CN109311275A - 呈板材或带材形式的三子层复合材料、具有该复合材料的构件及其用途 - Google Patents

呈板材或带材形式的三子层复合材料、具有该复合材料的构件及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种呈板材或带材形式的三子层的复合材料，其具有在复合材料(1、100、200)上形成中间子层的第一核心层(2)，第一核心层具有第一钢材料(3、103、203)，复合材料还具有第二包覆层(4)，第二包覆层具有与第一钢材料(3、103、203)不同的第二钢材料(6、106、206)，并且复合材料还具有第三包覆层(5)，第三包覆层具有与第一钢材料(3、103、203)不同的第三钢材料(7、107、207)，其中，第二和第三包覆层(5)以轧制包覆方式设置在核心层(2)的相互对置的侧(21、22)上，并且构成复合材料(1、100、200)上的两个靠外的子层，其中，在复合材料(1、100、200)的厚度(d)保持不变的情况下，核心层(2)的第一钢材料(3、103、203)的核心层厚度(k)在复合材料(1、100、200)的宽度(8)上变化。为了实现出色的机械特性而建议的是，核心层(2)的第一钢材料(3、103、203)在复合材料(1、100、200)的整个宽度(8)上连贯地延伸并且是能模压淬火的，其中，包覆层(4、5)的第二和/或第三钢材料(6、7、106、107、206、207)在包覆层厚度(p)方面反向地跟随核心层厚度(l)的变化，并且第二和/或第三钢材料(6、7、106、107、206、207)具有相比第一钢材料(3、103、203)更小的碳含量。

Description

呈板材或带材形式的三子层复合材料、具有该复合材料的构 件及其用途
技术领域
本发明涉及一种呈板材或带材形式的三子层的复合材料，该复合材料具有在复合材料上形成中间子层的第一核心层，第一核心层具有第一钢材料，并且该复合材料包括具有第二包覆层，第二包覆层具有与第一钢材料不同的第二钢材料，并且该复合材料具有第三包覆层，第三包覆层具有与第一钢材料不同的第三钢材料，其中，第二包覆层和第三包覆层以轧制包覆方式设置在核心层的相互对置的侧上，并且构成复合材料上的靠外的两个子层，其中，在复合材料的厚度保持不变的情况下，核心层的第一钢材料的核心层厚度在复合材料的宽度上变化。
背景技术
为了提供在其宽度上具有不同的机械特性和/或技术特性的三子层的复合材料，由现有技术(DE10258824B2、EP2613896B1)公知的是，在复合材料的核心层的宽度上交替地设置有不同的钢材料，从而让至少核心层的钢材料的核心层厚度在复合材料的宽度上变化。为此将各种不同的钢带并排布置，这些钢带被设置在两个子包覆层之间并且通过共同的轧制包覆工艺而接合起来。子包覆层可以具有与核心的钢带不同的钢合金。事实证明不利的是，尽管通过轧制包覆进行了接合，但是在核心层中可能在邻接的钢材料之间出现不期望的弱连接。这就可能导致这种复合材料的机械负荷能力不如人意。这类复合材料因此不适合或者仅有限地适合用于车辆结构、尤其是车身结构。
通过合适地选择钢材料中的合金，并且/或者通过轧制包覆时的窄的工艺窗口，可以尝试着弥补这些缺点，然而因此却会增加这种复合材料的生产成本或者还有可能降低它的普遍适用性。
此外，由现有技术(DE102014114365A1)中还公知有五子层的复合材料，它们在由强度高的钢材料制成的核心层和由强度低的钢材料制成的靠外的包覆层之间均具有由多种强度不同的钢材料制成的中间层。这类五子层的复合材料在轧制包覆时耗费比较大因此成本高。同样地，它在进一步的使用中在模压淬火时需要窄的工艺窗口，这对复合材料的处理有不利的影响。
发明内容
因此，本发明的任务是，改变通过轧制包覆制成的具有开头所述类型的变化的核心层厚度的三子层的复合材料，使得该复合材料因为它的高机械负荷能力而可靠地适用于车辆结构。
