CN109072322B - 具有至少两个强度不同的区域的汽车组件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种制备汽车组件的方法，所述方法包括以下步骤：提供有预涂层的胚料，该胚料的材质为能够硬化的合金钢；将该胚料加热至一加热温度，该加热温度至少大于或等于AC1；对该胚料进行保温处理，使得预涂涂层在该胚料上合金化；对合金化的胚料进行中间冷却处理，使胚料的温度降至一冷却温度，对胚料的部分区域进行加热处理，使得胚料的第一区域的温度上升到至少为AC3，且该胚料的第二区域的温度大致保持在该冷却温度；对部分区域经加热处理的胚料进行热成型处理和模压淬火处理，以形成该汽车组件，其中，该第一区域的拉伸强度大于1400MPa，该第二区域的拉伸强度小于1050MPa，且在该第一区域和第二区域之间形成有一过渡区域。
Description
技术领域
本申请涉及一种汽车组件的制备方法，所述汽车组件具有至少两个强度不同的区域和一保护层。
背景技术
由现有技术可知，可通过金属板成型的方式来制备汽车组件。一方面，包括外观件如发动机罩或车身顶盖的金属板组件被制造出来。然而，对于承载式车身，汽车的结构组件也需要被制备出。所述结构组件具体可为汽车支柱、车顶边梁、汽车底梁、汽车横架、汽车纵架、以及可作为汽车的主体结构的其他组件。
随着对汽车主体的安全性要求越来越高，以及满足降低燃料消耗和二氧化碳排放的法定要求，现有技术中的热成型和模压淬火技术日趋完善。为此，由能够硬化的不锈钢合金制得的金属板组件可先被加热至大于AC3，使得材料结构奥氏体化。在该加热状态中，胚料会成型，在完全成型后，胚料快速地冷却，使得材料结构硬化，具体地，形成马氏体。
因此，可制备出较薄的组件，一方面该较薄的组件具有较轻的重量，同时，该较薄的组件还具有与厚质组件相等的强度或更高的强度。
进一步地，DE10208216 C1公开了，早在冲压成型的过程中，就可制备出具有强度不同的区域的组件。
然而，由能够硬化的不锈钢合金制得的金属板组件容易受到腐蚀，因此，现有技术也提供了具有防腐蚀层的经热成型和模压淬火处理的组件，该防腐蚀层也叫保护层或保护涂层。
申请内容
本发明的目的为以节省成本的方式提供一种汽车组件的制备方法，该汽车组件具有防腐蚀的性能，且可选地，轮廓清晰的区域具有不同的强度。
上述目的可通过本发明的方法来实现。
所述具有创造性的用于制备具有至少两个强度不同的区域和防腐蚀层的汽车组件的方法，包括以下步骤：
提供有预涂层的胚料，具体为经预切处理的胚料，该胚料的材质为能够硬化的合金钢；
将该胚料加热至一加热温度，该加热温度至少大于或等于AC1，优选地，该加热温度大于或等于AC3；
对该胚料进行保温处理，使得预涂涂层在该胚料上合金化；
对合金化的胚料进行中间冷却处理，使胚料的温度降至一冷却温度，该冷却温度为450℃～700℃，且至少小于该加热温度，可选地，在该冷却温度保持一段时间；
对胚料的部分区域进行加热处理，使得胚料的第一区域的温度由与冷却温度相差+/-50℃的温度上升到至少为AC3，且该胚料的第二区域的温度大致保持在与冷却温度相差+/-50℃范围内的温度；
对部分区域经加热处理的胚料(2)进行热成型和模压淬火处理，以形成该汽车组件，其中，该第一区域的拉伸强度大于1400MPa，该第二区域的拉伸强度小于1050MPa，且在该第一区域和第二区域之间形成有一过渡区域。
因此，所述方法的第一步为提供预涂有由不锈钢合金制得的开始材料的胚料，该不锈钢合金能够硬化。此时，所述能够硬化的不锈钢合金可为不锈钢材料，该不锈钢材料可从不锈钢线圈中获得并制作为若干胚料，或直接制作为若干经预切处理的胚料。由此而论，所述经预切处理的胚料具有一大致的外形，该外形与经热压成型处理后的组件的最终的轮廓相近。
