ES2624695T3 - Columna de automóvil y procedimiento para la producción de una columna de automóvil conformada en caliente y endurecida en prensa - Google Patents

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Abstract

Columna de automóvil (1) producida mediante conformación en caliente y endurecimiento en prensa, presentando la columna de automóvil después del endurecimiento en prensa al menos dos áreas con resistencias diferentes, presentando un área de un primer tipo (2) bainita como componente de estructura principal y teniendo ésta una extensibilidad A50 entre un 10% y un 30%, presentando un área de un segundo tipo (3) martensita como componente de estructura principal, y siendo un área de transición (4) entre el área del primer tipo (2) y el área del segundo tipo (3) menor de 80 mm, caracterizada por que el área del primer tipo (2) está configurada como brida, brida de junta y/o borde exterior de la columna de automóvil (1) y el área del segundo tipo (3) presenta bainita como componente de estructura adicional, y por que el límite de elasticidad y/o la resistencia a la tracción en el área de transición (4) disminuyen o aumentan con un gradiente de más de 200 N/mm2 por cada 10 mm.

Description

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DESCRIPCION
Columna de automovil y procedimiento para la produccion de una columna de automovil conformada en caliente y endurecida en prensa
La presente invencion se refiere a una columna de automovil producida mediante conformacion en caliente y endurecimiento en prensa de acuerdo con las caractensticas de la reivindicacion 1.
La presente invencion se refiere ademas a un procedimiento para la produccion de una columna de automovil de acuerdo con las caractensticas en la reivindicacion 15.
En la construccion de automoviles, el perfil de requisitos impuestos a la seguridad de los vehnculos aumenta debido a especificaciones legales y espedficas de los fabricantes. Al mismo tiempo, los fabricantes de automoviles se esfuerzan por reducir el peso propio de las carrocenas de automovil en el marco de una minimizacion del consumo de combustible y de las emisiones de CO2. Esto representa una discrepancia entre un peso propio bajo y una alta rigidez a la flexion y a la torsion asf como una alta seguridad en caso de colision.
Un metodo consiste por ejemplo en la utilizacion de materiales de metal ligero, en particular de aleaciones de aluminio, o de carrocenas en un modo de construccion hnbrida, por ejemplo de aleaciones metalicas y de materiales compuestos de fibras o de plasticos. Sin embargo, las dos variantes anteriormente mencionadas requieren en cada caso unos altos costes de material, lo que a su vez incrementa los costes de produccion precisamente de modelos con gran volumen de ventas en la construccion de automoviles.
No obstante, una aleacion metalica, en particular un material de acero, sigue siendo el material preferido para la construccion de carrocenas, en particular para la construccion del casco de la carrocena. Mediante un desarrollo consecuente, el material de acero todavfa es considerado actualmente como un material de alta tecnologfa, que a traves de las posibilidades de procedimiento mas diversas constituye una buena solucion intermedia entre una posibilidad de produccion economica, buena seguridad en caso de colision y durabilidad.
Por ejemplo, el documento DE 10 2005 054 847 B3 da a conocer elementos de construccion conformados en caliente y endurecidos en prensa que, despues de sacarlos del molde y de ajustar unas propiedades mecanicas de alta resistencia en el acero, son sometidos a un tratamiento termico selectivo. En particular en los elementos de construccion estructurales y/o de seguridad, que en caso de colision son sometidos a cargas axiales, un elemento de construccion producido del modo anteriormente mencionado por un lado ha de ser altamente resistente y por otro lado ha de formar pliegues en caso de colision para poder reducir aqu energfa de choque de forma selectiva.
La publicacion "neuere Entwicklungen in der Blechumformung" de MAT Info Werkstoff-lnformationsgesellschaft tambien presenta varios procedimientos para la produccion de elementos de construccion de carrocenas que, bajo conformacion de diversas areas con ductilidades diferentes, debenan contribuir a aumentar la seguridad en caso de colision en vehnculos, en especial en automoviles de turismo. Por ejemplo, se menciona una columna B de un automovil, que consiste en dos areas, presentando la primera area una conformacion ductil y la segunda area una conformacion de resistencia ultraalta. Adicionalmente se forma un area de transicion que posibilita una transicion uniforme de valores de dureza bajos a valores de dureza altos.
Ademas, el documento DE 102 08 216 C1 da a conocer un procedimiento para la produccion de un elemento de construccion metalico endurecido. Este elemento de construccion se calienta en primer lugar en un dispositivo calentador a una temperatura de austenitizacion para enfriarlo a continuacion de forma controlada, con lo que se crea una mayor ductilidad en una seccion de extremo del elemento de construccion.
El documento WO 2010/07 6247 A1 tambien presenta un procedimiento para la produccion de elementos de construccion de chapas de acero parcialmente endurecidas. Mediante este procedimiento es posible influir en la dureza o la ductilidad, en particular de elementos de construccion endurecidos en prensa, en areas parciales definidas localmente de tal modo que no se produce ninguna influencia adicional en otras areas de la seccion transversal parcial. Esto es posible gracias a la utilizacion de inductores que pueden ajustar con precision la temperatura del elemento de construccion durante el proceso de enfriamiento.
De acuerdo con el estado de la tecnica, un tratamiento termico tiene lugar normalmente dentro de un intervalo de temperaturas entre 320 °C y 400 °C y apenas modifica las propiedades del material con sus valores de resistencia, ajustadas en el proceso de conformacion en caliente y endurecimiento en prensa. Sin embargo, al mismo tiempo la ductilidad del material se incrementa de tal modo que en caso de colision es posible una buena formacion de pliegues.
