DE102017212814A1 - Laser spot curing - Google Patents

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Abstract

Eine gehärtete/versteifte Stahlkomponente umfasst ein Stahlsubstrat mit einem Volumenbereich und einer Stahlsubstratoberfläche, Eine Vielzahl von lokalisierten Martensitangereicherten Bereichen ist an der Stahlsubstratoberfläche angeordnet. Die Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen weisen einen höheren Martensitgehalt auf als der Volumenbereich. Die Mitten von benachbarten lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen in der Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen sind durch einen Trennungsabstand von ungefähr 0,5 bis 5 mm voneinander getrennt. Weiterhin wird ein Verfahren zum Ausbilden der Stahlkomponente durch eine Laserpunkt-Härtung vorgesehen.A hardened / stiffened steel component comprises a steel substrate having a bulk region and a steel substrate surface. A plurality of localized martensite enriched regions are disposed on the steel substrate surface. The plurality of localized martensite enriched regions have a higher martensite content than the bulk region. The centers of adjacent localized martensite-enriched areas in the plurality of localized martensite-enriched areas are separated by a separation distance of about 0.5 to 5 mm. Furthermore, a method of forming the steel component by laser dot curing is provided.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Gemäß wenigstens einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung Stahlkomponenten, die mittels eines Laserpunkts gehärtet werden.In at least one aspect, the present invention relates to steel components that are cured by means of a laser spot.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Es ist bekannt, dass Kraftfahrzeuge eine große Anzahl von Komponenten aus Metall und insbesondere Stahl enthalten. Derartige Komponenten werden verwendet, weil Metall einfach zu Kraftfahrzeugteilen geformt werden kann und eine angemessene Festigkeit bietet. Kraftfahrzeughersteller müssen sich jedoch bemühen, das Gewicht von Fahrzeugen zu reduzieren, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Deshalb ist eine Reduktion der Dicke von Metallkomponenten wünschenswert. Mit der Dickenreduktion wird jedoch unter Umständen auch die Steifigkeit der Komponenten reduziert.It is known that motor vehicles contain a large number of components made of metal and in particular steel. Such components are used because metal can be easily molded into automotive parts and provides adequate strength. However, motor vehicle manufacturers must strive to reduce the weight of vehicles to improve fuel efficiency. Therefore, a reduction in the thickness of metal components is desirable. With the thickness reduction, however, under certain circumstances, the rigidity of the components is reduced.

Es besteht dementsprechend ein Bedarf für Stahlkomponenten, die eine ausreichende Steifigkeit und gleichzeitig ein reduziertes Gewicht aufweisen.Accordingly, there is a need for steel components that have sufficient rigidity and reduced weight at the same time.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Die vorliegende Erfindung löst eines oder mehrere Probleme aus dem Stand der Technik, indem sie in wenigstens einer Ausführungsform eine Stahlkomponente mit einer verbesserten Steifigkeit und Härte vorsieht. Die Stahlkomponente umfasst ein Stahlsubstrat mit einem Volumenbereich und einer Stahlsubstratoberfläche. Eine Vielzahl von lokalisierten Martensitangereicherten Bereichen ist an der Stahlsubstrataberfläche angeordnet. Die Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen weisen einen höheren Martensitgehalt auf als der Volumenbereich. Die Mitten von benachbarten lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen in der Vielzahl von Martensit-angereicherten lokalisierten Bereichen sind durch einen Trennungsabstand von ungefähr 0,5 bis 5 mm voneinander getrennt.The present invention solves one or more problems of the prior art by providing, in at least one embodiment, a steel component having improved rigidity and hardness. The steel component comprises a steel substrate having a bulk area and a steel substrate surface. A plurality of localized martensite enriched regions are disposed on the steel substrate surface. The plurality of localized martensite enriched regions have a higher martensite content than the bulk region. The centers of adjacent localized martensite-enriched regions in the plurality of martensite-enriched localized regions are separated by a separation distance of about 0.5 to 5 mm.

In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Ausbilden der oben genannten gehärteten/versteiften Stahlkomponente vorgesehen. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Vorsehen eines Stahlsubstrats mit einem Volumenbereich und einer Stahlsubstratoberfläche. Das Stahlsubstrat wird an einer Vielzahl von Positionen der Stahlsubstratoberfläche unter Verwendung eines Laserschweißsystems, das einen Laser für das Bilden einer Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen an der Stahlsubstratoberfläche umfasst, Laserpunkt-gehärtet. Die Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen weist einen höheren Martensitgehalt auf als der Volumenbereich. Die Mitten von benachbarten lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen in der Vielzahl von lokalisierten Martensitangereicherten Bereichen sind durch einen Trennungsabstand von ungefähr 0,5 bis 5 mm voneinander getrennt. Vorteilhafterweise wird eine Erhöhung oder Verminderung der Festigkeit und Steifigkeit der Komponenten durch die Verteilung und die Größe der Laserpunktschweißungen gesteuert. Aufbauten oder Komponenten von Fahrzeugsitzen weisen eine vorhersagbare und wiederholbare Lastpfadperformanz mit einer Nullvergrößerung der Masse auf.In another embodiment, a method of forming the above-mentioned hardened / stiffened steel component is provided. The method includes a step of providing a steel substrate having a bulk region and a steel substrate surface. The steel substrate is laser-spot cured at a variety of positions of the steel substrate surface using a laser welding system that includes a laser for forming a plurality of localized martensite-enriched regions on the steel substrate surface. The plurality of localized martensite enriched regions has a higher martensite content than the bulk region. The centers of adjacent localized martensite enriched regions in the plurality of localized martensite enriched regions are separated by a separation distance of about 0.5 to 5 mm. Advantageously, an increase or decrease in the strength and rigidity of the components is controlled by the distribution and size of the laser spot welds. Superstructures or components of vehicle seats have predictable and repeatable load path performance with a zero mass increase.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1A ist eine Draufsicht auf eine Stahlkomponente mit einer Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen, die in einer rechtwinkligen Anordnung angeordnet sind. 1A Figure 11 is a plan view of a steel component having a plurality of localized martensite enriched areas arranged in a rectangular array.