所述开始材料可预涂于胚料上。在这种情况下，可在该胚料上涂覆铝硅涂层。能够硬化的不锈钢合金优选为锰硼钢。
此时，将所述开始材料加热至大于或等于AC1，优选地，大于或等于能够硬化的不锈钢合金的铁碳相图中的AC3。进一步地，所述加热温度可优选地保持一定时间，如90秒～300秒。此时，预涂在胚料上的合金会合金化。这也被称为将预涂合金扩渗入胚料的表层内。所述胚料表面的合金层的厚度优选为20μm～40μm。具体地，形成有不同的金属间相。可在一连续式加热炉中将胚料加热至所述加热温度。
只要达到所述加热温度，且在所述加热温度下的保温处理也完成时，可对具有预涂层且合金化的胚料进行中间冷却处理，使得胚料冷却至一中间冷却温度。所述中间冷却温度优选为450℃～700℃，至少为小于所述加热温度，优选地，小于AC1。优选地，可在与中间冷却温度相差+/-50℃的范围内的温度下保温一段时间。由于所述中间冷却，具体是在该温度范围下进行中间冷却，可有针对性地制备出至少一材料结构。如果所述中间冷却温度选为约500℃，所述材料结构主要转变为贝氏体，该贝氏体在经淬火硬化处理后，其拉伸强度为750MPa～1050MPa。如果所述中间冷却温度选为约600℃，所述材料结构会主要转变为铁素体/珠光体微结构，该铁素体/珠光体微结构在经淬火硬化处理后后，其拉伸强度为500MPa～750MPa。例如，为了制备出贝氏体材料结构，所述胚料可以3～15℃/秒的冷却速率冷却至约500℃。再保温30秒～90秒。为了获得铁素体/珠光体材料结构，所述胚料可以3～15℃/秒的冷却速率冷却至约600℃，再于此温度下保温30秒～90秒。
为了使汽车组件的不同区域具有不同的强度，具体地，为了使某些区域具有较高强度或超高强度，如拉伸强度达到大于1300MPa，进一步地，大于1400MPa，优选地大于1550MPa，对经中间冷却处理和合金化的胚料的部分区域进行加热处理，使得胚料的特定区域的温度，如第一区域的温度，可由与中间冷却温度相差+/-50℃范围内的温度上升至至少为AC3。其余的区域可被称为第二区域，该第二区域的温度可大致地保持在与所述中间温度相差+/-50℃范围内。第一区域可至少加热到AC3，优选为930℃～980℃，使得第一区域完全奥氏体化。如果对第一区域进行加热处理，使得第一区域的温度至少达到AC3，以不同方式对部分区域进行加热处理后的胚料被输送至一热成型和模压淬火工具中，在加热状态对该胚料进行热成型处理，再进行模压淬火处理。使得胚料的第一区域的拉伸强度可大于1400MPa，优选地，大于1550MPa，第二区域的拉伸强度为小于1050MPa。
根据本发明，在该第一区域和第二区域之间还形成有一过渡区域，该过渡区域的宽度小于50mm。具体地，可通过对胚料的第一区域进行加热处理，使其温度在一较短的时间内达到AC3，以获得所述宽度，该加热处理的速率大于上升30℃/秒。加热处理的时间可优选地少于20秒，具体是少于15秒，优选地，少于10秒。由于加热处理的时间较短，使得在所述胚料中仅有少量的热从第一区域传导到第二区域，使得在后续的热成型和模压淬火过程中形成轮廓清楚的过渡区域。热成型和模压淬火的循环时间优选为10秒～20秒，具体为15秒。进一步地，在完成所述中间冷却后，或更具体地，在中间冷却处理的保温时间过后，仅需一较短的传送时间，即可将胚料输送至热成型和模压淬火工具。优选地，该传送时间为2秒～15秒。
进一步地，优选地，可在一连续式加热炉中对胚料进行加热处理，以将胚料加热至所述加热温度。为此，所述连续式加热炉优选地包括第一区，该第一区可使胚料达到所述加热温度，并保持在该加热温度，使得预涂层合金化。可选地，所述连续式加热炉还包括若干部分加热区，该部分加热区沿通道方向首尾排列。例如，第一区具有明显高于AC3的超高温度，使得胚料可快速地达到所述加热温度。例如，所述超高温度可为大于1000℃，具体可大于1100℃，优选地大于1200℃。沿传输方向，第一区的后面是第二区，该第二区用于将涂层合金化。第二区的温度为AC3，或仅高于AC，或更加具体的，第二区的温度在与AC3相差+/-30℃的范围内，使得涂层合金化，所述胚料完成奥氏体化。