Sin embargo, el tratamiento termico posterior adicional requiere de nuevo mayores gastos de produccion, ya que hasta el inicio de la serie los costes de herramientas son considerablemente mas altos.
Por consiguiente, un objetivo de la presente invencion consiste en poner a disposicion un elemento de construccion de automoviles y un procedimiento para la produccion del mismo, que presente menos costes de produccion en
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comparacion con el estado de la tecnica, al mismo tiempo con un ajuste mas preciso de propiedades del material dentro del elemento de construccion.
El objetivo anteriormente mencionado se resuelve segun la invencion con las caractensticas de la reivindicacion 1.
La parte de tecnica de procedimiento del objetivo se resuelve con un procedimiento para la produccion de una columna de automovil segun las caractensticas indicadas en la reivindicacion 15.
Otras variantes de realizacion ventajosas son objeto de las reivindicaciones subordinadas.
La columna de automovil segun la invencion, producida mediante conformacion en caliente y endurecimiento en prensa, presentando la columna de automovil mediante el proceso de produccion propiamente dicho, es decir, despues del endurecimiento en prensa, al menos dos areas con resistencias diferentes, presentando un area de un primer tipo bainita como componente de estructura principal y teniendo esta una extensibilidad A50 entre un 10% y un 30%, presentando un area de un segundo tipo martensita como componente de estructura principal, y siendo un area de transicion entre el area del primer tipo y el area del segundo tipo menor de 80 mm, caracterizada por que el area del primer tipo esta configurada como area de conexion en forma de brida, brida de junta y/o borde exterior de los elementos de construccion de automoviles y el area del segundo tipo presenta bainita como componente de estructura adicional, disminuyendo o aumentando el ftmite de elasticidad y/o la resistencia a la traccion en el area de transicion con un gradiente de mas de 200 N/mm2 por cada 10 mm.
Preferiblemente, el area de transicion es menor de 50 mm, de forma especialmente preferible menor de 30 mm y en particular menor de 20 mm. Mediante el area de transicion muy pequena, en el marco de la invencion es posible ajustar selectivamente el elemento de construccion dentro de una etapa de fabricacion, en concreto el procedimiento de produccion en sf, de tal modo que esten aseguradas las propiedades de colision exigidas y al mismo tiempo una posibilidad de produccion economica teniendo en cuenta las tolerancias de produccion que surgen.
Una columna de automovil puede estar configurada por ejemplo como columna A, columna B, columna C o columna D. En este contexto, en determinadas circunstancias, en el area de los puntos de conexion con un larguero de techo o con un larguero inferior se requiere una estructura mas blanda con alto alargamiento de rotura o ductilidad, de tal modo que en caso de colision se evite una rotura y al mismo tiempo se pueda ajustar una formacion de pliegues selectiva.
No obstante, en el marco de la invencion tambien se pueden exigir selectivamente areas con una mayor ductilidad en el area de las bisagras de puerta u otros puntos de conexion, de tal modo que aqu se evite una rotura en caso de colision. Por ejemplo, tambien en caso de acoplamiento de otros elementos de construccion o parches de refuerzo con procesos de remachado, mediante la columna de automovil segun la invencion es posible ajustar areas de alta ductilidad con una especial precision de produccion, de tal modo que en caso de colision se evite en la medida de lo posible una rotura de remaches u otros puntos de conexion en estas areas.
Por lo tanto, tambien se evita un debilitamiento del material debido a altas oscilaciones de carga continua y/o vibraciones junto con una alta dureza. Los componentes restantes de la columna de automovil, es decir, las areas del segundo tipo, presentan una estructura esencialmente martensftica con valores de resistencia especialmente altos, de tal modo que la resistencia minima exigida del elemento de construccion se cumple suficientemente.
Por consiguiente, la columna de automovil producida segun la invencion se puede fabricar de forma economica en comparacion con elementos de construccion producidos con procedimientos de produccion conocidos en el estado de la tecnica, ya que unicamente se requiere un proceso de conformacion y de endurecimiento en prensa para ajustar las propiedades mas importantes exigidas a los elementos de construccion. En este contexto, el ajuste a traves de una estructura esencialmente martensftica y una estructura intermedia, que esta conformada esencialmente por una estructura bainftica, permite un ajuste selectivo, especialmente poco propenso a fallos, de las propiedades de material exigidas en areas claramente definidas del elemento de construccion.
En el area del segundo tipo, que presenta una estructura martensftica como componente de estructura principal, esta caracterizada segun la invencion por que la estructura martensftica esta configurada en mas de un 50%, en particular en mas de un 80%, preferiblemente en mas de un 90% y de forma especialmente preferible en mas de un 95%. Otros componentes de estructura estan presentes en una cantidad de menos de un 15%.
La alta resistencia al alabeo y a la flexion proporcionada por la estructura martensftica garantiza la alta dureza de la columna de automovil segun la invencion, lo que, por ejemplo en caso de un vuelco o de efectos similares de una colision, mantiene del mejor modo posible el compartimento de pasajeros y, por lo tanto, protege del mejor modo posible a los ocupantes del vehuculo.
No obstante, en el marco de la invencion tambien puede haber bainita como componente de estructura adicional en el area del segundo tipo.
En el marco de la invencion, el area del primer tipo presenta bainita como componente de estructura principal, estando presentes otros componentes de estructura en una cantidad menor del 30% o en particular menor del 15%.
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Aqu puede estar presente por ejemplo una estructura mixta de bainita, con ferrita y/o perlita. En caso dado, en el marco de la invencion tambien puede haber martensita como componente de estructura en el area del primer tipo.