1B ist eine Draufsicht auf eine Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen, die in einer hexagonalen Anordnung angeordnet sind. 1B Figure 11 is a plan view of a plurality of localized martensite enriched regions arranged in a hexagonal array.

1C ist eine Seitenansicht einer Stahlkomponente, die eine Vielzahl von lokalisierten, Martensit-angereicherten Bereichen aufweist. 1C Figure 11 is a side view of a steel component having a plurality of localized martensite enriched areas.

2 ist eine schematische Ansicht eines Punktlaser-Härtungssystems für das Ausbilden einer Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen. 2 Figure 4 is a schematic view of a point laser curing system for forming a plurality of localized martensite enriched areas.

3A ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugsitzrahmens mit Stahlkomponenten. 3A is a perspective view of a vehicle seat frame with steel components.

3B ist eine Seitenansicht einer Stahlkomponente für einen Fahrzeugsitzlehnenrahmen, die durch eine Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen versteift ist. 3B Figure 11 is a side view of a steel component for a vehicle seat back frame stiffened by a plurality of localized martensite enriched areas.

4 ist eine schematische Ansicht eines Dreipunkt-Biegungstestsystems zum Bewerten der Steifigkeit von Stahlkomponenten. 4 Figure 3 is a schematic view of a three-point bend test system for evaluating the stiffness of steel components.

5 ist ein Kurvendiagramm einer Biegung in Bezug auf eine ausgeübte Normallast in einem Dreipunkt-Biegungstest. 5 Figure 3 is a graph of a bend in terms of applied normal load in a three-point bend test.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Im Folgenden werden Zusammensetzungen, Vorrichtungen und Verfahren derzeit bevorzugter Ausführungsformen der vorliegendes Erfindung im Detail beschrieben. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die auch durch verschiedene andere Ausführungsformen realisiert werden kann. Die hier beschriebenen spezifischen Details sind also nicht einschränkend aufzufassen, sondern lediglich als repräsentative Basis für die verschiedenen Aspekte der Erfindung und/oder als repräsentative Basis für den Fachmann, der die vorliegende Erfindung umsetzen möchte.In the following, compositions, devices and methods of presently preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The figures are not necessarily to scale. It should be noted that the embodiments described herein are merely exemplary of the invention, which may also be implemented by various other embodiments. Thus, the specific details described herein are not to be construed as limiting, but merely as a representative basis for the various aspects of the invention and / or as a representative basis for those skilled in the art who wish to practice the present invention.

Mit Ausnahme der Beispiele oder wenn dies eigens so angegeben wird, sind alle numerischen Angaben in dieser Beschreibung in Bezug auf Materialmengen, Reaktionsbedingungen oder Verwendungsbedingungen durch das Wort „ungefähr” modifiziert zu verstehen, um die Erfindung umfassend zu beschreiben. Eine Realisierung innerhalb der genannten Grenzen ist jedoch allgemein zu bevorzugen. Und soweit nicht anders angegeben, können bei der Nennung einer Gruppe oder Klasse von für einen bestimmten Zweck geeigneten oder bevorzugten Materialien in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung auch Mischungen von zwei oder mehr aus der Gruppe oder Klasse von Materialien in gleicher Weise geeignet sein. Die Nennung von chemischen Bestandteilen bezieht sich auf den Zeitpunkt der Hinzufügung zu einer in der Beschreibung spezifizierten Kombination und schließt keine chemischen Interaktionen zwischen den Bestandteilen der Mischung aus. Die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt auch für alle folgenden Verwendungen sowie für grammatische Variationen der zu Beginn definierten Abkürzungen. Und sofern dies nicht anders angegeben ist, wird die Messung einer Eigenschaft durch die gleiche Technik wie zuvor oder später für die gleiche Eigenschaft angegeben bestimmt.With the exception of the examples, or where specifically so indicated, all numerical indications in this specification are to be understood in terms of material quantities, reaction conditions or conditions of use modified by the word "about" to fully describe the invention. However, implementation within the limits mentioned is generally to be preferred. Unless otherwise indicated, in naming a group or class of materials suitable or preferred for a particular purpose in connection with the present invention, mixtures of two or more of the group or class of materials may equally be suitable. The mention of chemical constituents refers to the time of addition to a combination specified in the description and does not preclude chemical interactions between the constituents of the mixture. The first definition of an acronym or other abbreviation also applies to all subsequent uses as well as grammatical variations of the abbreviations defined at the beginning. Unless otherwise indicated, the measurement of a property is determined by the same technique as previously or later indicated for the same property.

