CN107662645B - 由多层钢构成的纵梁 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的纵梁(1)，其具有横截面为中空的、沿着纵方向(L)延伸的主体(2)，该主体具有用于横梁的前部连接部(4)和连接到机动车体上的后部连接部(6)，其特征在于：纵梁(1)由具有均匀的壁厚(16)的多层钢制造成热成形和加压淬火构件并且具有至少一个加强部(8)，其中，多层钢具有中间层(11)以及至少一层由铁素体的不锈钢合金构成的外层(12，13)。

Description

由多层钢构成的纵梁
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的纵梁。
背景技术
在机动车中纵梁大多安装在前部区域中。它们将机动车体从A立柱或者防溅板起直到前部碰撞管理系统为止连接。碰撞管理系统具有横梁以及碰撞吸能盒。碰撞吸能盒联接在纵梁的前端部上。此外，纵梁具有相应的连接区域或马达固定架(Motortraeger)，以便在车前部区域中收纳驱动马达、传动机构和/或轴辅助架。
对纵梁提出了不同的要求。首先这个纵梁必须具有小的自重以及有利的制造成本。此外，纵梁应该构造成抗腐蚀的。
此外，对纵梁提出高的构件刚性的要求，因而获得对机组和连接部的耐碰撞的紧固以及对碰撞管理系统的支撑。
同时，纵梁应该特别是在高速碰撞时有针对性地沿着它的纵方向变形，以便因此通过可变形性来分解碰撞能。
由热成形的和加压淬火的锰硼钢制造纵梁在现有技术中是众所周知的。在热成形和加压淬火过程之后对这个纵梁进行局部调质或局部回火。为了有针对性地调节可延展的区域，还可以进行局部的热成形和加压淬火。
此外，由局部滚轧的板材、所谓的Tailored Rolled Blanks(不等厚轧制板)制造横梁是众所周知的。然而坯料的制造成本却很高。由Tailored Welded Blanks(拼焊板)制造纵梁也是众所周知的。在此生产相应的纵梁也伴随高的成本。
由DE102014114365A1公知了一种多层钢，其中，高强度钢设置为芯层，并且该多层钢用于制造车辆纵梁。
由DE102014008718B3公知了一种剪裁板(tailored blank)作为用于机动车构件的半成品，该剪裁板包括由高强度钢制成的第一板坯和由多层钢制成的第二板坯。
此外，由DE102005054847B3公知了一种由高强度钢构成的纵梁，其中规定了用于构成变形区的有针对性的局部热处理。
发明内容
因此本发明的目的是：提供一种纵梁，该纵梁与现有技术中众所周知的制造方法相比拥有小的和碰撞优化的自重以及良好的防腐性能并且同时能够经济地大批量制造。
根据本发明的目的利用一种用于机动车的纵梁得以实现，所述纵梁具有横截面为中空的、沿着纵方向延伸的主体，该主体具有用于横梁的前部连接部和连接到机动车体上的后部连接部，其中，纵梁由具有均匀的壁厚的多层钢制造成热成形和加压淬火构件并且具有至少一个加强部，其中，多层钢具有中间层以及至少一层由铁素体的不锈钢合金构成的外层。
用于机动车的纵梁具有沿着纵方向延伸的主体，该主体具有用于横梁的前部连接区域以及连接到机动车体上的后部连接区域。根据本发明，纵梁由多层钢制造成具有均匀壁厚的热成形和加压淬火构件并且具有至少一个加强部。
多层钢优选是两层的、特别是三层的钢。至少一层、特别是中间层由可淬火的锰硼钢构成，该锰硼钢在热成形时因此加温到AC3温度以上、拥有高的成形自由度，其中，在随后的加压淬火过程中调节强度、特别是1000MPa以上的抗拉强度。