Por ejemplo en el caso de aplicacion de una columna B de automovil, el area de conexion esta dispuesta en el area del suelo o del techo, es decir, al lado del larguero inferior del automovil o el larguero de techo frente al area del segundo tipo con un lfmite de transicion que se extiende esencialmente en direccion paralela.
Alternativamente, el area del primer tipo esta rodeada, al menos parcialmente, por el area del segundo tipo, de forma especialmente preferible el area del primer tipo esta rodeada por completo por el area del segundo tipo. En el area de puntos de conexion, por ejemplo para puertas de automovil, el area del primer tipo preferiblemente esta rodeada por completo por el area del segundo tipo. Mediante el area de transicion especialmente pequena segun la invencion se sigue manteniendo la rigidez en la direccion del elemento de construccion, de tal modo que esencialmente no se ha producido ningun punto debil, por ejemplo en forma de un punto de dobladura controlada no deseado. Sin embargo, el area del primer tipo tambien esta configurada con una ductilidad tal que se evita en la mayor medida posible la formacion de grietas. El arrancamiento de bisagras de puerta o cerraduras de puerta, por ejemplo por una colision lateral, se evita en la mayor medida posible mediante la ductilidad del area del primer tipo.
Para ello, de forma especialmente preferible el area del primer tipo esta configurada de forma puntual, preferiblemente con un diametro de menos de 40 mm, en particular menos de 20 mm y de forma especialmente preferible menos de 10 mm.
En el marco de la invencion tambien se puede producir un orificio de paso en el area del primer tipo. Esto significa que la produccion del orificio de paso puede tener lugar simultaneamente durante el proceso de conformacion y/o el proceso de endurecimiento en prensa, o, de forma especialmente preferible, el orificio de paso tambien se puede producir una vez finalizado el proceso de endurecimiento en prensa. Debido a la mayor ductilidad, en este contexto un punzon o una matriz para cortar experimentan un menor desgaste de herramienta, o solo gracias a ello es posible realizar el orificio de paso sin formacion de grietas.
Ventajosamente, en el marco de la invencion esta previsto configurar las areas marginales, en particular escotaduras y bridas, como areas del primer tipo, con lo que se pueden evitar eficazmente desde un principio desgarramientos del canto. Las areas que se someten a un procesamiento mecanico despues del endurecimiento en prensa, como transformaciones, tambien se pueden realizar de un modo mas conveniente como areas del primer tipo.
En el marco de la invencion, el area del primer tipo tambien puede estar prevista como area para la produccion de bordes de corte. En este contexto, para un corte en fno favorable despues de la conformacion en caliente y el endurecimiento en prensa, por ejemplo mediante procedimientos de corte o de separacion sencillos, se prepara una situacion inicial del material adecuada para el cuidado de la herramienta de corte o de separacion. Con arreglo a altos requisitos de tolerancia, el procesamiento adicional del elemento de construccion, por ejemplo por corte, se puede producir aqu de forma especialmente cuidadosa, precisa y economica. En particular se puede prescindir de un costoso corte por laser del borde del elemento de construccion, que en otros casos es duro. Para ello, de forma especialmente ventajosa se puede configurar un area del segundo tipo periferica, estrecha y cercana al contorno final. Al mismo tiempo se reducen claramente los riesgos de una formacion de grietas con retraso provocada por tensiones locales en la estructura dura.
En el marco de la invencion, el area del primer tipo tiene una extensibilidad A50 entre un 10% y un 30%, preferiblemente entre un 12% y un 20%, en particular entre un 12 y un 16%, de forma especialmente preferible entre un 14% y un 16%. De este modo se asegura una resistencia suficientemente alta y al mismo tiempo suficiente ductilidad, de tal modo que en caso de colision se evita una formacion de grietas y, por consiguiente, un arrancamiento de elementos individuales de construccion estructural de automoviles.
De forma especialmente preferible, el area del primer tipo presenta ademas una resistencia a la traccion entre 500 y 1.000 N/mm2, preferiblemente entre 550 y 800 N/mm2. El area del primer tipo presenta un lfmite de elasticidad entre 200 y 800 N/mm2, preferiblemente entre 250 y 600 N/mm2, de forma especialmente preferible entre 250 y 500 N/mm2, de forma totalmente preferible entre 300 y 500 N/mm2.
Entre el area del segundo tipo y el area del primer tipo, el lfmite de elasticidad y/o la resistencia a la traccion preferiblemente estan configurados de tal modo que disminuyen o aumentan con un gradiente de mas de 100 N/mm2, preferiblemente de mas de 200 N/mm2 y en particular de mas de 400 N/mm2 por cada 10 mm. Esto significa que el lfmite de elasticidad y/o la resistencia a la traccion aumentan mas de 100 N/mm2 por cada 10 mm desde el area del primer tipo hacia el area del segundo tipo.
Preferiblemente, el area del segundo tipo presenta una resistencia de mas de 1.000 N/mm2, en particular de mas de 1.200 N/mm2 y de forma especialmente preferible de mas de 1.400 N/mm2.
El procedimiento segun la invencion para la produccion de una columna de automovil conformada en caliente y endurecida en prensa, en donde la columna de automovil obtiene al menos dos areas con resistencias diferentes, preve las siguientes caractensticas de procedimiento:
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- preparacion de una pletina de chapa endurecible o semiproducto, que se calienta al menos hasta la temperatura de austenitizacion,
- enfriamiento intermedio de un area del primer tipo de la pletina de chapa o semiproducto, seleccionandose una velocidad de enfriamiento mayor que la velocidad de enfriamiento cntica inferior de la formacion de bainita del material de la pletina de chapa o semiproducto,
- conformacion en caliente y endurecimiento en prensa de la pletina de chapa o semiproducto para obtener la columna de automovil en una herramienta de endurecimiento en prensa.