所述第二区的后面为第三区，所述第三区用于在传输方向对胚料进行冷却，具体地，第三区的温度的范围为450℃～700℃。
优选地，所述若干区可通过热释放剂而相互独立。
可选地，另外或作为替代实施例，所述若干区可由若干感应设备加热，所述感应设备可沿通道的方向首尾排列和/或相互叠设，或部分重叠设置。可将所述连续式加热炉作为具有炉内气氛或炉内温度的燃烧炉来操作。所述感应设备可额外地加热所述若干区，将所述区加热至较高的温度，该较高的温度至少高于其原来的温度。
将胚料冷却至中间冷却温度，如果可以的话，可选地，可优选地在一连续式加热炉中保持该中间冷却温度。所述用于中间冷却的连续式加热炉可优选地作为连续式加热炉模块，具体地，该连续式加热炉模块可直接与将胚料加热至加热温度的连续式加热炉连接。
作为一替代的实施例，所述中间冷却可在一箱式炉实施。进一步地，作为一替代实施例，可使用一独立的冷却站来进行中间冷却。作为第三实施例，可在空气中冷却。空气冷却可作为在空气中被动地中间冷却而被实施。具体地，在被动地于空气中进行中间冷却时，可再在该中间冷却温度下进行主动地保温处理。主动地意味着采用一加热件。例如，所述主动地保温处理反过来可在一箱式炉、多层炉或甚至锅炉中进行。进一步地，一连续式加热炉模块可用于进行加热和中间冷却，其中，一冷却站或冷却盘可设计到该连续式加热炉模块中，来进行所述中间冷却。
因此，本发明的方法可用于制备汽车的结构组件，所述结构组件可具有小体积、条状和/或岛状的柔软区域，如，第二区域。所述区域可为触发条、侧壁上的岛状结构，使得预先特别设定的变形点可在汽车碰撞时首先发生变形。偶合点，具体是用于连接两个汽车组件的联结翼板可形成有该第二区域，如，柔软区域，使得万一发生车祸，这些区域的偶合点会发生变形来避免汽车发生破裂，且也减少了汽车沿接头处断裂的可能性。
进一步地，本发明的方法可制备出宽度为小于40mm的过渡区域，具体小于30mm，更加优选为小于25mm。因此，可获得轮毂清晰的具有不同强度的若干区域。
在该方面，形成第二区域，即柔软区域，来仅仅遮盖或占用一较小的区域，然而，该较小的区域最好是基于汽车组件的全部区域来说的。所述汽车的主要部件可具有硬化的材料结构，即，第一区域。优选地，超过70％，具体是超过80％，更加优选为超过90％的汽车组件包括所述第一区域。
进一步地，对胚料进行中间冷却处理使胚料降至中间冷却温度的步骤可优选地通过多阶段进行，至少通过两阶段。中间冷却的第一阶段的冷却速率高于第二阶段的冷却速率。这意味着在第一阶段胚料的温度下降的较多。在中间冷却的第二阶段，胚料会经过一个相对较长的时间，而下降的温度也较少。所述至少二阶段的中间冷却后，可将胚料在该中间冷却温度下进行保温处理。
根据中间冷却的实施，采用该方法可使胚料形成以贝氏体为主的微观结构、或以铁素体/珠光体为主的微观结构。然而，在中间冷却时还可能制备出贝氏体、铁素体、及珠光体相混合的微观结构。
中间冷却后，对第一区域进行接触式加热，以对胚料的部分区域进行加热处理。同时，第二区域未进行加热处理，其温度大致维持在该中间冷却温度。可通过接触式加热来对胚料的部分区域进行加热。为此，接触盘可放置于合金化的胚料的表面。热量可从接触盘传递至胚料。为此，优选地，接触盘的温度需大于或等于AC3。可采用感应器、热辐射、具体是燃烧器加热的方式对接触盘进行加热。且，该接触盘上可设有加热筒或电热丝。然而，还可将该接触盘本身可设计为一电阻加热器。于接触盘上施加电压，接触盘会自加热。如将接触盘放置于胚料上，热量会从接触盘传到至胚料内，具体地，至少传到至第一区域的奥氏体化区域。