本发明通过以下方式解决所设任务，即，核心层的第一钢材料在复合材料的整个宽度上连贯延伸并且是能模压淬火的，其中，包覆层的第二和/或第三钢材料在包覆层厚度方面反向地跟随核心层厚度的变化，以及具有相比第一钢材料更小的碳含量。
如果核心层的第一钢材料在复合材料的整个宽度上连贯地延伸，并且是能模压淬火，于是就可以在核心层内提供如下区，这个区以核心弦(Kernsehne)的方式能够确保复合材料具有至少一个机械负荷能力的最低限度。根据本发明的复合材料因此能够可靠地满足对于车辆结构的构件所需的机械负荷能力。因为此外这种能模压淬火的核心弦本身排除了例如在现有技术中在并排设置的钢材料的碰触面上出现的牢固度降低的复合体，所以可以毫无疑虑地让这种复合材料也经历轧制包覆，只要为此包覆层的第二和/或第三钢材料在包覆层厚度方面反向地跟随核心层厚度的变化并且具有相比第一钢材料更低的碳含量。通过后者还可以调节这种复合材料的可延展性，这对于复合材料的应用多样化来说可能是必须的。此外，因为第二和/或第三钢材料的反向跟随的厚度补偿，所以可以确保复合材料的厚度保持不变，这能够对复合材料的进一步的造型流程产生有利的影响。尤其是这可以在模压淬火或加压淬火时基于在复合材料的宽度上基本上相同的弹性模量确保了能重复制作的构件。
当包覆层的第二和第三钢材料在它们的包覆层厚度方面反向地跟随核心层厚度的变化时，复合材料还可以进一步得以改进。
优选地，核心层对称地构建，由此使得复合材料在模压淬火或加压淬火时可以具有简单的可操作性的特征。
优选地，核心层的钢材料的碳含量和两个包覆层的钢材料的碳含量小于0.8质量％。
当第一钢材料是能较高强度模压淬火的或者能高强度模压淬火的钢合金时，可以提供一种机械上特别稳定的核心层。
为此优选地可以采用锰硼钢作为第一钢材料，尤其是20MnB8、22MnB5或者32MnB5钢。
优选地，适合用作第一钢材料的是如下的钢合金，其具有
作为余量的铁和因为熔炼产生的杂质。作为第一钢材料也可以考虑具有如下成分的钢合金，
作为余量的铁和因为熔炼产生的杂质。
当第一钢材料具有大于等于0.8重量％的锰含量时，可以提供机械上特别稳定的核心层。
当第二和/或第三钢材料是微合金钢，例如是HC460LA、HC500LA或者HC340LA钢时，可以提高复合材料的可延展性。同样也可以设想IF钢(无间隙原子钢)，例如HC220Y钢。
优选地，第二和第三钢材料由相同类型的钢组成，从而例如在改型时让复合材料的处理更加轻松。例如第二和第三钢材料是HC220Y钢或者也可以是HC460LA钢。
可能有利的是，第一钢材料是20MnB8钢并且第二和第三钢材料是HC220Y钢。作为替选也可能有利的是，第一钢材料是32MnB5钢并且第二和第三钢材料是HC460LA钢。利用这些钢组合可以让复合材料的子层就机械参数而言进一步相互协调，从而例如改进复合材料的改型性能和/或失效性能。
优选地，复合材料的厚度在0.5mm与3mm，例如在1mm与2mm之间。
优选地，核心层厚度在复合材料厚度的30％与90％之间，例如在50％与85％之间，以便在复合材料的强度尽可能高的同时优化延展性。
当核心层与其钢材料在包覆层厚度方面反向地跟随变化的核心层厚度的包覆层之间的边界轮廓在变化的核心层厚度的该轮廓区域处倾斜地延伸时，可以实现子层的不同厚度之间的比较均质的过渡。
根据本发明的复合材料尤其是可以适合于针对改型方法的扁坯，例如针对加压淬火的深拉的扁坯。这尤其是基于连贯的核心层。根据本发明可以确保由模压淬火的扁坯构成的用于车辆结构的构件具有最高的机械特性。
根据本发明的经模压淬火的复合材料可以特别适合于车辆结构、例如车身结构。
附图说明
在图中借助多个实施变化方案示例性地详尽示出了本发明的主题。其中：
图1示出按照第一实施例的沿着宽侧截取的复合材料的三维立体图；
图2示出按照第二实施例的另一种复合材料的侧视图以及
图3示出按照第三实施例的再一种复合材料的侧视图。
具体实施方式