为了同时满足优良的防腐性能，构造有至少一层、特别是两层由铁素体的不锈钢合金构成的外层。由此在至少一侧上产生防腐和防石击的良好保护。在不锈的或者说抗锈的铁素体的钢合金设置在两个外侧上、因此各自作为外层的情况中，位于其间的中间层得到保护免受由天气影响、例如在冬季运行中由融雪盐造成的腐蚀。各个层材料锁合地、面状地相互结合。在准备由多层钢构成的板带或板坯时就已经进行这个结合。例如可以通过滚压包层法制造所述结合。
现在根据本发明规定：纵梁具有均匀的、因此不变的壁厚。通过在成形过程期间的拉伸或诸如此类引起的可能的厚度减小在本发明的意义中视为相同的或均匀的壁厚。在其内例如应该避免变形和/或要求更高的刚性的区域中设置有加强部。因此在纵梁上可以设置有多个加强部。
纵梁本身构造成横截面中空的型材构件。优选地，纵梁的主体构造成横截面为帽形的型材构件。横截面则可以是开放的。然而横截面也可以构造成封闭的。在构造成封闭的横截面的情况中特别是设置有封闭板或者纵梁也可以由两个壳构件构成，这两个壳构件接合成一个封闭的横截面。
由此特别是可以提供具有大于1350MPa的、优选大于1500MPa的和特别是大于1750MPa的抗拉强度的纵梁。在技术上将抗拉强度调节到直到2500MPa是可能的。
在加强部在其内施设到在纵梁处或者上的区域中，该加强部全面地贴靠在这个纵梁上。特别地，加强部设置在纵梁的一个内侧面上、因此在空腔中。加强部为此本身可以由可淬火的钢合金构成。作为可选或者补充可能的是：加强部还由多层钢构成。优选在此使用两层的钢，该钢在外侧具有同样铁素体的不锈的外层和相应地位于其下的层，该位于其下的层优选也由可热成形的和可加压淬火的锰硼钢构成。由锰硼钢构成的层的不受外层防腐保护的侧面全面地贴靠在纵梁上。通过接合剂(Fuegemittel)、例如粘合剂或钎料可以提供与纵梁的全面的、材料锁合的和同样可选地同时阻蚀的结合。同样可能的是：由三层钢构成的加强部设置有相应的由铁素体的不锈钢合金构成的外层。作为可选同样可能的是：加强部由纤维复合材料构成。优选地，纤维复合材料的基体树脂在此则可以用作与多层钢的结合剂(Koppelmittel)。
至少在用于加强部的钢是可加压淬火的情况中，加强部可以与纵梁一起通过热成形和加压淬火来制造。作为可选可能的是：在制造纵梁之后、因此在加压淬火过程结束之后将加强部与这个纵梁结合。
特别优选地，加强部设置在与机动车体的或与机动车的防溅板连接的连接部中的后部区域中。特别是在高强度碰撞的情况中由此可以防止纵梁断裂。
此外，优选加强部设置在与横梁连接的连接部中的前部区域中。在此同样防止由于高强度的撞击导致的断裂。
此外，优选加强部可以设置在中间区域中。为了提供马达悬架和/或用于轴辅助架的紧固可能性，在此大多设置有连接点。
此外，优选通过有针对性地安装一个或多个加强部可以影响车辆前端的固有振荡特性。
特别优选地，纵梁至少在未由加强部加强的表面区域中在加压淬火之后具有大于70°(度)的弯曲角。可以在根据德国汽车工业联合会VDA的标准238-100:2010--就此应该参考该标准的内容--的薄片弯曲试验中测定弯曲角。在根据本发明的纵梁中弯曲角与厚度相关。在纵梁的壁厚在1.0与1.5毫米(mm)之间的情况中这个弯曲角例如大于80度，在壁厚在1.6与2.0mm之间的情况中这个弯曲角优选大于75度，并且在壁厚在2.1与约3mm之间的情况中这个弯曲角大于70度。