Mediante el procedimiento segun la invencion se ajusta una estructura de etapa intermedia por control de tiempo y/o por control de temperatura. La estructura de etapa intermedia se ajusta en particular en el area del primer tipo de la pletina de chapa mediante un enfriamiento intermedio. La velocidad de enfriamiento del enfriamiento intermedio se elige en el marco de la invencion de tal modo que sea mayor que la velocidad de enfriamiento cntica inferior de la formacion de bainita del material de la pletina de chapa. Por lo tanto, es mayor que la velocidad de enfriamiento cntica inferior de la formacion de bainita. En particular se enfnan areas que han de ser blandas despues del endurecimiento en prensa, es decir, que presentan una mayor ductilidad.
En el marco de la invencion, en principio tambien es posible preformar el elemento de construccion en fno para obtener un semiproducto. Por lo tanto, el elemento de construccion se preforma al menos parcialmente a partir de una pletina de chapa endurecible. Preferiblemente, en este contexto se realiza un preformado que esta adaptado al menos en un 80% a la forma final. A continuacion del proceso de preformado en fno, que por ejemplo se lleva a cabo a temperatura ambiente, se realiza un calentamiento al menos hasta la temperatura de austenitizacion, es decir, a una temperatura superior a AC3. A continuacion tiene lugar al menos un enfriamiento intermedio parcial de un area del primer tipo asf como otras etapas del procedimiento segun la invencion.
En este contexto, el proceso de enfriamiento del enfriamiento intermedio se lleva a cabo despues del calentamiento de la pletina de chapa endurecible a la temperatura de austenitizacion, no obstante, en el marco de la invencion se puede llevar a cabo antes del proceso de conformacion en caliente y de endurecimiento en prensa o durante el mismo. En particular cuando el proceso de enfriamiento del enfriamiento intermedio se lleva a cabo durante el endurecimiento en prensa, en la herramienta de prensa se han de prever medios correspondientes que pueden realizar un enfriamiento correspondiente y tambien velocidades de enfriamiento correspondientes.
Si el enfriamiento intermedio tiene lugar antes de la conformacion en caliente y el endurecimiento en prensa, por ello se ha de entender una lmea de produccion con transferencia intermedia correspondiente de la pletina de chapa calentada por encima de la temperatura de austenitizacion.
El propio enfriamiento se puede llevar a cabo por ejemplo mediante conveccion natural o forzada, mediante cilindros de enfriamiento, mediante placas de regulacion de temperatura de doble cara o de una sola cara con capa opuesta de aislamiento, o mediante aplicacion de fluidos refrigerantes como agua o mediante otros dispositivos de enfriamiento correspondientes. En este contexto se puede llevar a cabo un enfriamiento tanto en una estacion intermedia instalada de forma fija como en una unidad de enfriamiento que se puede mover con el ritmo de produccion. Preferiblemente, el enfriamiento intermedio se lleva a cabo a una velocidad de enfriamiento entre 200 kelvin por segundo y 5 kelvin por segundo. De forma especialmente preferible se ha de prever una velocidad de enfriamiento de 50 kelvin por segundo. Preferiblemente, el enfriamiento tiene lugar directamente despues de la extraccion del horno. De este modo se ajustan unos valores de resistencia en las primeras areas entre 550 y 900 MPa. Preferiblemente se ajustan valores de resistencia de esencialmente 700 MPa.
En particular, un area del segundo tipo, siendo el area del segundo tipo cualquier area de la pletina de chapa no ocupada por el area del primer tipo, se mantiene por encima de la temperatura de austenitizacion. Esto significa que, despues de calentar la pletina de chapa al menos a la temperatura de austenitizacion, se mantiene una temperatura correspondiente por encima de la temperatura de austenitizacion. Esto puede tener lugar por ejemplo bien de forma activa mediante fuentes de calor externas, o bien de forma pasiva mediante un aislamiento correspondiente. No obstante tambien es concebible el mantenimiento por encima de la temperatura AC1. De este modo se producina una cierta perdida de resistencia en comparacion con la conformacion a partir de AC3, pero en la mayona de los casos dicha perdida no es cntica.
En el caso de las fuentes de calor externas, el mantenimiento de la temperatura en el area del segundo tipo puede tener lugar en particular mediante lamparas de infrarrojos, espirales calentadoras, quemadores de poros, placas aislantes o fuentes de calor externas similares. En el marco de la invencion tambien es posible elegir una temperatura claramente superior a la temperatura de austenitizacion, de forma que el tiempo transcurrido desde el final del calentamiento a una temperatura superior a la temperatura de austenitizacion hasta el comienzo del proceso de endurecimiento en prensa y el enfriamiento que tiene lugar aqrn estan sincronizados entre sf de tal modo que, al comienzo del proceso de endurecimiento en prensa, el area del segundo tipo sigue presentando una temperatura que al menos esta por encima de la temperatura de austenitizacion.
En otra variante de realizacion ventajosa de la presente invencion, la velocidad de enfriamiento para el enfriamiento intermedio del area del primer tipo se elige de tal modo que se obtenga una estructura baimtica, preferiblemente se
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enfna a una temperatura entre 700 y 400 °C, preferentemente de 650 a 450 °C, en particular de 650 a 500 °C, preferiblemente de 600 a 400 °C y de forma especialmente preferible a 500 °C. En caso de velocidades de enfriamiento que son mayores que la velocidad de enfriamiento crftica inferior del material utilizado en cada caso, pero que se detienen por encima de la temperatura de inicio de martensita, tiene lugar la, asf llamada, formacion de bainita con mantenimiento isotermico de la temperatura de enfriamiento, tambien conocida como estructura intermedia o tambien como etapa intermedia.