按照图1示出了复合材料1，它由三子层钢材料构成。于是作为中间子层可以看出由第一钢材料3制成的核心层2，它在两侧分别配有第一包覆层3和第二包覆层4，它们构成了复合材料1上的两个靠外的子层。这两个包覆层4、5分别由钢材料6、7构成，这两种钢材料6、7相比第一钢材料3具有更低的碳含量。
核心层2的第一钢材料3的核心层厚度k在复合材料1的宽度8上变化，正如其借助图1中不同的核心层厚度k1、k2可以看出的那样。
根据本发明，核心层2的第一钢材料3在复合材料1的整个宽度8上连贯延伸，并且同样是能模压淬火的，其方式例如为使用锰含量大于等于0.8重量％的钢合金。作为能模压淬火的或能加压淬火的第一钢材料3，适合使用具有以下合金组成的第一钢材料(所有说明都是质量％)：
其余为铁和因为熔炼产生的杂质，其中，作为这类钢中的转换延迟剂尤其是使用了合金元素硼、锰并且可选地使用铬和钼。还可以考虑其他的锰硼钢，例如22MnB5型或者32MnB5型的。从而让核心层2尤其是在轧制包覆时为接合做好准备并且可以与包覆部或包覆层6、7形成稳固的复合体。
此外，包覆层4、5的第三钢材料7在包覆层厚度p方面是反向地跟随核心层厚度k的变化的，正如可以在复合材料1的中心部分看出的那样。在这里，在轮廓区域90处，两个子层之间的边界轮廓9倾斜地延伸，正如在从包覆层厚度p1或核心层厚度k1向包覆层厚度p2或核心层厚度k2的过渡部分可见的那样。这个倾斜延伸的轮廓区域90提供了比较均质的过渡，并且在三子层的复合材料1上实现了有利的机械特性。
第三钢材料7的碳含量还小于第一钢材料3的碳含量，优选地，第二和第三钢材料6、7是合金相同的，并且由HC340LA型的钢材料构成。同样也可以考虑HC220Y钢。
因此，核心层2的第一钢材料3结合第二和第三钢材料6、7就确保了复合材料1能够满足车辆结构的构件所要求的机械特征值。
根据图2示出了另一种三子层的复合材料100，它的核心层2和包覆层4、5相比根据图1所示的复合材料1以不同方式变化。在这里，核心层2的第一钢材料103的核心层厚度k在复合材料100的宽度8上有多次变化，并且例如构成凹进的凹槽形式的区域110。包覆层4、5的第二和/或第三钢材料106、107在包覆层厚度p方面反向地跟随核心层厚度k的变化。在此，边界轮廓9也是在变化的核心层厚度k的轮廓区域90中倾斜地延伸。
根据图3示出了另一种三子层的复合材料300，它的核心层2相比其他的实施例是对称地构建的。在此，核心层2的第一钢材料203的核心层厚度k也是变化的，其反向地跟随第二或第三包覆层4、5的第二和第三钢材料206、207的变化。在此，边界轮廓9也是在变化的核心层厚度k的轮廓区域90中倾斜地延伸，正如可以从图3中看出的那样。

Claims (17)

1.呈板材或带材形式的三子层的复合材料，所述复合材料具有在复合材料(1、100、200)上形成中间子层的第一核心层(2)，所述第一核心层具有第一钢材料(3、103、203)，所述复合材料还具有第二包覆层(4)，所述第二包覆层具有与第一钢材料(3、103、203)不同的第二钢材料(6、106、206)，并且所述复合材料还具有第三包覆层(5)，所述第三包覆层具有与第一钢材料(3、103、203)不同的第三钢材料(7、107、207)，其中，第二和第三包覆层(5)以轧制包覆方式设置在核心层(2)的相互对置的侧(21、22)上，并且构成复合材料(1、100、200)上的两个靠外的子层，其中，在复合材料(1、100、200)的厚度(d)保持不变的情况下，核心层(2)的第一钢材料(3、103、203)的核心层厚度(k)在复合材料(1、100、200)的宽度(8)上变化，其特征在于，所述核心层(2)的第一钢材料(3、103、203)在复合材料(1、100、200)的整个宽度(8)上连贯地延伸并且是能模压淬火的，其中，包覆层(4、5)的第二和/或第三钢材料(6、7、106、107、206、207)在包覆层厚度(p)方面反向地跟随核心层厚度(k)的变化，并且第二和第三钢材料(6、7、106、107、206、207)具有相比第一钢材料(3、103、203)更小的碳含量。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，包覆层(4、5)的第二和第三钢材料(6、7、106、107、206、207)在它们的包覆层厚度(p)方面反向地跟随核心层厚度(k)的变化。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述核心层(2)对称地构建。
