CN110180967A - 用于形成车辆部件的方法 - Google Patents
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Abstract
提供了用于形成车辆部件的方法。所述方法可以包括：将36MnB5的坯料在炉中加热至奥氏体化温度；用模具组件冲压所述坯料以形成车辆部件并且将所述坯料的微结构从奥氏体改变为马氏体；以及响应于所述车辆部件的温度处于或低于130℃，从所述模具组件中移除所述车辆部件，使得所述车辆部件具有等于或大于1400MPa的屈服强度。在所述冲压之后，所述坯料可以保持在所述模具组件内进行五秒和十一秒之间的淬火时间。所述方法还可以包括将所述模具组件的表面热稳定到预定温度。所述冲压还可以包括对所述坯料施加约10N/mm2的压力。
Description
技术领域
本公开涉及形成车辆部件的方法。
背景技术
具有较高强度等级的压制硬化钢等级的材料被用于车辆部件的形成，以满足增加的车辆部件强度需求。这些材料中的一些是合金化的和/或经涂覆的。将先前的成形方法应用于这些材料不会导致车辆部件具有可接受的机械性能。
发明内容
一种用于形成车辆部件的方法包括：将36MnB5的坯料在炉中加热至奥氏体化温度；用模具组件冲压所述坯料以形成车辆部件并且将所述坯料的微结构从奥氏体改变为马氏体；以及响应于所述车辆部件的温度处于或低于130℃，从所述模具组件中移除所述车辆部件，使得所述车辆部件具有等于或大于1400MPa的屈服强度。所述坯料可以与铌、钛、钼和铬微合金化并涂覆有AlSi10Fe3。在所述冲压之后，所述坯料可以保持在所述模具组件内进行五秒和十一秒之间的淬火时间。所述方法还可以包括将所述模具组件的表面热稳定到预定温度。所述预定温度可以是约100℃。所述冲压还可以包括对所述坯料施加约10N/mm2的压力。所述方法还可以包括在冲压所述坯料并且使所述车辆部件经受约五秒的淬火时间之前，将所述模具组件的表面热稳定到100℃或更低。所述坯料可以是Usibor 2000。
一种用于形成车辆部件的方法包括：在炉内加热坯料；用模具组件在约10N/mm2的接触压力下冲压所述坯料以形成车辆部件；以及在处于或低于130℃的温度下移除所述车辆部件。所述接触压力和在处于或低于130℃下的所述移除导致马氏体微结构和等于或大于1400MPa的屈服强度。所述坯料可以是与铌、钛、钼和铬微合金化并且涂覆有AlSi10Fe3的36MnB5。所述坯料可以是Usibor 2000。所述方法还可以包括将所述车辆部件在所述模具组件内淬火进行五秒和十一秒之间的时间段。对所述坯料施加的约10N/mm2的所述接触压力可以将所述车辆部件的温度降低至130℃或更低。
一种用于形成车辆部件的方法包括：在炉中将坯料加热至预定温度；将所述坯料转移到模具组件；在约10N/mm2的接触压力下冲压所述模具组件内的所述坯料以形成车辆部件；将形成的车辆部件在所述模具组件内淬火进行五秒和十一秒之间的时间段；以及响应于所述车辆部件的温度处于或低于130℃，从所述模具组件中移除所述车辆部件，使得当从所述模具组件中移除时，所述车辆部件具有完全马氏体微结构和等于或大于1400MPa的屈服强度。所述方法还可以包括在冲压所述坯料之前将所述模具组件的表面热稳定到预定温度。所述预定温度可以是约100℃。在执行所述淬火操作之前，所述模具组件的所述表面可以热稳定约三十分钟。所述坯料可以具有约1.6mm的厚度。所述坯料可以是与铌、钛、钼和铬微合金化并涂覆有AlSi10Fe3的36MnB5。所述坯料可以是Usibor 2000。
附图说明
图1是热冲压过程的一部分的示例的示意图。
图2是示出用于形成车辆部件的方法的示例的流程图。
图3是示出经受各种取出温度的钢坯的屈服强度和抗张强度比较的示例的图表。
图4是示出经受各种模具淬火时间段的钢坯的热谱图比较的示例的图表。
图5是示出经受各种压力应用的钢坯的热谱图比较的示例的图表。
具体实施方式
本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采用各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可以被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节不应当被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本公开的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的是，参考任何一个附图示出并描述的各个特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征相结合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各个组合和修改可以用于特定应用或实施方式。