A diferencia de los procedimientos conocidos en el estado de la tecnica, en los que se forma perlita o ferrita, formandose la perlita fundamentalmente por difusion directamente a partir de la austenita, en la etapa intermedia de la bainita la difusion del carbono en la austenita es mucho mas diffcil debido a la mayor rapidez del enfriamiento. En la formacion de bainita, pequenas areas de austenita, en la mayona de los casos a partir de ftmites de grano, se transforman en una red alfa gastada. Dado que la velocidad de difusion en la red alfa es esencialmente mayor que en la red gamma, a partir de estos cristales mixtos alfa sobresaturados de carbono se separan entonces pequenos granulos de cementita que son mas finos cuanto mas rapido es el enfriamiento. En este contexto se produce una estructura esencialmente acicular de la estructura bainftica. En este contexto se produce una estructura granular de los carburos como resultado de la cada vez mayor dureza debido a la creciente finura de grano. En el caso de la estructura baimtica se diferencia ademas entre una etapa intermedia superior, en la que los carburos estan reunidos en una mayor migracion, y una etapa intermedia inferior, en la que los carburos estan fimsimamente distribuidos.
En una variante de realizacion preferible del presente procedimiento, el area del primer tipo se mantiene a la temperatura de enfriamiento del enfriamiento intermedio durante un tiempo predeterminable, preferiblemente el mantenimiento de la temperatura tiene lugar de forma esencialmente isotermica. Mediante esta variante de realizacion, la estructura intermedia baimtica se puede ajustar con precision en funcion del tiempo con los valores de resistencia exigidos o deseados en cada caso. En esta variante de realizacion, el enfriamiento intermedio tiene lugar fundamentalmente a una temperatura en la que la estructura de material del area del primer tipo se ha transformado en austenita, o tiene lugar directamente dentro de la estructura intermedia. A partir de esta temperatura de enfriamiento se produce otra transformacion de la estructura de material mediante mantenimiento isotermico durante un penodo de tiempo determinado. En el caso de una estructura austenftica, el material se transforma entonces en una estructura baimtica. Si el material se enfna directamente dentro de la etapa intermedia mediante la eleccion de la velocidad de enfriamiento, aqrn tambien se ha ajustado ya una estructura mixta entre austenita y bainita. Mediante el mantenimiento a la temperatura de enfriamiento tiene lugar un mantenimiento en el area de estructura de transformacion puramente bainftica durante un tiempo determinado. Cuanto mas tiempo se mantiene el area del primer tipo a dicha temperatura, mayor se hace la parte bainftica de la estructura.
En otra variante de realizacion preferible, el area de estructura intermedia enfriada a la temperatura de enfriamiento se enfna adicionalmente de forma brusca en la propia herramienta de endurecimiento en prensa a partir de la etapa de transformacion de estructura bainftica, de modo que en el area del primer tipo se ajusta una estructura mixta de martensita y bainita. Mediante el enfriamiento brusco del area del primer tipo, en la que la estructura presenta una etapa intermedia, las proporciones de austenita residuales se transforman durante el endurecimiento en prensa en proporciones de martensita. De este modo, en las areas del primer tipo se forma una estructura mixta de martensita- bainita. En este contexto, las proporciones de la bainita en relacion con la martensita dependen a su vez del tiempo durante el cual la primera area se mantiene en la etapa intermedia antes del comienzo del proceso de endurecimiento en prensa.
En una variante de realizacion especialmente preferible de la presente invencion, la velocidad de enfriamiento en el enfriamiento intermedio se elige por encima de la velocidad de enfriamiento crftica del material utilizado. De este modo se puede ajustar selectivamente un area austenftica, que a continuacion se mantiene a un nivel de temperatura, preferiblemente de forma isotermica, durante un tiempo predeterminable, de modo que la transformacion de estructura se ajusta selectivamente de forma baimtica por medio del tiempo de mantenimiento. En este contexto, dependiendo del tiempo de mantenimiento utilizado se puede ajustar bien una estructura austenftica parcialmente bainftica, o bien una estructura exclusivamente bainftica. En caso de una estructura baimtica- austemtica, esta se transforma en una estructura baimtica-martensftica mediante el proceso de endurecimiento en prensa subsiguiente.
En el marco de la invencion, un mantenimiento a esencialmente la misma temperatura se ha de entender por debajo de la temperatura de ferrita y de perlita, es decir, fundamentalmente por debajo de 700 °C, en particular por debajo de 600 °C, de forma especialmente preferible por debajo de 550 °C, pero por encima de una temperatura de inicio de martensita. En caso de un mantenimiento isotermico a lo largo de un penodo de tiempo prolongado se puede producir por ejemplo una disminucion de la temperatura de 500 a 400 °C, pero en el marco de la invencion esto ha de seguir siendo considerando como esencialmente isotermico. De forma especialmente preferible, el area del primer tipo se mantiene de modo isotermico en un intervalo de tiempo de 1 segundo a 80 segundos. De forma especialmente preferible se han de prever 15 segundos como tiempo de mantenimiento. No obstante, esto se ha de elegir en funcion de la aleacion de materiales utilizada en cada caso.