作为一替代实施例，可在具有至少两个区的高温炉中对胚料的部分区域进行加热处理。还可将冷却盘或加热盘并入该高温炉中，或将该冷却盘或加热盘设于该胚料上，使得该冷却盘可使位于该高温炉中的第二区域的温度维持在该中间冷却温度，该第一区域的温度维持在高于或等于AC3。所述高温炉可为一连续式加热炉、箱式炉、多层炉、或锅炉。
作为一替代实施例，可采用激光辐射的方式对第一区域进行加热。当面积较大的第二区域的温度小于AC3时，这种加热方式极其有用。
因此，本发明的方法可使柔软区域的拉伸强度位于750MPa～1050MPa之间，如第二区域，该拉伸强度在一方面是与具有马氏体组件的奥氏体微结构相对应。进一步地，还可将该柔软区域的拉伸强度位于600MPa～750MPa之间，该拉伸强度与铁素体微结构与珠光体微结构之间的比例相对应。
因此，本发明的方法可制备出可作为结构组件的汽车组件。所述汽车组件优选为汽车支柱，更加优选为A柱或B柱。然而，还可制备出汽车纵架。进一步地，边梁，具体是顶部边梁，甚至是底梁都可制备出。然而，主体部件也可采用本发明的方法制备出。具体地，联结翼板、预先确定的变形点、偶合区域、孔边缘、触发条和/或侧壁上的岛状结构都可制备出来作为该第二区域，如，更柔软的区域。
可优选地采用多重下压式工具来作为热成型和模压淬火工具。特别是，两重下压式工具或四重下压式工具。这意味着，在一次移动即可同时成型出两个组件；完成热成型后，两个组件可同时进行模压淬火处理。在采用四重下压式工具时，在一次闭合运动中，可同时将四个胚料制作为组件；所述四个组件再同时进行模压淬火处理。
进一步地，优选地，两个独立的温度控制站可应用到该两重下压式热成型和模压淬火工具中。用于冷却的冷却站和用于将部分区域的温度加热至高于AC3的部分加热站都可作为温度控制站。这意味着，两个独立的冷却站和/或两个独立的加热站都可应用于两重下压式热成型和模压淬火工具中。对于四重下压式热成型和模压淬火工具，可采用两个双降温度控制站，如两重下落式冷却站和两重下落式部分加热站。
所述温度控制站优选地在热成型和模压淬火的模压周期中进行工作。
附图说明
图1为本发明具有创造性的用于实施本发明制备方法的热成型生产线，该生产线可接触式加热；
图2为用于替换图1的热成型生产线，该热成型生产线的加热炉具有两个区加热炉；
图3为过渡区域的示意图；及
图4为实施本方法的时间-温度图。
附图中相同或相似的组件相同可用相同的标号来表示，为了简洁，重复部分已被省略。
附图标号说明：
具体实施方式
图1为本发明具有创造性的用于实施本发明制备方法的热成型生产线。首先，提供预先经切割处理的胚料2，具体地，该胚料2为B柱。该胚料2穿过一连续式加热炉3，该连续式加热炉3中具有第一加热区4，该胚料2在该第一加热区4中被加热至大于或等于AC1，优选地，大于或等于AC3。因此，在胚料2到达第一加热区4的端部5时，或在到达端部5之前，该胚料2已被加热到上述加热温度。然而，该胚料2也可在到达端部5之前已经被加热到上述加热温度，并且在通过第一加热区4的剩余区域时，该胚料2仍保持在该加热温度。在这种情况下，胚料2上预涂的合金会合金化，使得在第一加热区4的端部5时，所述涂层可完全地在胚料2上合金化。
所述第一加热区4的后面为中间冷却区6，该胚料2可在该中间冷却区6中冷却至至少低于所述加热温度，即450℃～700℃。在所述中间冷却区6的端部7，该经中间冷却处理的胚料8被冷却至冷却温度。
经中间冷却处理的胚料8被输送至接触式加热件9，通过关闭该接触式加热件9，胚料2的部分区域接触该接触盘9a，使得胚料2的第一区域10的至少被加热至AC3。该第二区域11的温度大致与冷却温度相对应，其相差范围为+/-50℃范围。具体地，所述第一区域10与接触式加热件9的接触盘9a直接接触，使得第一区域10可达到上述温度。第二区域11并未直接地与接触盘9a连接；即，一可作为绝缘气隙9b的凹部9d位于接触式加热件9内。所述接触盘9a可被加热件9c加热，如，电感器。经热成型和模压淬火处理后，经热处理后的胚料2的第一区域10和第二区域11可被制作为具有高强度的第一区域10和具有相对较低强度的第二区域11。