Es ist weiterhin zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren beschränkt ist und dass die spezifischen Komponenten und/oder Bedingungen natürlich variieren können. Weiterhin dient die hier verwendete Terminologie der Verdeutlichung bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und ist in keiner Weise einschränkend zu verstehen.It is further to be understood that the invention is not limited to the devices and methods described herein and that the specific components and / or conditions may of course vary. Furthermore, the terminology used herein is illustrative of certain embodiments of the present invention and is in no way limiting.

Es ist weiterhin zu beachten, dass es sich in der vorliegenden Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen bei Formulierungen im Singular auch um jeweils mehrere Einheiten handeln kann, außer wenn dies eigens anders angegeben ist. Wenn also von einer Komponente gesprochen wird, können dies auch mehrere Komponenten sein.It is further to be understood that in the present specification and appended claims, singular language formulations may each be multiple units, unless otherwise specified. So when talking about one component, it can also be multiple components.

Das Wort „umfassen” ist synonym zu „enthalten,” „aufweisen” oder „gekennzeichnet durch” zu verstehen. Diese Wörter sind inklusive und offen zu verstehen und schließen weitere nicht genannte Elements oder Verfahrensschritte nicht aus.The word "comprising" is synonymous with "containing," "having" or "characterized by" to understand. These words are inclusive and open to understand and do not exclude other elements or process steps not mentioned.

Die Formulierung „besteht aus” schließt nicht in dem Anspruch genannte Elemente, Schritte oder Bestandteile aus. Wenn diese Formulierung in einem folgenden Absatz eines Anspruchs auftritt, schränkt sie nur das in diesem Absatz genannte Element ein, wobei jedoch andere Elemente nicht aus dem gesamten Anspruch ausgeschlossen sind.The phrase "consists of" does not exclude elements, steps or components recited in the claim. If this wording appears in a subsequent paragraph of a claim, it restricts only the element mentioned in this paragraph, but other elements are not excluded from the entire claim.

Die Formulierung „besteht im Wesentlichen aus” beschränkt den Umfang eines Anspruchs auf die spezifizierten Materialien oder Schritte, wobei jedoch zusätzlich weitere Materialien oder Schritte vorhanden sein können, die die grundlegenden und neuartigen Merkmale des beanspruchten Gegenstands nicht wesentlich beeinflussen.The phrase "consists essentially of" limits the scope of a claim to the specified materials or steps, but in addition, other materials or steps may be present that do not materially affect the basic and novel features of the claimed subject matter.

Wenn hier eine der Formulierungen „umfasst”, „besteht aus” oder „besteht im Wesentlichen” verwendet wird, könnten auch die anderen beiden Formulierungen für den hier beschriebenen und beanspruchten Gegenstand verwendet werden.Whenever one of the terms "comprising", "consisting of" or "consisting essentially" is used herein, the other two formulations could also be used for the subject matter described and claimed herein.

Wie in 1A, 1B und 1C gezeigt, wird eine Stahlkomponente mit einer verbesserten Steifigkeit und Härte vorgesehen. Die Stahlkomponente 10 weist ein Stahlsubstrat 12 auf, das einen Volumenbereich 14 und eine Stahlsubstratoberfläche 16 umfasst. Beispiele für geeignete Stahlsubstrate sind ein Multiphasenstahl, ein Dualphasenstahl und ein hochfester, niedriglegierter Stahl (HSLA bzw. High-Strength Low-Alloy). Gewöhnlich weisen Stahlkomponenten eine Dicke von ungefähr 0,25 bis 3 mm auf. Eine Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen 18 ist an der Stahlsubstratoberfläche 16 angeordnet. Die Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen 18 weist einen höheren Martensitgehalt auf als der Volumenbereich 14. In einer Variation umfasst die Stahlkomponente 10 auch eine gegenüberlegende Oberfläche 20, die eine zweite Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen 22 enthält. Die Mitten 26 von benachbarten lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen in der Vielzahl von Martensit-angereicherten lokalisierten Bereichen 18 und 22 sind durch einen Trennungsabstand d1 voneinander getrennt. In einer Verfeinerung beträgt der Trennungsabstand d1 ungefähr 0,5 bis 5 mm. In einer anderen Verfeinerung beträgt der Trennungsabstand d1 ungefähr 1 bis 4 mm. In einer weiteren Verfeinerung beträgt der Trennungsabstand d1 ungefähr 1,5 bis 3 mm. As in 1A . 1B and 1C As shown, a steel component having improved rigidity and hardness is provided. The steel component 10 has a steel substrate 12 on that a volume range 14 and a steel substrate surface 16 includes. Examples of suitable steel substrates are a multi-phase steel, a dual-phase steel and a high-strength, low-alloyed steel (HSLA or high-strength low-alloy steel). Usually, steel components have a thickness of about 0.25 to 3 mm. A variety of localized martensite-enriched areas 18 is at the steel substrate surface 16 arranged. The variety of localized martensite-enriched areas 18 has a higher martensite content than the volume range 14 , In a variation, the steel component includes 10 also an opposite surface 20 containing a second variety of localized martensite-enriched areas 22 contains. The centers 26 of adjacent localized martensite-enriched areas in the plurality of martensite-enriched localized areas 18 and 22 are separated by a separation distance d 1 . In a refinement, the separation distance d 1 is about 0.5 to 5 mm. In another refinement, the separation distance d 1 is about 1 to 4 mm. In a further refinement, the separation distance d 1 is approximately 1.5 to 3 mm.