图1是可用于制造车身部件的热冲压作业线(在本文中通常称为热冲压过程10)的一部分的示例的示意图。热冲压，也称为热成形或压制硬化，是在金属非常热(通常超过600摄氏度)的时候冲压坯料并随后在闭合模具中对形成的坯料进行淬火的过程。热冲压过程可以将低强度坯料转化为高强度部件。例如，成品部件可以具有约1400兆帕(MPa)的最小屈服强度和约1800MPa的最小抗张强度。
在热冲压工程10中，将硼钢坯14(其可以是可压制硬化的钢)放置在炉16中并且加热至高于形成奥氏体的相变温度。相变温度是铁素体完全转变成奥氏体的转变温度，有时称为Ac3。例如，坯料14可以在炉16中在900到950摄氏度下加热预定的时间。焙烧时间和炉温度可根据坯料14的材料和成品零件的期望的性能而不同。在加热之后，机器人传送系统18可以将当前奥氏体化的坯料14转移到模具组件20。模具组件20在坯料14仍然是热的时候将坯料14冲压成期望的形状，以从坯料14形成车辆部件24。
然后可以在模具组件20仍然闭合的时候使用水或其他冷却剂对车辆部件24进行淬火。例如，模具组件20可以包括冷却剂通道，其定位成与车辆部件24热连通。在冲程底部以预定的持续时间在高达150℃/s的冷却速度下提供淬火。在各个时间段下淬火可以影响车辆部件24的微结构的转变。例如，淬火可以将车辆部件24的微结构从奥氏体改变为马氏体。在淬火之后，可以在部件仍然是热的时候从模具组件20中移除车辆部件24。然后可以在例如机架上将车辆部件24冷却。
与其他高强度钢成形方法(诸如冷冲压)相比，热冲压方法可以提供许多优点。热冲压的一个优点是减少了坯料的回弹和翘曲。热冲压还允许在模具的单个冲程中形成复杂形状，以减少下游处理并提高从坯料制造车辆部件的效率。
热冲压部件可以既轻质又坚固。可以通过热冲压形成的车辆部件的示例可以包括：车身柱、下边梁、导轨、保险杠、防盗梁、齿轮架下层结构、安装板、前部通道、前后保险杠、加强构件和纵梁。
图2是示出用于形成车辆部件的方法(通常称为方法150)的示例的流程图。在操作154中，基于期望的车辆部件选择成形方法和坯料材料。例如，期望的成形方法可以基于所形成的车辆部件的目标机械性能。可以基于成本和目标机械性能来选择坯料材料的类型。材料的一个示例是Usibor 2000。Usibor 2000或其他类似材料可以包括与铌、钛、钼和铬微合金化并涂覆有AlSi10Fe3的36MnB5。包括微合金化并经涂覆的36MnB5的车辆部件的目标机械性能可以是1400MPa的最小屈服强度、1800MPa的最小抗张强度和6％的最小总伸长率。
在操作156中，坯料可以插入炉(诸如炉16)中，以加热至预定温度来改变坯料的微结构。在一个示例中，可以将坯料加热至对应于坯料材料的奥氏体化温度或Ac3和/或950℃或更低的预定温度。在操作157中，当前加热的坯料可以被转移到模具组件，诸如模具组件20。可以设想，坯料可以从炉转移到模具组件，或者炉也可以包括冲压部件，使得不需要转移。
在操作158中，坯料可以被冲压以形成期望的车辆部件的形状。在冲压期间可以施加预定压力以进一步帮助增加当前形成的车辆部件的强度。例如，可以对坯料施加约10N/mm2的接触压力以增加车辆部件的屈服强度。该接触压力还可以帮助在从模具组件中取出之前降低车辆部件的温度。
任选地，在操作160中，车辆部件可以在预定时间段内经受淬火时间。淬火时间是预定的时间段，其中车辆部件被保持在模具组件内进行冷却。在一个示例中，预定时间段可以在五秒和十一秒之间。在操作158中施加的压力可以在整个淬火时间内保持恒定。模具组件可以包括额外的热特征，以进一步帮助降低车辆部件的温度。例如，接触坯料和/或车辆部件的模具组件的表面可以热稳定到预选的温度，诸如100℃，以帮助冷却车辆部件。在该示例中，模具组件可以包括热元件以使模具表面热稳定(例如增加或降低温度)。淬火时间、模具表面温度和施加的压力可以基于坯料厚度。在坯料具有约1.6mm的厚度且模具表面温度处于或低于100℃的一个示例中，所形成的车辆部件可以经受约五秒的淬火时间。在模具表面温度高于100℃的另一个示例中，淬火时间可以增加到大于五秒的时间段。
响应于检测到车辆部件的温度处于或低于预定取出温度(诸如130℃或更低)，可以在操作162中从模具组件中移除车辆部件。在一个示例中，温度传感器可以与车辆部件热连通以监测其热状况。温度传感器可以嵌入车辆部件内，或者可以在车辆部件外部以用于与其表面接触。温度传感器可以与控制器或指示器通信，以发送指示车辆部件处于或接近预定温度(诸如约130℃的取出温度)的通知信号。在另一个示例中，热传感器可以与自动移除系统通信，以在检测到车辆部件处于或接近预定温度(诸如130°)时触发从模具组件中移除车辆部件。取出温度还可以基于车辆部件的成形严格度。成形严格度涉及车辆部件的设计的复杂性。
