

图1是示出了由三个部件组成的组件的第一示例性实施例的示意性透视图，

图2是以单独的视图示出了组件的部件的透视图，

图3示出了处于被装配在汽车中的状态的图1中的组件的示例性实施例，

图4示意性地示出了根据本发明的用于生产组件的方法的示例性实施例的方法步骤，以及

图5是示出了以汽车的B柱的形式呈现的组件的第二示例性实施例的侧视图。

具体实施方式

在图1中，在示意性透视图中示出了组件的示例性实施例，该组件包括闭口型材1、连接件2和开口型材3。至少一个部件(例如，闭口型材1)由能热处理的钢构成并可以通过热处理来硬化。在本情况中，部件1、2和3是B柱(Bpillar)的一部分并均由能热处理的钢构成，例如，由硼合金钢(优选地为22MnB5类型的钢)构成。预先通过例如拉伸、弯曲等冷成形处理或涉及活性介质的成形处理来生产部件1、2和3。除了使用整体的半成品之外，也可以想到使用多层金属复合材料(特别是各层中的至少一层由能热处理的钢构成)的半成品。

连接件2具有与开口型材3接合的接缝5以及与闭口型材1接合的接缝4这两者，连接件2借助于接缝4和5使两个型材3和1彼此连接。

图2再次示出了连接件2，连接件2与型材1和型材3一样也通过冷成形处理来产生。

在图3中，图1中的组件被示意性地示出为处于其在汽车中的位置。车顶架6与形成为B柱的组件(包括部件1、2和3)一起表示节点结构7，该节点结构7将车顶架6连接至由部件1、2和3组成的B柱。因为已经利用根据本发明的方法生产了图3所示的B柱，所以B柱优选地具有由位于附接至车顶架6的区域中的硬化微观结构构成的区域。B柱的在图3中所示的区域可以例如均由硬化微观结构构成。基于根据本发明的生产方法，焊缝4和5特别相似地具有位于焊接区域中的硬化微观结构，使得可以提供具有最大强度的节点结构。

图4示意性地示出了本方法的示例性实施例的方法步骤A’、A、B、C和D以及通过以B柱的形式作为实例给出的组件的相关的透视图。首先，在方法步骤A中，利用焊接方法使由闭口型材1、连接件2和开口型材3组成的组件热接合以形成单一组件。也可以想到使用热钎焊方法。在方法步骤B中，随后对由此产生的组件进行加热处理，其中，在本实例中，将组件完全加热至相应材料的Ac₃温度点以上的温度。结果，组件的微观结构被完全地转变成奥氏体。在组件被放置在硬化用模具8中之后，根据方法步骤C，将组件热成形及快速冷却，使得在方法步骤D中，生产完全硬化的组件，组件的焊缝4和5同样具有硬化微观结构。

在仅示意性地表示的硬化用模具8中，跨越多个部件的焊道2a和凹槽1a例如被引入到闭口型材1中并被加压硬化(press-hardened)。在硬化用模具8中，可以通过快速冷却(例如，对锰硼钢而言，以超过27K/s的冷却速度进行快速冷却)将同样在相应材料的Ac₃温度以上具有奥氏体微观结构的接缝转变成硬化微观结构。在方法步骤C中，在硬化用模具8中优选附加地进行组件的校准，使得在方法步骤D中可以提供具有硬化接缝的高强度组件。以上示意性地示出了方法步骤A’，在组装部件1、2和3之前，部件1、2和3可以通过冷成形处理转变至如下程度：部件1、2和3可以彼此接合，几乎生产出完成组件的最后形式。不言而喻，也可以想到用于提供部件1、2和3的其他成形方法。