In 1A, 1B und 1C sind verschiedene Anordnungen der Vielzahl von Martensitangereicherten lokalisierten Bereichen schematisch gezeigt. 1A zeigt eine rechtwinklige Anordnung, in der Reihen 28 mit jeweils wenigstens einem Teil von Martensit-angereicherten lokalisierten Bereichen 18 ausgerichtet sind. 1B zeigt eine hexagonale Anordnung, in der Reihen 28 mit wenigstens einem Teil von Martensit-angereicherten lokalisierten Bereichen 18 versetzt sind. Jeder lokalisierte Martensit-angereicherte Bereich 18 weist eine maximale räumliche Ausdehnung d2 parallel zu der Stahlsubstratoberfläche 16 auf. In einer Verfeinerung ist die maximale räumliche Ausdehnung d2 kleiner oder gleich 5 mm. In einer anderen Verfeinerung ist die maximale räumliche Ausdehnung d2 kleiner oder gleich 4 mm. In anderen Verfeinerungen ist die maximale räumliche Ausdehnung d2 kleiner oder gleich 3 mm. Gewöhnlich ist in diesen Verfeinerungen die maximale räumliche Ausdehnung d2 größer oder gleich 1 mm. Die lokalisierten Martensit-angereicherten Bereiche 18 erstrecken sich unter der Stahlsubstratoberfläche zu einer Tiefe d3. In einer Verfeinerung beträgt die Tiefe d3 ungefähr 50 bis 600 Mikrometer. In einer anderen Verfeinerung beträgt die Tiefe d3 ungefähr 150 bis 400 Mikrometer. Und in einer weiteren Verfeinerung beträgt die Tiefe d3 ungefähr 300 Mikrometer.In 1A . 1B and 1C For example, various arrangements of the plurality of martensite enriched localized regions are shown schematically. 1A shows a right-angled arrangement, in rows 28 each having at least a portion of martensite enriched localized areas 18 are aligned. 1B shows a hexagonal arrangement, in rows 28 with at least a portion of martensite-enriched localized areas 18 are offset. Each localized martensite-enriched area 18 has a maximum spatial extent d 2 parallel to the steel substrate surface 16 on. In a refinement, the maximum spatial extent d 2 is less than or equal to 5 mm. In another refinement, the maximum spatial extent d 2 is less than or equal to 4 mm. In other refinements, the maximum spatial extent d 2 is less than or equal to 3 mm. Usually, in these refinements, the maximum spatial extent d 2 is greater than or equal to 1 mm. The localized martensite-enriched areas 18 extend below the steel substrate surface to a depth d 3 . In a refinement, the depth d 3 is about 50 to 600 microns. In another refinement, the depth d 3 is about 150 to 400 microns. And in a further refinement, the depth d 3 is about 300 microns.

Die Stahlkomponente der vorliegenden Ausführungsform ist vorteilhaft steifer und starrer als eine Stahlkomponente der gleichen Zusammensetzung für den Volumenbereich ohne eine Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen 18. Dabei weisen die lokalisierten Martensit-angereicherten Bereiche 18 einen durchschnittlichen Rockwell-Härtewert von ungefähr 35 bis 60 HRC auf der C-Skala gemessen auf und weist der Volumenbereich einen durchschnittlichen Rockwell-Härtewert von 35 HRC auf der C-Skala gemessen auf. In einer Verfeinerung weist die Stahlkomponente eine Biegung auf, die höchstens 50 Prozent der Biegung einer Stahlkomponente (des gleichen Typs und mit den gleichen Abmessungen) ohne die lokalisierten Martensit-angereicherten Bereiche für eine 1 mm dicke Probe beträgt, wie durch die weiter unten beschriebenen Dreipunkt-Biegungstests bei einer Last von 300 N festgestellt. In einer anderen Verfeinerung weist die Stahlkomponente eine Biegung auf, die höchstens 40 Prozent der Biegung einer Stahlkomponente (des gleichen Typs und mit den gleichen Abmessungen) ohne die lokalisierten Martensit-angereicherten Bereiche für eine 1 mm dicke Probe beträgt, wie durch die weiter unten beschriebenen Dreipunkt-Biegungstests bei einer Last von 300 N festgestellt. In einer weiteren Verfeinerung weist die Stahlkomponente eine Biegung auf, die zwischen 20 und 50 Prozent der Biegung einer Stahlkomponente (des gleichen Typs und mit den gleichen Abmessungen) ohne die lokalisierten Martensit-angereicherten Bereiche für eine 1 mm dicke Probe beträgt, wie durch die weiter unten beschriebenen Dreipunkt-Biegungstests bei einer Last von 300 N festgestellt.The steel component of the present embodiment is advantageously stiffer and more rigid than a steel component of the same composition for the bulk region without a plurality of localized martensite enriched regions 18 , The localized martensite-enriched areas indicate this 18 measured an average Rockwell hardness value of about 35 to 60 HRC on the C scale and the volume range measured an average Rockwell hardness value of 35 HRC on the C scale. In a refinement, the steel component has a bend that is at most 50 percent of the deflection of a steel component (of the same type and dimensions) without the localized martensite enriched portions for a 1 mm thick sample, as by the three-point described below Bending tests found at a load of 300 N. In another refinement, the steel component has a bend that is at most 40 percent of the deflection of a steel component (of the same type and dimensions) without the localized martensite enriched portions for a 1 mm thick sample, as described below Three-point bending tests found at a load of 300 N. In a further refinement, the steel component has a bend that is between 20 and 50 percent of the deflection of a steel component (of the same type and dimensions) without the localized martensite enriched regions for a 1 mm thick sample as further described below described three-point bending tests at a load of 300 N.

