生产具有不同强度区域的金属零件的预制材料的制造方法

摘要

本发明涉及一种用于制造预制材料的方法，该预制材料用于制造具有多个不同强度区域的金属零件，其中，在第一步中为预制材料的无涂层的第一区域供给热能，从而加热第一区域并且将第一区域中的材料组织结构至少部分地转化为奥氏体，而不为预制材料的第二区域供给热能，并且在紧随第一步的第二步中冷却第一区域，从而将第一区域中的材料组织结构至少部分地转化为马氏体。此外，本发明还涉及一种相应的设备。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造预制材料的方法，该预制材料用于制造具有多个不同强度区域的金属零件。

背景技术

具有多个不同强度区域的零件例如用于汽车生产。在此种零件中通常在碰撞情况下应仅微小地变形的区域中设置提高的强度。与此相反，具有低强度的区域在碰撞情况下可能更严重地变形，并且在此吸收在碰撞情况下出现的高碰撞能量。

此类零件的制造可例如通过所谓的“定制回火(tailored tempering)”完成。“定制回火”涉及一种热变形过程，其中，通常将有涂层的预制材料，例如有涂层的异形坯，整体在从880℃至950℃的温度范围内加热，并接着在变形工具中热变形。变形工具具有多个温度区，通过这些温度区，薄板以不同速度冷却。在此，形成局部具有不同强度特性的零件。在快速冷却的区域中形成马氏体材料组织结构，从而此区域具有提高的强度。缓慢冷却的区域具有降低的强度。在实践中完全采用此方法，但是，显示为缺点的是，为了产生柔软得的区域需要相对较长的时间投入。

发明内容

本发明的目的在于，降低用于制造区域性具有不同强度特性的金属零件的时间需求。

此目的通过一种用于制造预制材料的方法实现，该预制材料用于制造具有多个不同强度区域的金属零件，其中

-在第一步中，为预制材料的无涂层的第一区域供给热能，从而加热第一区域并且至少部分地将第一区域中的材料组织结构转化为奥氏体，同时，不为预制材料的第二区域供给热能，并且

-在紧随第一步的第二步中冷却第一区域，从而使第一区域中的材料组织结构至少部分地转化为马氏体。

在根据本发明的方法中，在第一区域中的无涂层的预制材料硬化，从而第一区域获得相比于第二区域提高的强度。为了获得相比于第一区域更小的强度，无需加热并缓慢冷却第二区域。由此，可降低用于制造具有不同强度特性的多个区域的时间投入。此外，还可借助冷成形、尤其通过深冲或辊轧成形制造具有不同强度的多个区域的零件。

无涂层的预制材料优选含铁，尤其优选为钢材。无涂层的预制材料可构造为热轧带，其通过热轧获得。替代地，无涂层的预制材料可为冷轧带，其通过冷轧获得。此外还可选择将无涂层的预制材料设计为异形坯。此种异形坯可例如通过从热轧带或冷轧带切割获得。此外，还可能的是，此异形坯已经具有待制造的零件的二维基本形状。

无涂层的预制材料优选不具有施加在预制材料表面上的涂层。尤其优选无涂层的预制材料未镀锌或未电镀。通过使用无涂层的预制材料，无须担心由于对第一区域的加热和/或接下来对第一区域的快速冷却引起预制材料和/或预制材料的可能存在的涂层的不希望出现的改变。

一种有利的设计方案提出，通过激光器供给热能。激光器实现了将由其输出的能量聚焦在设定区域上，从而加热此区域。替代地，热能也可通过一个或多个感应线圈供给。通过感应线圈实现了通过电感加热第一区域。

优选将预制材料的第一区域构造为条形。尤其在例如为热轧带或冷轧带的带状预制材料中，通过将带状预制材料首先输送到例如为激光器或感应线圈的能量供给装置，并接着将其冷却，可产生具有提高的强度的条形第一区域。通过在输送经过能量供给装置之后，将带状预制材料输送到冷却设备，可完成冷却。通过冷却设备可将气态和/或液态的冷却介质施加到预制材料的第一区域上，从而将第一区域内的预制材料冷却。

根据一种有利的设计方案，供给了热能的第一区域具有多个条形的第一区段，其通过未供给热能的第二区域的条形的第二区段彼此分隔。由此，获得此种预制材料，其具有高强度和低强度彼此交替的多个条形区域。此种预制材料可用于制造此类用于汽车生产的零件，即在碰撞情况下吸收碰撞能量并且其在此受控地变形，例如吸能盒(Crashbox)或纵梁。多个彼此交替的不同强度的条形区域可在碰撞情况下呈手风琴形式地折叠到一起。