图3是示出在热冲压过程中经受各种取出温度的材料样品的一部分的屈服强度和抗张强度比较的示例的图表，称为图表180。材料样品可以是Usibor 2000或如本文所描述的类似材料。在该示例中，在各种温度下从模具组件中取出多个材料样品。X轴182表示以摄氏度为单位的取出温度。Y轴184表示以MPa为单位的应力。
曲线186表示材料样品相对于相应的取出温度的抗张强度最小值和抗张强度最大值。曲线188表示材料样品相对于相应的取出温度的屈服强度最小值和屈服强度最大值。线189表示基于期望的车辆部件性能的预定的应力可接受值。如图表180所示，当取出温度高于130℃时，材料样品的屈服强度下降到线189以下。在约等于或小于130℃的温度下取出材料样品提供了期望的屈服强度。
图4是示出在热冲压过程中经受各种模具淬火时间段的材料样品的热谱图比较的示例的图表，称为图表190。材料样品可以是Usibor 2000或如本文所描述的类似材料。在该示例中，多个材料样品在模具组件内淬火不同的时间段，并且模具组件的表面保持在约100℃下。X轴192表示以秒为单位的时间。Y轴194表示材料样品的以摄氏度为单位的温度。
曲线196表示在约2N/mm2的接触压力下在100℃下对材料样品淬火约五秒。曲线198表示在约2N/mm2的接触压力下在100℃下对材料样品淬火约八秒。曲线199表示在约2N/mm2的接触压力下在100℃下对材料样品淬火约十一秒。在这些示例的每一个中，淬火时间开始于451秒并且在0秒至451秒期间，材料样品被加热然后转移到模具组件。如图表190所示，增加的淬火时间有助于为材料样品提供较冷的取出温度。
图5是示出在热冲压过程中经受各种压力施加的材料样品的热谱图比较的示例的图表，称为图表200。材料样品可以是Usibor 2000或如本文所描述的类似材料。在该示例中，多个材料样品在预定时间段内在模具组件内经受各种接触压力。X轴202表示以秒为单位的时间。Y轴204表示以摄氏度为单位的温度。
曲线206表示对材料样品施加的10N/mm2的接触压力。曲线208表示施加的2N/mm2的接触压力。如200中所示，增加模具组件与材料样品的接触压力有助于为材料样品提供较低的取出温度。
如图4至图5所示，坯料或车辆部件可以经受各种过程变量，以帮助实现坯料或部件的期望的屈服强度。各种取出温度、淬火时间和/或接触压力可以影响微结构转变以实现具有期望的屈服强度的最终车辆部件。
虽然上文描述了各种实施例，但是并不旨在这些实施例描述由权利要求涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种改变。虽然各种实施例可能已经被描述为就一个或多个期望的特性而言相对于其他实施例或现有技术实施方式提供优点或者是优选的，但是本领域普通技术人员应当认识到，可能折衷一个或多个特征或特性来实现期望的整体系统属性，这取决于具体的应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。为此，就一个或多个特性而言被描述成不如其他实施例或现有技术实施方式理想的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用而言可能是期望的。
根据本发明，一种用于形成车辆部件的方法包括：将36MnB5的坯料在炉中加热至奥氏体化温度；用模具组件冲压所述坯料以形成车辆部件并且将所述坯料的微结构从奥氏体改变为马氏体；以及响应于所述车辆部件的温度处于或低于130℃，从所述模具组件中移除所述车辆部件，使得所述车辆部件具有等于或大于1400MPa的屈服强度。
根据一个实施例，所述坯料与铌、钛、钼和铬微合金化并涂覆有AlSi10Fe3。
根据一个实施例，在所述冲压之后，所述坯料被保持在所述模具组件内进行五秒和十一秒之间的淬火时间。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于将所述模具组件的表面热稳定到预定温度。
根据一个实施例，所述预定温度约为100℃。
根据一个实施例，所述冲压还包括对坯料施加约10N/mm2的压力。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于在冲压所述坯料并使所述车辆部件经受约五秒的淬火时间之前，将所述模具组件的表面热稳定到100℃或更低。
根据一个实施例，所述坯料是Usibor 2000。
根据本发明，一种用于形成车辆部件的方法包括：在炉内加热坯料；用模具组件在约10N/mm2的接触压力下冲压所述坯料以形成车辆部件；以及在处于或低于130℃下的温度下移除所述车辆部件，其中所述接触压力和在处于或低于130℃下的所述移除导致马氏体微结构和等于或大于1400MPa的屈服强度。