Wie in 2 gezeigt, wird ein Verfahren zum Härten und/oder Versteifen eines Stahlsubstrats vorgesehen, um die oben beschriebene Stahlkomponente vorzusehen. Das Stahlsubstrat 12 umfasst einen Volumenbereich 14 und eine Stahlsubstratoberfläche 16. Details für das Stahlsubstrat 12 wurden vorstehend beschrieben. Das Stahlsubstrat 12 wird einer Laserpunkt-Härtung an einer Vielzahl von Positionen 30 auf der Stahlsubstratoberfläche 16 unter Verwendung eines Laserschweißsystems 32 unterworfen. Das Laserschweißsystem 32 umfasst einen Laser 34 zum Ausbilden der Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen 18 auf der Stahlsubstratoberfläche. Das Laserschweißsystem 32 umfasst weiterhin Galvo-Systeme 38, 40 zum Einstellen der Richtung des Laserstrahls 42 und eine Linse 44 zum Fokussieren des Laserstrahls 42. Die Galvo-Systeme 38, 40 enthalten Spiegel 42, 44, die jeweils verwendet werden können, um einen Laserstrahl 42 entlang der Richtungan d4 und d5 für das Ausbilden der Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen 18 und/oder 22 zu lenken, Die Galvo-Systeme 38, 40 können die Spiegel 44, 46 um Winkel a1 und a2 drehen. In einer Verfeinerung schmelzt der Laser 24 den Stahl innerhalb von ungefähr 5 ms, wobei sich nach der Verfestigung eine Martensitstruktur in dem Stahl bildet. In einer Verfeinerung enthält das Laserschweißsystem 32 einen Faserlaser. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Laserleistung beschränkt ist, weist der Laser 34 gewöhnlich eine Leistungsausgabe von ungefähr 0,1 bis 3 MW/cm2 auf. Das Licht von dem Laser 34 wird sequentiell zu der Vielzahl von Positionen 30 auf der Stahlsubstratoberfläche über die Galvo-Systeme 38, 40 gerichtet. In einer Verfeinerung wird das Stahlsubstrat 12 sequentiell bewegt, um Licht auf eine Vielzahl von Positionen auf der Stahlsubstratoberfläche zu richten.As in 2 As shown, a method of hardening and / or stiffening a steel substrate is provided to provide the above-described steel component. The steel substrate 12 includes a volume range 14 and a steel substrate surface 16 , Details for the steel substrate 12 have been described above. The steel substrate 12 gets a laser spot hardening at a variety of positions 30 on the steel substrate surface 16 using a laser welding system 32 subjected. The laser welding system 32 includes a laser 34 for forming the plurality of localized martensite enriched areas 18 on the steel substrate surface. The laser welding system 32 also includes galvo systems 38 . 40 for adjusting the direction of the laser beam 42 and a lens 44 for focusing the laser beam 42 , The galvo systems 38 . 40 contain mirrors 42 . 44 which can each be used to make a laser beam 42 along the directions d 4 and d 5 for forming the plurality of localized martensite enriched regions 18 and or 22 to direct, The galvo systems 38 . 40 can the mirrors 44 . 46 to turn angles a 1 and a 2 . In a refinement, the laser melts 24 the steel within about 5 ms, with a martensite structure forming in the steel after solidification. In a refinement contains the laser welding system 32 a fiber laser. Although the present invention is not limited to a particular laser power is restricted, the laser points 34 usually a power output of about 0.1 to 3 MW / cm 2 . The light from the laser 34 becomes sequential to the plurality of positions 30 on the steel substrate surface via the galvo systems 38 . 40 directed. In a refinement, the steel substrate becomes 12 moved sequentially to direct light to a variety of positions on the steel substrate surface.