4.根据权利要求1、2或3所述的复合材料，其特征在于，核心层(2)和两个包覆层(4、5)的钢材料(3、6、7、103、106、107、203、206、207)的碳含量小于0.8质量％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述第一钢材料(3、103、203)是能较高强度模压淬火的或者能高强度模压淬火的钢合金。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述第一钢材料(3、103、203)是锰硼钢，尤其是20MnB8、22MnB5或者32MnB5钢。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述第一钢材料(3、103、203)具有
作为余量的铁和因为熔炼产生的杂质。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述第一钢材料(3、103、203)具有
作为余量的铁和因为熔炼产生的杂质。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述第一钢材料(3、103、203)的锰含量大于等于0.8重量％。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的复合材料，其特征在于，第二和/或第三钢材料(6、7、106、107、206、207)是微合金钢，尤其是HC460LA、HC500LA或者HC340LA钢，或者是IF钢，尤其是HC220Y钢。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的复合材料，其特征在于，第二和第三钢材料(6、7、106、107、206、207)由相同类型的钢组成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述第一钢材料是20MnB8钢，并且第二和第三钢材料是HC220Y钢，或者所述第一钢材料是32MnB5钢，并且第二和第三钢材料是HC460LA钢。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料(1、100、200)的厚度(d)在0.5mm与3mm之间，尤其是在1mm与2mm之间。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的复合材料，其特征在于，所述核心层厚度(k)处在复合材料(1、100、200)的厚度(d)的30％与90％之间，尤其是在50％与85％之间。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的复合材料，其特征在于，在核心层(2)与那个其钢材料(7、107、106、206、207)在包覆层厚度(p)方面反向地跟随变化的核心层厚度(k)的包覆层(5)之间的边界轮廓(9)在变化的核心层厚度(k)的该轮廓区域(90)中倾斜地延伸。
16.用于车辆结构的构件，所述构件由具有按照权利要求1至15中任一项所述的复合材料(1、100、200)的经模压淬火的扁坯构成。
17.经模压淬火的根据权利要求1至16中任一项所述的三子层的复合材料(1、100、200)在车辆结构中、尤其是车身结构中的用途。
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