在图5中，示出了根据本发明的组件的进一步的示例性实施例，该组件同样形成为B柱。图5中的B柱9由部件14、15和16组成，这些部件14、15和16借助于焊缝17和18彼此连接。根据本发明的教导，随后将以这样的方式生产的组件加热至部件的材料的Ac₃温度以上的温度。然后，在硬化用模具中，借助于不同的温度控制的区域，使硬化微观结构比例可以适合于现有应用。因此，例如，独立于各个焊缝17和18的位置，组件的在图5中所示的示例性实施例示出了沿纵向观看到的跨越多个部件的区域10、11、12和13，这些区域10、11、12和13在一定程度上具有不同比例的硬化微观结构。因此，区域10和12设置有尽可能高比例的硬化微观结构，使得在发生侧向碰撞的情况下，这些区域10和12基于它们极高的强度将尽可能保护汽车的乘客。B柱基座13通常形成为更易延展，这可以通过增加该区域中的模具温度来实现。较低冷却速度具有如下的作用：虽然加热至Ac₃温度，但不会形成或仅较少形成硬化微观结构。布置在硬化区域10和12之间的区域11同样设置有柔软或易延展的微观结构，这可以同样通过特别地设定模具温度来实现。该区域用于如下目的：在发生事故的情况下，能够更容易地使救援小组分开B柱。如果B柱9的区域11形成为适当地小，则对B柱9的整体强度产生很小的作用。

利用根据本发明的方法，可以生产由高强度材料构成的至少更复杂的组件，而且还在接合部处提供不低的强度值。

Claims (17)

1.一种生产包括至少两个接合的金属部件的组件的方法，至少一个所述部件由能热处理的钢构成，使用热接合方法将所述部件彼此接合以形成组件，所述方法的特征在于，在接合之后将所述组件的局部区域硬化，使得所述组件的至少一个接合的连接部具有至少局部硬化的微观结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组件的所述部件利用至少一个冷成形处理产生。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在硬化之前，将所述组件的至少局部区域加热至所述组件的一个部件或所述组件的所有部件的要被硬化的所述能热处理的钢的Ac₁温度点以上的温度，并以限定的冷却速度进行冷却，从而产生至少局部硬化的微观结构。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在硬化期间，在所述组件的局部区域中产生与所发生的负载相适应且选择性地在不同区域之间变化的硬化微观结构比例。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述硬化在温度受控的硬化用模具中进行，使得借助于在不同区域之间变化的模具温度来实现所述组件的在不同区域之间变化的冷却速度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在硬化期间，在所述硬化用模具中将所述组件热成形和/或校准。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，通过将至少一个型材热接合至另一个部件来生产所述组件。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，生产至少两个型材的节点结构作为所述组件，并且至少局部地硬化所述型材的所述节点结构。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述组件是汽车的A柱、B柱或C柱，并且利用所述硬化步骤将具有变化强度的区域引入到所述柱中。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在所述组件中，在具有硬化微观结构的两个区域之间产生具有柔软、易延展的微观结构的区域。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，生产汽车的框架结构中的节点结构作为所述组件。

12.一种包括至少两个接合的金属部件(1，2，3，14，15，16)的组件(9)，至少一个所述部件(1，2，3，14，15，16)由能热处理的钢构成，并且所述部件(1，2，3，14，15，16)使用热接合方法而彼此接合以形成组件，特别是利用根据权利要求1至11中任一项所述的方法形成所述组件，其特征在于，在所述接合之后所述组件(9)的至少局部区域被硬化，并且至少一个接合的连接部(4，5，17，18)具有至少局部硬化的微观结构。

13.根据权利要求12所述的组件，其特征在于，所述组件的至少一个所述部件(1，2，3，14，15，16)包括具有与所发生的负载相适应的硬化微观结构比例的区域。

14.根据权利要求12或13所述的组件，其特征在于，所述组件包括至少一个型材(1，3，14，15)或至少两个型材的节点结构(7)。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的组件，其特征在于，所述组件(9)具有另一个区域(11)，所述另一个区域(11)具有位于两个硬化区域(10，12)之间的柔软、易延展的微观结构。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的组件，其特征在于，所述组件(9)是汽车的A柱、B柱或C柱并包括具有变化强度的区域。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的组件，其特征在于，所述组件(9)具有位于汽车的框架结构(6)中的至少一个节点结构(7)。