部分区域经加热处理的胚料12被直接输送至热成型和模压淬火工具13，该胚料12经热成型处理和模压淬火后，形成汽车组件14，该汽车组件14具有两个强度不同的区域。本发明示出了B柱的制备，其中，在成型后，经预切处理的胚料具有与成品B柱相适应的轮廓；且，经成型过程后，所述B柱的横截面具有帽状轮廓。然而，还可采用本发明的方法制备出汽车的轨道、纵架、及其他结构组件。
进一步地，图1示出了热成型和模压淬火工具13，具体地，所述热成型和模压淬火工具13可为两重下压式工具。这意味着，在闭合运动中，两个组件可同时地成型且模压淬火。优选地，还可采用四重下落式工具。所述接触式加热件9可被设计为两重下落式，优选为四重下落式。
图2为用于替换图1的热成型生产线，可采用区加热炉15来代替图1中的接触式加热件9。所述区加热炉15具有第一区16和第二区17，该第一区16的温度大于第二区17的温度，且高于或等于AC3，所述第二区17的温度与中间冷却温度相匹配，其相差范围为+/-50℃范围。例如，隔板18或其他类似部件可设于所述区加热炉15，使得具有冷却温度的胚料8的不同区域可相应地被加热。此时，部分区域被加热的胚料12可具有第一区域10和第二区域11；再对该胚料12再进行热成型和模压淬火处理。所述区加热炉15不需要被设计为具有两个加热区的区加热炉；所述区加热炉15可被设计为具有多个加热区的高温炉，这取决于第一区域10和第二区域11的位置的几何规格。所述区加热炉15可作为连续式加热炉来进行操作。然而，所述区加热炉15可被设计为具有多个储存空间，具体地，储存空间可作为多级高温炉。所述区加热炉15可被设计为具有多个储存空间的连续式加热炉。可优选地，第一区16可具有明显地较高温度，具体地，大于1000℃。
图3为第一区域10、第二区域11及设于第一区域10和第二区域11之间的过渡区域19的示意图。所述过渡区域19在第一区域10和第二区域11之间延伸，并具有一宽度。根据本发明，所述宽度优选地小于50mm。此时，所述第二区域11被设计为岛状区域或向内的岛状区域。因此，第二区域11完全地被第一区域10所包裹。与本发明相一致，优选地，第一区域10的拉伸强度大于1400MPa，进一步地，大于1500MPa。第一区域10的拉伸强度大约需在2000MPa之内。然而，所述第一区域通过不锈钢合金可具有较大的拉伸强度，这也在本发明的保护范围之内。
图4以图示形式示出了本发明方法的顺序，其中温度T以摄氏度为单位示于Y轴；且时间以秒为单位示于X轴，不幸地是时间和温度并非等比例示出。首先，在时间S0，胚料2的温度为室温。将胚料2置入连续式加热炉3中，被加热至加热温度，该加热温度大约在AC3，直至时间S1。该加热过程，例如，在现实中可以是线性的、逐步上升地、逐步下降地、或上述的混合。为了说明的目的，此处可用直线且非等比例的方式示出。加热时间可为300～400秒，具体地，可为320～380秒，优选地，为350～370秒，进一步地，为360秒。所述时间可包括保持该加热温度至时间S2。在时间S2，经加热且合金化的胚料8可被输送至中间冷却区，并被冷却至冷却温度。这可在一个时间段内实现，优选地，该时间段为30秒～200秒，更加优选为50秒～100秒。因此，在时间S3，胚料离开中间冷却区，被输送至部分加热区，例如，胚料被输送至接触式加热件9。这在S4处示出。S3与S4之间的输送时间越短越好。从中间冷却温度到部分被加热的温度之间的加热步骤为S3到S5。从S4开始部分加热至S5停止部分加热，通常耗费的时间少于20秒，进一步地，少于15秒，优选地，少于10秒，甚至是8秒。在时间S5，部分区域经加热处理的胚料12被输送至热成型和模压淬火工具13，以对胚料12进行热成型处理和模压淬火处理。使得第一区域10可在加热温度而被淬火，如，大于或等于AC3，第二区域11可在与冷却温度相差+/-50℃范围内的条件下而被淬火，此处显示的为在AC1的范围下淬火。在时间S6，已完成模压淬火处理，经模压淬火处理后的组件的温度在室内(如约20℃)至200℃的范围内，将组件移出模压车间。