3A und 3B zeigen schematisch einen Fahrzeugsitzrahmen mit darin enthaltenen Stahlkomponenten, die versteift/gehärtet werden können. Der Fahrzeugsitzrahmen 50 umfasst einen Sitzlehnenrahmen 52. Der Sitzlehnenrahmen 52 umfasst Sitzlehnen-Seitenglieder 54, 56, die an Sitzlehnen-Quergliedern 58, 60 angebracht sind. Der Fahrzeugsitzrahmen 50 umfasst weiterhin einen Sitzflächenrahmen 62, der unter dem Sitzlehnenrahmen 52 positioniert ist. Gewöhnlich sind eine oder mehrere dieser Fahrzeugsitzrahmenkomponenten aus einem Stahl ausgebildet, der für eine Laserhärtung wie oben beschrieben geeignet ist. Zum Beispiel weist 2B ein Sitzlehnen-Seitenglied 54 auf, das mehrere distinkte Bereiche (1, 2, 3, 4, 5 oder mehr) mit jeweils einer Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen 64–70, die jeweils durch eine Laserpunkt-Härtung ausgebildet werden, umfasst. Die hier gezeigten lokalisierten Martensit-angereicherten Bereiche sind allgemein kreisförmig, wobei dies jedoch nicht der Fall sein muss. 3A and 3B schematically show a vehicle seat frame with steel components contained therein, which can be stiffened / hardened. The vehicle seat frame 50 includes a seat back frame 52 , The seat back frame 52 includes seat back side members 54 . 56 , which are attached to seat back cross members 58 . 60 are attached. The vehicle seat frame 50 further comprises a seat frame 62 under the seat back frame 52 is positioned. Usually, one or more of these vehicle seat frame components are formed of a steel suitable for laser hardening as described above. For example, points 2 B a seat back side member 54 on which several distinct areas ( 1 . 2 . 3 . 4 . 5 or more) each having a plurality of localized martensite enriched regions 64 - 70 , which are each formed by a laser point hardening comprises. The localized martensite enriched regions shown here are generally circular, but this need not be the case.

Wie in 4 gezeigt, wird ein System zum Testen der Steifigkeit der Stahlkomponenten vorgesehen. Ein Dreipunkt-Biegungstestsystem 80 umfasst seitliche Halterungen 82, 84 zum Aufhängen einer Stahlkomponente 10. Eine Normalkraft F wird auf der Mitte der Stahlkomponente 10 ausgeübt, und die Biegungsgröße d6 wird gemessen. 5 zeigt eine Kurve der Biegung für mehrere Abstände zwischen den lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen für eine 780DP-Stahlprobe mit einer Dicke von 1,0 mm. Bei diesen Proben sind die Steifigkeitseigenschaften nach einer Wärmebehandlung größer als bei dem Basismaterial. Bei einer Probe, die Laserpunkte auf nur einer Seite aufweist, wird die Kraft auf die gegenüberliegende Seite ausgeübt. Der Dreipunkt-Biegungstest ergibt eine Verminderung der Erstreckung von 3,9 mm auf 2,1 mm an dem Basismaterial für die Probe mit dem Abstand von 1,5 mm bei 421 N. Die Tabelle 1 gibt Werte für die Biegung für verschiedene Stahlgrade an. Allgemein weisen die laserbehandelten Stahlproben eine geringere Biegung unter Last auf. Tabelle 1. Dreipunkt-Biegungswerte Proben-ID Erstreckung unter Last Last (N) Δ% 340 XF-Stahl Basislinie 4,495 257,2 61,4% 340 XF-Stahl Abstand 1,5 mm, Seite B 1,733 420 XF-Stahl Basislinie 4,173 264,4 62,8% 420 XF-Stahl Abstand 1,5 mm, Seite B 1,557 490 XF-Stahl Basislinie 4,437 308,8 59,8% 490 XF-Stahl Abstand 1,5 mm, Seite B 1,782 780 DP-Stahl Basislinie 3,863 421,3 46,6% 780 DP-Stahl Abstand 1,5 mm, Seite B 2,064 980 DP-Stahl Basislinie 6,202 530,2 40,7% 980 DP-Stahl Abstand 1,5 mm, Seite B 3,678 1180 DP-Stahl Basislinie 7,327 623,3 33,6% 1180 DP-Stahl Abstand 1,5 mm, Seite B 4,865 As in 4 A system is provided for testing the rigidity of the steel components. A three-point bend test system 80 includes side brackets 82 . 84 for hanging a steel component 10 , A normal force F is at the center of the steel component 10 is applied, and the bend amount d 6 is measured. 5 Figure 4 shows a curve of the bend for several distances between the localized martensite enriched areas for a 780DP steel sample having a thickness of 1.0 mm. In these samples, the rigidity properties after a heat treatment are larger than those of the base material. For a sample that has laser spots on only one side, the force is applied to the opposite side. The three-point bend test results in a reduction in extension from 3.9 mm to 2.1 mm on the base material for the sample at a pitch of 1.5 mm at 421 N. Table 1 gives values for the bend for different degrees of steel. Generally, the laser-treated steel samples have less bending under load. Table 1. Three-point bend values Sample ID Extension under load Load (N) Δ% 340 XF steel baseline 4,495 257.2 61.4% 340 XF steel spacing 1.5 mm, side B 1,733 420 XF steel baseline 4,173 264.4 62.8% 420 XF steel spacing 1.5 mm, side B 1,557 490 XF steel baseline 4,437 308.8 59.8% 490 XF steel spacing 1.5 mm, side B 1,782 780 DP steel baseline 3,863 421.3 46.6% 780 DP steel spacing 1.5 mm, side B 2,064 980 DP steel baseline 6,202 530.2 40.7% 980 DP steel spacing 1.5 mm, side B 3,678 1180 DP steel baseline 7,327 623.3 33.6% 1180 DP steel spacing 1.5 mm, side B 4,865