En otra variante de realizacion preferible del procedimiento segun la invencion, el enfriamiento intermedio del area del primer tipo se lleva a cabo en la herramienta de endurecimiento en prensa, preferiblemente mediante placas de refrigeracion dispuestas en la herramienta de endurecimiento en prensa. De este modo se reducen los tiempos de
ciclo y tambien los costes de produccion. En particular se produce un elemento de construccion de automoviles con areas con resistencias diferentes en solo dos etapas de herramienta. En primer lugar se realiza un calentamiento en una instalacion de horno y a continuacion una combinacion de enfriamiento intermedio y conformacion en caliente y endurecimiento en prensa en una sola herramienta.
5 Para la velocidad de enfriamiento en el proceso de endurecimiento en prensa propiamente dicho se elige al menos una velocidad de enfriamiento de 25 kelvin por segundo. De forma especialmente preferible al mas de 27 kelvin por segundo. No obstante, para el proceso de endurecimiento en prensa propiamente dicho se eligen en particular velocidades de enfriamiento mas altas. Fundamentalmente, el proceso de endurecimiento en prensa tiene lugar entonces en particular tanto en el area del primer tipo como en el area del segundo tipo a la misma velocidad de 10 enfriamiento en funcion del gradiente de temperatura local entre la herramienta de endurecimiento en prensa y la pieza de trabajo. No obstante, debido a las diferentes temperaturas al comienzo del proceso de endurecimiento en prensa en las dos areas, la velocidad de enfriamiento puede diferir ligeramente del area del primer tipo al area del segundo tipo.
De forma especialmente preferible, en el procedimiento segun la invencion se utiliza acero endurecible que se puede 15 clasificar como acero para temple y revenido microaleado. Este presenta en particular los siguientes elementos de aleacion como porcentajes en peso de la masa:
Carbono
(C) del 0,19 al 0,25
Silicio
(Si) del 0,15 al 0,30
Manganeso
(Mn) del 1,10 al 1,40
Fosforo
(P) del 0 al 0,025
Azufre
(S) del 0 al 0,015
Cromo
(Cr) del 0 al 0,35
Molibdeno
(Mo) del 0 al 0,35
Titanio
(Ti) del 0,020 al 0,050
Boro
(B) del 0,002 al 0,005
Aluminio
(Al) del 0,02 al 0,06
De forma especialmente preferible, en el marco de la invencion el enfriamiento intermedio de las areas del primer tipo se realiza con una herramienta con placas de refrigeracion integradas. En este contexto, las placas de refrigeracion tienen una temperatura propia de hasta 600° Celsius, que no obstante es mas fna que la temperatura 20 AC3 de mas de 900° Celsius. Mediante estas placas de refrigeracion se puede enfriar el area del primer tipo y despues en caso dado tambien mantener la misma de forma isotermica a lo largo de un penodo de tiempo. Por ejemplo, dichas placas de refrigeracion se pueden llevar a la temperatura necesaria en cada caso sobre la base de cartuchos de calefaccion electricos o por medio de un calentamiento por quemador posterior o por medio de aceites termicos.
25 En otra variante de realizacion, el enfriamiento intermedio tambien puede tener lugar a traves de placas de refrigeracion esencialmente fnas. Las placas presentan en este caso una temperatura claramente por debajo de 400 °C, preferiblemente entre -100 °C y +100 °C, de forma especialmente preferible entre -10 °C y +25 °C. Sin embargo, un tiempo de permanencia isotermica con placas de refrigeracion fna solo se puede realizar de forma limitada. De forma especialmente preferible, las dos versiones de placas de refrigeracion se integran por ejemplo tambien en una 30 herramienta de conformacion en caliente y herramienta de prensa, de modo que todo el proceso despues del propio calentamiento en horno se realice en una sola herramienta. No obstante, en el marco de la invencion, las placas de refrigeracion para la realizacion del enfriamiento intermedio tambien se pueden incorporar en una herramienta adicional, de modo que el proceso tenga lugar desde el horno de calentamiento a traves del enfriamiento intermedio hasta la propia herramienta de conformacion en caliente y endurecimiento en prensa. Esta variante de realizacion 35 tiene la ventaja de que la herramienta independiente se puede configurar esencialmente como una herramienta plana con placas de calentamiento o de refrigeracion esencialmente planas.
Otras ventajas, caractensticas, propiedades y aspectos de la presente invencion se desprenden de la siguiente descripcion de figuras esquematicas. Esta sirve para la comprension sencilla de la invencion. Se muestran:
la Figura 1 muestra una seccion superficial de una columna de automovil segun la invencion con un area del 40 primer tipo, un area de transicion y un area del segundo tipo;
la Figura 2 muestra una columna de automovil segun la invencion; y
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la Figura 3 muestra un diagrama TTT para la realizacion de un procedimiento segun la invencion.
En las Figuras se utilizan los mismos sfmbolos de referencia para elementos constructivos iguales o similares, aunque la descripcion no se repita para simplificar.
La Figura 1 muestra una seccion de una columna de automovil 1. En este contexto se puede reconocer que alrededor de un area del primer tipo 2 esta configurada un area del segundo tipo 3 segun la presente invencion. Entre el area del primer tipo 2 y el area del segundo tipo 3 esta dispuesta un area de transicion 4. En el area del primer tipo 2 esta producida una estructura de material de tendencia ductil, en el area del segundo tipo 3 esta producida una estructura de material duro. En el marco de la presente invencion, el area de transicion 4 presenta esencialmente una anchura a, que es especialmente pequena en relacion con el area del primer tipo 2.