Claims (12)
1.一种汽车组件(14)的制备方法，所述汽车组件(14)包括至少两个强度不同的区域和一保护层，所述方法包括以下步骤：
提供有预涂层的胚料(2)，具体为经预切处理的胚料(2)，该胚料(2)的材质为能够硬化的合金钢；
将该胚料(2)加热至一加热温度，该加热温度至少大于或等于AC1；
对该胚料(2)进行保温处理，使得预涂涂层在该胚料(2)上合金化；
对合金化的胚料(2)进行中间冷却处理，使胚料(2)的温度降至一冷却温度，该冷却温度为450℃～700℃，经所述中间冷却处理后，所述胚料(2)形成以贝氏体为主的微结构，对胚料(2)的部分区域进行加热处理，使得胚料(2)的第一区域(10)的温度由该冷却温度上升到至少为AC3，且该胚料(2)的第二区域(11)的温度保持在该冷却温度；
对部分区域经加热处理的胚料(2)进行热成型和模压淬火处理，以形成该汽车组件(14)，其中，该第一区域(10)的拉伸强度大于1400MPa，该第二区域(11)的拉伸强度小于1050MPa，且在该第一区域(10)和第二区域(11)之间形成有一过渡区域(19)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，于连续式加热炉(3)中将该胚料(2)加热至加热温度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，于连续式加热炉(3)或箱式炉中对合金化的胚料(2)进行中间冷却处理，使胚料(2)的温度降至冷却温度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，制得的过渡区域(19)的宽度(20)小于50mm。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预涂层为AlSi层。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间冷却处理通过多个阶段来实施。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述中间冷却处理的第一阶段具有相较于第二阶段或后续阶段更高的冷却速率。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过接触盘(9a)或辊轮，对胚料(2)的部分区域进行加热处理。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在加热炉中对胚料(2)的部分区域进行加热处理，所述加热炉包括至少两个具有不同温度的区(16，17)。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热成型和模压淬火处理在两重或四重下压式热成型和模压淬火工具上进行。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二区域(11)的拉伸强度的范围为750MPa～1050MPa。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述汽车组件为结构组件，所述结构组件为汽车支柱、汽车纵架、车顶边梁、汽车底梁、或汽车的其他主体组件。
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