Die Tabelle 2 gibt Werte der Zugfestigkeit für das Basismaterial und die Laserpunkte für mehrere Stahlproben an. Allgemein wird die Zugfestigkeit um über 100 Prozent erhöht. Tabelle 2. Zugfestigkeit für Stahlproben Probe Nummer Material 1 Grad Basismaterial Zugfestigkeit (MPa) Laserpunkt Zugfestigkeit (MPa) Erhöhung % (%) 1 340XF 565 1296 129 2 420XF 593 1220 106 3 490XF 634 1048 65 4 780DP 807 1386 72 5 980DP 1007 1758 75 6 1180DP 1179 11951 65 * Die oben angegebenen Zugfestigkeiten basieren auf den Mikrohärte-Messergebnissen in dem Basismaterial und in der Laserpunkt-gehärteten Zone.Table 2 gives values of tensile strength for the base material and laser points for several steel samples. Generally, the tensile strength is increased by over 100 percent. Table 2. Tensile strength for steel samples Sample number Material 1 degree Base material tensile strength (MPa) Laser point tensile strength (MPa) Increase% (%) 1 340XF 565 1296 129 2 420XF 593 1220 106 3 490XF 634 1048 65 4 780DP 807 1386 72 5 980DP 1007 1758 75 6 1180DP 1179 11951 65 * The tensile strengths given above are based on the microhardness measurement results in the base material and in the laser spot hardened zone.

Und schließlich gibt die Tabelle 3 Mikrohärtewerte in der Laserpunkt-gehärteten Zone bei verschiedenen Distanzen von der Stahloberfläche an. Allgemein war die Mikrohärte höher als der Wert des Basismaterials (d. h. des Volumenbereichs). Tabelle 3. Mikrohärtewerte Position von der Oberfläche Härtewert 0,050 mm 40 HRC 0,100 mm 38 HRC 0,200 mm 40 HRC HAZ (wärmebehandelte Zone) 27 HRC Basismaterial 28 HRC Finally, Table 3 gives microhardness values in the laser spot hardened zone at various distances from the steel surface. Generally, the microhardness was higher than the value of the base material (ie, the volume range). Table 3. Microhardness values Position from the surface hardness value 0.050 mm 40 HRC 0.100 mm 38 HRC 0.200 mm 40 HRC HAZ (heat treated zone) 27 HRC base material 28 HRC

Vorstehend wurden beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Die Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen, wobei verschiedene Änderungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Außerdem können Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.While exemplary embodiments have been described above, the invention is not limited to these embodiments. The description is intended to be by way of example and not of limitation, and various changes may be made to the embodiments described herein without, however, departing from the scope of the invention. In addition, features of various embodiments may be combined to form further embodiments of the invention.

Claims (20)