大于70度的弯曲角导致纵梁在撞击时的杰出的变形特性，因此首先防止断裂以及折弯。与类似抗拉强度的其它淬火的、特别是模淬的构件相比，根据本发明不仅可以放弃在加压淬火时局部不同的加温或局部不同的模具冷却(Werkzeugabkuehlung)，而且还可以放弃用于使完全淬火的机动车构件强化消除的事后热处理。由此也可以将抗拉强度均匀地调节在1350MPa以上，从而可以最大程度地减小纵梁的壁厚。在本发明的范畴中，纵梁因此在所有表面区段中被以至少1350MPa的抗拉强度均匀地淬火并且除了在接合技术上不可避免的较软的区域之外没有未淬火的和未完全淬火的区段。这些不可避免的区域可以是由热接合方法如点焊或塞焊造成的热影响区，然而也可以是激光射束造成的切边或孔边。
具有主要合金元素碳和锰的硼钢例如22MnB5、38MnB5是适合本发明的用于纵梁的中间层的钢合金。
根据本发明规定：纵梁的外层由铁素体的不锈钢合金构成，其中，外层与中间层面状地和材料锁合地连接。优选两个外层与中间层连接。外层在此与中间层以带材形式成形之前已经连接、例如通过共同热轧成板材。外层由于铁素体的不锈钢合金的减少的碳含量导致模淬状态中的板材的或纵梁的显著提高的弯曲角并且此外还造成防止缝隙腐蚀或接触腐蚀的优秀的抗腐蚀性。此外，就此关于可使用的铁素体的不锈钢合金应参考EN 10088-1的内容、具有根据种类在10.5至30重量百分比之间的铬含量。具有少于0.5重量百分比的钛、铌和/或锆的稳定添加剂以及限定在0.16重量百分比的碳含量用于保障可焊接性。优选地，外层的碳质量份额在0.03至0.16重量百分比之间，其中，外层各具有40μm至400μm之间的、特别是80μm至250μm之间的厚度。
此外可能的是：中间层具有马氏体的材料组织和在0.19至0.41重量百分比之间的碳质量份额。优选地，纵梁是模淬的并且特别是具有至少1350MPa的抗拉强度。因此通过同时保障的大于70度的弯曲角能够制造重量更轻的、壁更薄的构件。在此证实为有益的是：使用可淬火的钢合金，这个钢合金除了由熔化决定的杂质和铁之外包括下列以重量百分比为单位的组分：
通过在所述温度范围内平均为至少27K/s、优选至少40K/s、最优选在50K/s至150K/s之间的冷却速率(Abkuehlrate)，导致纵梁的钢合金的充分淬火，然而同时获得意外大的弯曲角。由于大于70度的弯曲角避免了通常对于模淬的或者加压淬火的构件的这个强度等级来说必要的、费用高的和容易出错的工艺步骤如局部不同的加温或冷却或者甚至于事后的回火、例如以获得裂缝不敏感的结合区段或者根据本发明的纵梁的在安装状态中的确定的变形特性。
用于制造纵梁的方法的出众之处在于下列步骤：
-提供由板材制成的板坯，该板坯具有由可淬火的钢合金构成的中间层和至少一层由铁素体的不锈钢合金构成的外层，其中，外层与中间层面状地且材料锁合地连接，
-可选地对板坯进行预成形，
-为了奥氏体化的目的完全加温到900℃以上，
-将经加温的板坯以及附加元件(Nebenelement)成形、特别是共同在一个挤压成型模具中，
-在挤压成型模具中进行加压淬火，其中，在对纵梁进行加压淬火时以大于27K/s(凯尔文/每秒)的冷却速率将高于850℃的温度冷却到低于250℃的温度，通过这种方式在纵梁中调节大于70度的弯曲角和至少1350兆帕的抗拉强度。