根据一个实施例，所述坯料是与铌、钛、钼和铬微合金化并涂覆有AlSi10Fe3的36MnB5。
根据一个实施例，所述坯料是Usibor 2000。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于将所述车辆部件在所述模具组件内淬火进行五秒和十一秒之间的时间段。
根据一个实施例，对所述坯料施加的约10N/mm2的所述接触压力将所述车辆部件的温度降低到130℃或更低。
根据本发明，一种用于形成车辆部件的方法包括：在炉中将坯料加热至预定温度；将所述坯料转移到模具组件；在约10N/mm2的接触压力下冲压所述模具组件内的所述坯料以形成车辆部件；将形成的车辆部件在所述模具组件内淬火进行五秒和十一秒之间的时间段；以及响应于所述车辆部件的温度处于或低于130℃，从所述模具组件中移除所述车辆部件，使得当从所述模具组件中移除时，所述车辆部件具有完全马氏体微结构和等于或大于1400MPa的屈服强度。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于在冲压所述坯料之前，将所述模具组件的表面热稳定到预定温度。
根据一个实施例，所述预定温度约为100℃。
根据一个实施例，在执行所述淬火操作之前，所述模具组件的所述表面被热稳定约三十分钟。
根据一个实施例，所述坯料具有约1.6mm的厚度。
根据一个实施例，所述坯料是与铌、钛、钼和铬微合金化并涂覆有AlSi10Fe3的36MnB5。
根据一个实施例，所述坯料是Usibor 2000。
Claims (15)
1.一种用于形成车辆部件的方法，其包括：
将36MnB5的坯料在炉中加热至奥氏体化温度；
用模具组件冲压所述坯料以形成车辆部件并且将所述坯料的微结构从奥氏体改变为马氏体；以及
响应于所述车辆部件的温度处于或低于130℃，从所述模具组件中移除所述车辆部件，使得所述车辆部件具有等于或大于1400MPa的屈服强度。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述坯料与铌、钛、钼和铬微合金化并涂覆有AlSi10Fe3。
3.如权利要求1所述的方法，其中在所述冲压之后，所述坯料保持在所述模具组件内进行五秒和十一秒之间的淬火时间。
4.如权利要求3所述的方法，其还包括在执行淬火操作之前将所述模具组件的表面热稳定到100℃达三十分钟。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述冲压还包括对所述坯料施加约10N/mm2的压力。
6.如权利要求5所述的方法，其还包括在冲压所述坯料和使所述车辆部件经受约五秒的淬火时间之前，将所述模具组件的表面热稳定到100℃或更低。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述坯料是Usibor 2000。
8.一种用于形成车辆部件的方法，其包括：
在炉内加热坯料；
用模具组件在约10N/mm2的接触压力下冲压所述坯料以形成车辆部件；以及
在处于或低于130℃的温度下移除所述车辆部件，
其中所述接触压力和在处于或低于130℃下的所述移除导致马氏体微结构和等于或大于1400MPa的屈服强度。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述坯料是与铌、钛、钼和铬微合金化并涂覆有AlSi10Fe3的36MnB5。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述坯料是Usibor 2000。
11.如权利要求8所述的方法，其还包括将所述车辆部件在所述模具组件内淬火进行五秒和十一秒之间的时间段。
12.如权利要求11所述的方法，其中对所述坯料施加的约10N/mm2的所述接触压力将所述车辆部件的温度降低到130℃或更低。
13.一种用于形成车辆部件的方法，其包括：
在炉中将坯料加热至预定温度；
将所述坯料转移到模具组件；
在约10N/mm2的接触压力下冲压所述模具组件内的所述坯料以形成车辆部件；
将形成的车辆部件在所述模具组件内淬火进行五秒和十一秒之间的时间段；以及
响应于所述车辆部件的温度处于或低于130℃，从所述模具组件中移除所述车辆部件，使得当从模具组件中移除时，所述车辆部件具有完全马氏体微结构和等于或大于1400MPa的屈服强度。
14.如权利要求13所述的方法，其还包括在冲压所述坯料之前将所述模具组件的表面热稳定到约100℃。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述坯料具有约1.6mm的厚度。
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