Stahlkomponente, die umfasst: ein Stahlsubstrat mit einem Volumenbereich und einer Stahlsubstratoberfläche, und eine Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen, die an der Stahlsubstratoberfläche angeordnet sind, wobei die Vielzahl von lokalisierten Martensitangereicherten Bereichen einen höheren Martensitgehalt aufweist als der Volumenbereich, wobei die Mitten von benachbarten lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen in der Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen durch einen Trennungsabstand von ungefähr 0,5 bis 5 mm voneinander getrennt sind.Steel component comprising: a steel substrate having a bulk area and a steel substrate surface, and a plurality of localized martensite enriched regions disposed on the steel substrate surface, the plurality of localized martensite enriched regions having a higher martensite content than the bulk region, the centers of adjacent localized martensite enriched regions in the plurality of localized martensite enriched regions separated by a separation distance of about 0.5 to 5 mm. Stahlkomponente nach Anspruch 1, wobei der Trennungsabstand ungefähr 1 bis 4 mm beträgt.A steel component according to claim 1, wherein the separation distance is about 1 to 4 mm. Stahlkomponente nach Anspruch 1, wobei der Trennungsabstand ungefähr 1,5 bis 3 mm beträgt.A steel component according to claim 1, wherein the separation distance is about 1.5 to 3 mm. Stahlkomponente nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Teil aus der Vielzahl von Martensit-angereicherten lokalisierten Bereichen in einer rechtwinkligen Anordnung angeordnet ist.The steel component of claim 1, wherein at least a portion of the plurality of martensite-enriched localized regions are arranged in a rectangular array. Stahlkomponente nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Teil aus der Vielzahl von Martensit-angereicherten lokalisierten Bereichen in einer hexagonalen Anordnung angeordnet ist.The steel component of claim 1, wherein at least a portion of the plurality of martensite-enriched localized regions are arranged in a hexagonal array. Stahlkomponente nach Anspruch 1, wobei jeder lokalisierte Martensit-angereicherte Bereich eine maximale räumliche Ausdehnung parallel zu der Stahlsubstratoberfläche von weniger als 4 mm aufweist. The steel component of claim 1, wherein each localized martensite enriched region has a maximum spatial extent parallel to the steel substrate surface of less than 4 mm. Stahlkomponente nach Anspruch 1, wobei das Stahlsubstrat einen Multiphasenstahl oder einen Dualphasenstahl enthält.The steel component according to claim 1, wherein the steel substrate contains a multi-phase steel or a dual-phase steel. Stahlkomponente nach Anspruch 1, wobei die lokalisierten Martensit-angereicherten Bereiche eine maximale räumliche Ausdehnung parallel zu der Stahlsubstratoberfläche von weniger als 3 mm aufweisen.The steel component of claim 1, wherein the localized martensite enriched regions have a maximum spatial extent parallel to the steel substrate surface of less than 3 mm. Stahlkomponente nach Anspruch 1, wobei die lokalisierten Martensit-angereicherten Bereiche einen durchschnittlichen Rockwell-Härtewert von ungefähr 35 bis 60 HRC auf der C-Skala gemessen aufweisen und der Volumenbereich einen durchschnittlichen Rockwell-Härtewert von weniger als 35 HRC auf der C-Skala gemessen aufweist.The steel component of claim 1, wherein the localized martensite enriched regions have an average Rockwell hardness value of about 35 to 60 HRC measured on the C-scale and the volume region has an average Rockwell hardness value of less than 35 HRC measured on the C-scale , Stahlkomponente nach Anspruch 1, wobei sich die lokalisierten Martensitangereicherten Bereiche unter der Stahlsubstratoberfläche zu einer Tiefe von ungefähr 50 bis 600 Mikrometern erstrecken.The steel component of claim 1, wherein the localized martensite enriched regions extend below the steel substrate surface to a depth of about 50 to 600 microns. Verfahren zum Härten einer Stahlkomponente, umfassend: Vorsehen eines Stahlsubstrats mit einem Volumenbereich und einer Stahlsubstratoberfläche, und Laserpunkt-Härten des Stahlsubstrats an einer Vielzahl von Positionen auf der Stahlsubstratoberfläche mit einem Laserschweißsystem, das einen Laser für das Bilden einer Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen an der Stahlsubstratoberfläche enthält, wobei die Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen höhere Martensitgehalte als der Volumenbereich aufweisen, wobei die Mitten von benachbarten lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen in der Vielzahl von lokalisierten Martensit-angereicherten Bereichen durch einen Trennungsabstand von ungefähr 0,5 bis 5 mm voneinander getrennt sind.A method of curing a steel component, comprising: Providing a steel substrate having a bulk area and a steel substrate surface, and Laser spot curing the steel substrate at a plurality of positions on the steel substrate surface with a laser welding system including a laser for forming a plurality of localized martensite enriched regions on the steel substrate surface, wherein the plurality of localized martensite enriched regions have higher martensite contents than the bulk region wherein the centers of adjacent localized martensite-enriched regions in the plurality of localized martensite-enriched regions are separated by a separation distance of about 0.5 to 5 mm. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Laser das Stahlsubstrat innerhalb von 5 ms schmelzt, wobei sich nach einer Verfestigung die Vielzahl von lokalisierten Martensitangereicherten Bereichen bilden.The method of claim 11, wherein the laser melts the steel substrate within 5 ms, after solidification forming the plurality of localized martensite enriched regions. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Laserschweißsystem einen Faserlaser enthält.The method of claim 11, wherein the laser welding system includes a fiber laser. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Laser eine Leistungsausgabe von ungefähr 0,1 bis 3 MW/cm2 aufweist.The method of claim 11, wherein the laser has a power output of about 0.1 to 3 MW / cm 2. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Licht von dem Laser sequentiell zu der Vielzahl von Positionen auf der Stahlsubstratoberfläche gerichtet wird.The method of claim 11, wherein the light from the laser is sequentially directed to the plurality of locations on the steel substrate surface. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Stahlsubstrat sequentiell bewegt wird, um Licht auf eine Vielzahl von Positionen auf der Stahlsubstratoberfläche zu richten.The method of claim 11, wherein the steel substrate is sequentially moved to direct light to a plurality of locations on the steel substrate surface. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Trennungsabstand ungefähr 1 bis 4 mm beträgt.The method of claim 11, wherein the separation distance is about 1 to 4 mm. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Trennungsabstand ungefähr 1,5 bis 3 mm beträgt.The method of claim 11, wherein the separation distance is about 1.5 to 3 mm. Verfahren nach Anspruch 11, wobei wenigstens ein Teil aus der Vielzahl von Martensitangereicherten lokalisierten Bereichen in einer rechtwinkligen Anordnung oder in einer hexagonalen Anordnung angeordnet ist.The method of claim 11, wherein at least a portion of the plurality of martensite enriched localized regions are arranged in a rectangular array or in a hexagonal array. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Stahlsubstrat einen Multiphasenstahl, einen Dualphasenstahl oder einen hochfesten, niedriglegierten(HSLA)-Stahl enthält.The method of claim 11, wherein the steel substrate comprises a multiphase steel, a dual phase steel or a high strength, low alloyed (HSLA) steel.
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