La Figura 2 muestra una columna de automovil 1 en forma de una columna A 5 de una carrocena de automovil no representada aqrn detalladamente. La columna A 5 presenta en sus lados 5a, 5b correspondientes bridas de junta 6 que tienen mayor ductilidad que una parte de perfil 7 central. Por lo tanto, la columna A 5 tiene gracias a su parte de perfil 7 central una alta resistencia y dureza, que en caso de colision garantiza la proteccion de un compartimento de pasajeros, y en sus bridas de junta 6 una propiedad de material mas bien ductil en comparacion con la parte de perfil central, de modo que los componentes sujetos en las bridas de junta 6, que no estan representados aqrn detalladamente, permanecen unidos a la columna A 5 y no se produce ningun arrancamiento en los lugares de union, caracterizados por las bridas de junta 6.
En la Figura 3 esta representado un diagrama TTT de un acero ejemplar, que no limita el area de la presente invencion. Estan dibujadas las diferentes estructuras que se ajustan en caso de velocidades de enfriamiento por encima de la temperatura en el material. En el area inferior de la imagen se muestra la formacion de martensita. Por encima, en el area central de la imagen, la formacion de bainita y de nuevo por encima la formacion de perlita o bien ferrita.
En el ejemplo de realizacion aqrn mostrado se muestran tres curvas diferentes para diferentes procesos de enfriamiento. La curva K1 muestra el perfil de temperatura para una primera area segun la invencion, calentandose esta en primer lugar a una temperatura por encima de la temperatura AC3. Desde esta temperatura se enfna a una temperatura intermedia a aproximadamente 520 °C a una velocidad de enfriamiento que en este caso es mayor que la velocidad de enfriamiento cntica superior oK para la formacion de bainita del material aqrn mostrado. Al alcanzar la temperatura de enfriamiento del enfriamiento inferior de aproximadamente 520 °C, la primera area se mantiene de forma esencialmente isotermica a una temperatura durante el penodo de tiempo t1. En este contexto, debido a una perdida de calor, por ejemplo en forma de radiacion calonfica, conveccion o tambien conduccion de calor, la temperatura cae de aproximadamente 520 °C a aproximadamente 480 °C. Por lo tanto, en el momento Z1 del enfriamiento intermedio se ajusta una estructura austenftica y en el momento P1, el comienzo del endurecimiento en prensa en la primera variante de realizacion, una estructura mixta bainftica-austenftica.
En el curso del procedimiento, en la primera variante de realizacion a partir del momento P1 se produce un enfriamiento brusco por el proceso de endurecimiento en prensa de tal modo que la estructura mixta baimtica- austemtica en la primera area se transforma en una estructura mixta baimtica-martensftica. Paralelamente, la segunda area segun la invencion se enfna bruscamente a partir de una temperatura por encima de AC3 mediante endurecimiento en prensa, de tal modo que en este caso directamente a partir de una estructura austenftica se forma una estructura martensftica, lo que sin embargo, para una mayor claridad, no esta representado aqrn mas detalladamente.
Una segunda variante de realizacion, que sin embargo no entra dentro del ambito de proteccion, esta representada con el perfil de enfriamiento segun la curva 2 de la primera area. El perfil de enfriamiento de la curva 2 sigue analogamente el perfil de enfriamiento de la curva K1, manteniendose la temperatura de enfriamiento durante mas tiempo a partir de un momento Z2 (igual a Z1), de tal modo que el proceso de endurecimiento en prensa comienza en un momento P2. Por lo tanto, el penodo de tiempo t2 es mayor que t1. En el momento P2, la estructura en la primera area se ha transformado por completo en bainita y, por consiguiente, despues del momento P2 ya no experimenta ninguna transformacion de estructura mas a causa de la velocidad de enfriamiento.
En una tercera variante de realizacion segun la presente invencion se elige una velocidad de enfriamiento a partir de una temperatura por encima de la temperatura AC3 segun la curva 3, de tal modo que directamente se produce una transformacion en la estructura intermedia bainftica en el proceso de enfriamiento del enfriamiento intermedio. En este contexto, en la primera area se ajusto una estructura intermedia austemtica-bainftica, de modo que, al comenzar el proceso de endurecimiento en prensa en el momento P3, dicha estructura mixta baimtica-austemtica se transforma en una estructura mixta baimtica-martensftica en la primera area. En las variantes de realizacion segun las curvas 2 y 3, la segunda area respectiva, que durante en enfriamiento intermedio se mantiene por encima de la temperatura AC3, se transforma directamente en martensita mediante un enfriamiento durante el proceso de endurecimiento en prensa del area austenftica. En la variante de realizacion segun la curva 3, de acuerdo con la invencion se elige siempre una temperatura mayor que la velocidad de enfriamiento cntica inferior uK del material utilizado en cada caso.
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S^bolos de referencia:
1 - Columna de automovil
2 - Area del primer tipo
3 - Area del segundo tipo
4 - Area de transicion
5 - Columna A
5a - Lados
5b - Lados
6 - Brida de junta
7 - Parte de perfil
a - Anchura
P1 - Momento de inicio del endurecimiento en prensa
P2 - Momento de inicio del endurecimiento en prensa
P3 - Momento de inicio del endurecimiento en prensa
oK - Velocidad de enfriamiento crftica superior uK - Velocidad de enfriamiento crftica inferior
t1 - Tiempo de mantenimiento a temperatura de enfriamiento intermedio
t2 - Tiempo de mantenimiento a temperatura de enfriamiento intermedio
Z1 - Momento del enfriamiento intermedio Z2 - Momento del enfriamiento intermedio Z3 - Momento del enfriamiento intermedio
K1 - Curva 1
K2 - Curva 2
K3 - Curva 3

Claims (16)

  1. 5
    10
  2. 2.