通过在所述温度范围内平均为至少27K/s、优选至少40K/s、最优选在50K/s至150K/s之间的冷却速率，导致纵梁的钢合金的充分淬火，然而同时获得意外大的弯曲角。由于大于70度的弯曲角避免了通常对模淬的构件的这个强度等级来说必要的、费用高的和容易出错的工艺步骤如局部不同的加温或冷却或者甚至于事后的回火、例如以获得裂缝不敏感的结合区段或者根据本发明的纵梁的安装状态中的确定的变形特性。
如前面已经阐述的那样，纵梁基本上全面地具有至少1350MPa的抗拉强度和大于70度的弯曲角的机械特性。通过根据本发明的方法显示制造用于机动车体的、具有改善的碰撞性能和减少的重量的纵梁的最佳的简单过程。与被局部不同模淬的或局部强化消除的立柱相比的特别优点在于：构件没有由热决定的翘曲、回弹效应(Rueckfedereffekt)或内应力，不必在加温和加压淬火时得到保护防止氧化皮生成和氧化并且可以放弃用于防腐涂层的费用高的预处理或后处理。
附图说明
下文说明的内容是本发明的另外的优点、特征、特性和观点。在示意图中示出优选的构造变型。这些图有助于容易地理解本发明。附图中：
图1a和1b示出根据本发明的纵梁的俯视图和侧视图；
图2示出沿图1中的剖切线II-II的横剖视图；
图3示出纵梁的具有用于马达固定架的收纳部的侧视图；
图4a和4b示出现有技术的和本发明的纵梁的前部区段。
即使在出于简化原因省略重复说明的情况中，在图中为相同的或类似的构件也使用同样的附图标记。
具体实施方式
图1a和1b示出的是根据本发明的纵梁1，图1a为俯视图而图1b为侧视图。纵梁1具有中空的、沿着纵方向L延伸的主体2。纵方向L也可以说沿着机动车纵方向X定向。用于碰撞管理系统的连接部4设置在前端部3上。碰撞管理系统例如由未进一步示出的、具有位于其上的横梁的碰撞吸能盒构成。在后端部5上设置有与未进一步示出的机动车体连接的连接部、例如在防溅板上或在A立柱的区域中。中空的主体2具有内腔7。根据本发明，在内腔7中设置有加强部8并且该加强部与纵梁1结合。在狭窄位置9处，加强部8在轴向负荷的情况中、因此在沿着机动车纵方向X引入力F时防止纵梁1提早地或没有方向性地折弯。纵梁1根据大于70度的弯曲角有针对性地起褶并由此分解碰撞能。
图2示出的是纵梁1的沿图1b的剖切线II-II的横剖视图。纵梁1构造成两件式的。中空的主体2位于基于画面的下部部分中，该主体由封闭板10在横截面中封闭成封闭的空心型材。产生内腔7。加强部8设置在内腔7中并且与主体2的内周面结合。主体2本身由三层的多层钢构成。中间层11由淬火的锰硼钢、例如22MnB5构成。两个将中间层11包围的外层12、13由铁素体的不锈钢合金、也称为优质钢构成。优选地，外层12、13由铁素体的不锈钢合金构成。因此不仅提供非常好的防腐性能，而且同时还实现对中间层11的防石击保护。封闭板10可以构造成单层的。然而封闭板10也可以由多层钢合金、例如也可以由三层的钢合金构成。加强部8可以构造成单层的或也可以由多层钢构成。
加强部8可以通过热接合而与主体2结合。优选地，加强部8全面贴靠地结合。特别是使用粘合或焊接。也可以借助热接合制造将点焊或塞焊外部环绕的焊接。
图3示出的是根据本发明的纵梁1的另外的侧视图。在此两个加强部8设置在例如用于马达固定架的支承连接部(Lageranbindung)14的区域中。在此也如在图1a至2中示出的那样，加强部8在热成形和加压淬火前已经可以与用于成形纵梁1的板坯结合或者决定性地(massgeblich)结合。