  3. 3. 15
  4. 4.
  5. 5.
    20 6. 7.
    25 8.
  6. 9.
    30 10.
  7. 11.
  8. 12.
    35
  9. 13.
  10. 14.
    40 15.
    45
    REIVINDICACIONES
    Columna de automovil (1) producida mediante conformacion en caliente y endurecimiento en prensa, presentando la columna de automovil despues del endurecimiento en prensa al menos dos areas con resistencias diferentes, presentando un area de un primer tipo (2) bainita como componente de estructura principal y teniendo esta una extensibilidad A50 entre un 10% y un 30%, presentando un area de un segundo tipo (3) martensita como componente de estructura principal, y siendo un area de transicion (4) entre el area del primer tipo (2) y el area del segundo tipo (3) menor de 80 mm, caracterizada por que el area del primer tipo (2) esta configurada como brida, brida de junta y/o borde exterior de la columna de automovil (1) y el area del segundo tipo (3) presenta bainita como componente de estructura adicional, y por que el lfmite de elasticidad y/o la resistencia a la traccion en el area de transicion (4) disminuyen o aumentan con un gradiente de mas de 200 N/mm2 por cada 10 mm.
    Columna de automovil segun la reivindicacion 1, caracterizada por que el area de transicion (4) es menor de 50 mm.
    Columna de automovil segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que en el area del segundo tipo (3) estan presentes otros componentes de estructura en una cantidad menor del 15%.
    Columna de automovil segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que en el area del primer tipo (2) estan presentes otros componentes de estructura en una cantidad menor del 30%.
    Columna de automovil segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que el area del primer tipo (2) esta rodeada, al menos en parte, por el area del segundo tipo (3).
    Columna de automovil segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que el area del primer tipo (2) esta configurada de forma puntual.
    Columna de automovil segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que el area del primer tipo (2) esta configurada en areas de la columna de automovil (1) que en caso de colision estan sometidas a deformaciones especialmente fuertes y/o que mediante deformaciones han de reducir energfa de colision.
    Columna de automovil segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que el area del primer tipo (2) presenta un mayor espesor de pared en comparacion con el area del segundo tipo (3).
    Columna de automovil segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por que en el area del primer tipo (2) se puede realizar un orificio de paso y/o se pueden realizar plegados despues del conformado en caliente.
    Columna de automovil segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por que el area del primer tipo (2) tiene una extensibilidad A50 entre un 12% y un 20%.
    Columna de automovil segun una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que el area del primer tipo (2) presenta una resistencia a la traccion entre 500 y 1.000 N/mm .
    Columna de automovil segun una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por que el area del segundo tipo (3) presenta una resistencia e mas de 1400 N/mm2.
    Columna de automovil segun una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada por que el area del primer tipo (2) presenta un lfmite de elasticidad entre 200 y 800 N/mm2.
    Columna de automovil segun una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada por que para su produccion se utiliza una Tailor Welded Blank o una Tailor Rolled Blank.
    Procedimiento para la produccion de una columna de automovil (1) conformada en caliente y endurecida en prensa segun las caractensticas de la reivindicacion 1, en donde la columna de automovil (1) obtiene al menos dos areas (2, 3) con resistencias diferentes, caracterizado por las siguientes caractensticas de procedimiento:
    - preparacion de una pletina de chapa endurecible o semiproducto, que se calienta al menos hasta la temperatura de austenitizacion,
    - enfriamiento intermedio de un area del primer tipo de la pletina de chapa o semiproducto, seleccionandose una velocidad de enfriamiento mayor que la velocidad de enfriamiento cntica inferior (uK) del material de la pletina de chapa o semiproducto,
    - conformacion en caliente y endurecimiento en prensa de la pletina de chapa o semiproducto para obtener la columna de automovil (1) en una herramienta de endurecimiento en prensa.
  11. 17.
    5
  12. 18.
  13. 19.
    10
  14. 20.
    15
  15. 21.
  16. 22.
    20
    Procedimiento segun la reivindicacion 15, caracterizado por que un area del segundo tipo (3) se mantiene por encima de la temperature de austenitizacion hasta que es Nevada a la herramienta de prensa.
    Procedimiento segun la reivindicacion 15 o 16, caracterizado por que la velocidad de enfriamiento durante el enfriamiento intermedio del area del primer tipo (2) se elige de tal modo que se obtenga una estructura baimtica y se enfna a una temperatura entre 600 y 400 °C.
    Procedimiento segun una de las reivindicaciones 15 a 17, caracterizado por que el area del primer tipo (2) se mantiene a la temperatura de enfriamiento del enfriamiento intermedio durante un tiempo predeterminable.
    Procedimiento segun una de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado por que el area del primer tipo (2) se enfna bruscamente en la herramienta de endurecimiento en prensa a partir de la etapa de transformacion de estructura baimtica, de tal modo que se ajusta una estructura mixta de martensita, bainita y ferrita y/o perlita.
    Procedimiento segun una de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado por que la velocidad de enfriamiento del enfriamiento intermedio se elige de tal modo que sea mayor que la velocidad de enfriamiento cntica superior (oK).
    Procedimiento segun una de las reivindicaciones 15 a 20, caracterizado por que el enfriamiento intermedio del area del primer tipo (2) se lleva a cabo en la herramienta de endurecimiento en prensa.
    Procedimiento segun una de las reivindicaciones 15 a 21, caracterizado por que la pletina de chapa se preforma en fno para obtener un semiproducto y a continuacion se calienta al menos a la temperatura de austenitizacion.
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