图4a和4b中根据图4b示出根据本发明的纵梁1的前端部3，而根据图4a示出现有技术中众所周知的纵梁1的前端部3。根据图4a，纵梁1在它的前端部3上具有较大的壁厚15。与此相对，根据本发明制造的纵梁1的壁厚16构造得较小。在内腔7中的一个内侧面上、在用于未进一步示出的碰撞管理系统的连接部4与纵梁1之间分别设置有一个加强部8。根据本发明制造的纵梁1由此重量优化地构造有较薄的壁厚16并且拥有高的强度和同时优良的延展性。通过必要区域中的局部加强产生纵梁1的充分的碰撞性能。
附图标记列表
1 纵梁
2 主体
3 1的前端部
4 用于碰撞管理系统的连接部
5 后端部
6 连接部
7 2的内腔
8 加强部
9 狭窄位置
10 封闭板
11 中间层
12 外层
13 外层
14 支承连接部
15 壁厚
16 壁厚
17 内周面
F 力
L 纵方向
X 机动车纵方向

Claims (17)

1.用于机动车的纵梁(1)，其具有横截面为中空的、沿着纵方向(L)延伸的主体(2)，该主体具有用于横梁的前部连接部(4)和连接到机动车体上的后部连接部(6)，其特征在于：纵梁(1)由具有均匀的壁厚(16)的多层钢制造成热成形和加压淬火构件并且具有至少一个加强部(8)，其中，多层钢具有中间层(11)以及至少一层由铁素体的不锈钢合金构成的外层(12，13)。
2.如权利要求1所述的纵梁，其特征在于：纵梁(1)的横截面是开放的或者纵梁(1)的横截面是封闭的。
3.如权利要求2所述的纵梁，其特征在于：封闭的横截面由封闭板(10)或两个壳构件构成。
4.如权利要求1至3之任一项所述的纵梁，其特征在于：中间层(11)由淬火的钢合金构成，并且在每个侧面上，由铁素体的不锈钢合金构成的外层(12，13)与中间层(11)材料锁合地和面状地相互结合。
5.如权利要求4所述的纵梁，其特征在于：中间层(11)由淬火的硼锰钢合金构成。
6.如权利要求1至3之任一项所述的纵梁，其特征在于：纵梁(1)具有大于1350MPa的抗拉强度。
7.如权利要求1至3之任一项所述的纵梁，其特征在于：纵梁(1)具有大于1500MPa的抗拉强度。
8.如权利要求1至3之任一项所述的纵梁，其特征在于：纵梁(1)具有大于1750MPa的抗拉强度。
9.如权利要求1至3之任一项所述的纵梁，其特征在于：加强部(8)全面地贴靠在纵梁(1)上。
10.如权利要求1至3之任一项所述的纵梁，其特征在于：加强部(8)由淬火的钢合金和/或由多层钢构成，或者加强部(8)由纤维复合材料构成。
11.如权利要求1至3之任一项所述的纵梁，其特征在于：加强部(8)与纵梁(1)共同被热成形和加压淬火，或者加强部(8)在热成形和加压淬火之后与纵梁(1)结合。
12.如权利要求1至3之任一项所述的纵梁，其特征在于：加强部(8)设置在纵梁(1)的内腔(7)中。
13.如权利要求1至3之任一项所述的纵梁，其特征在于：加强部(8)设置在与横梁连接的前部连接部(4)的前部区域中。
14.如权利要求1至3之任一项所述的纵梁，其特征在于：加强部(8)设置在与机动车体连接的后部连接部上的后部区域中。
15.如权利要求1至3之任一项所述的纵梁，其特征在于：用于与机组或马达固定架结合的支承连接部设置在纵梁(1)的中间的长度区段中，其中，在纵梁(1)中在支承连接部的区域中设有加强部(8)。
16.如权利要求1至3之任一项所述的纵梁，其特征在于：所述纵梁至少在未加强的表面区域中具有大于70度的弯曲角。
17.如权利要求1至3之任一项所述的纵梁，其特征在于：所述纵梁是未被回火的和/或没有材料组织较软的表面区域。
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