就此而言，证实为优选的是，多个相邻的条形的第一区段具有相同的中心-中心距离，从而在碰撞情况下可形成基本均匀的褶皱。此外，条形的第一区段可具有相同的宽度。

替代地，多个相邻的条形的第一区段也可如此构造，使其具有不同的中心-中心距离。通过选择不同的中心-中心距离，在碰撞情况下可调节零件具有不均匀的折叠行为。

一种优选的设计方案设置为，在第一步中为预制材料的第三区域如此供给热能，使第三区域加热至高于第一区域的温度，并且在第二步中同样冷却第三区域。由此，可在第三区域中将比第一区域中更大部分的材料组织结构转化为奥氏体。在第一区域和第三区域接下来的冷却中，第三区域中达到比第一区域中更高的强度。由此实现了在预制材料的不同区域中产生个性化提高的强度。

根据另一有利的设计方案，预制材料具有材料厚度，并且在第一区域中在材料厚度范围内不均匀分布地供给热能。由此，热能在整个材料厚度范围内不是均匀分布地供给，而是为材料截面的选择的部分区域施加提高的热能，而为材料截面的其他部分区域根本不施加或者仅施加少量热能。由此，可在预制材料中产生具有在材料厚度范围内不均匀分布的强度变化的区域。不均匀地供给能量优选通过激光器实现，其中，通过激光器的光学系统可调节能量输出的最大值。预制材料的材料厚度优选大于2mm，尤其优选大于3mm。

就此而言证实为尤其有利的是，将供给的热能的最大值设置在预制材料的内部区域中、尤其在中心处，从而产生此种第一区域，在此第一区域中，预制材料的表面具有比内部区域更低的强度。如此处理的区域可在之后的加工步骤中折弯和/或卷边，其中，出现不希望的预制材料折断的风险降低。

根据一种有利的设计方案，在为第一区域供给热能后将预制材料通过热轧和/或通过半热轧变形。就此而言，冷轧应理解为在室温下对预制材料的辊轧。半热轧理解为在相对于室温提高的半热轧温度下对预制材料的辊轧，其中，如此选择半热轧温度，使预制材料不奥氏体化。通过预制材料与辊的接触，可将热能传递到辊上，从而促使预制材料冷却。替代地或额外地，在为第一区域供给热能之后，可将预制材料尤其在卷筒上缠绕。在缠绕时，预制材料的各个层可彼此形成接触，从而在加热的第一区域中吸收的热能可输出到预制材料的其他层中。由此可促进第一区域的冷却。

根据一种替代的优选的设计方案，在为第一区域供给热能之后可将预制材料通过尤其在平面压床中的挤压变形。在挤压中，热能可输出给压床的挤压工具、尤其挤压板中，从而支持预制材料的冷却。挤压工具、尤其挤压板尤其优选主动地冷却。

此外还有利的是，预制材料在紧随第二步的第三步中涂层。通过设置在第一区域加热和冷却之后的涂层，可保护预制材料的表面免受腐蚀和/或外部影响，而无须担心通过加热和冷却对涂层造成影响。尤其有利的是，将预制材料电镀，例如电镀镀锌。替代地，预制材料也可热镀，尤其热镀镀锌。

对解决开头所述的目的还有利的是，一种用于制造预制材料的设备，该预制材料用于制造具有多个不同强度区域的金属零件，其包含：

-能量供给装置，用于为第一区域中的无涂层的预制材料供给热能，从而加热第一区域并且将第一区域中的材料组织结构至少部分地转化为奥氏体，而不为预制材料的第二区域供给热能，以及

-用于冷却第一区域的冷却设备，从而将第一区域中的材料组织结构至少部分地转化为马氏体。

在此设备中可达到如已经关于根据本发明的方法说明了的相同优势。

能量供给装置优选具有激光器或感应线圈。

根据一种有利的设计方案，设备具有用于沿着运输方向输送预制材料的输送装置。优选设置多个能量供给装置，其沿着横向于、尤其垂直于运输方向设置的横向彼此间隔地布置，从而能够将预制材料输送经过能量供给装置。尤其优选设置多个冷却设备，其同样沿着横向彼此间隔地布置。冷却设备优选如此布置，使沿着运输方向输送的预制材料首先经过能量供给装置、然后经过冷却设备。

本发明的其他细节、特征和优势由附图、以及由下文的根据附图对优选实施形式进行的说明得出。在此，附图仅示出本发明一个示例性的实施形式，其不限制本发明的构思。

附图说明

图1以透视图示出了用于制造预制材料的设备的一个实施例，该预制材料用来制造具有不同强度的多个区域的金属零件。

具体实施方式

图1示例性地示出了设备1，借助此设备制造用于汽车生产的、具有多个不同强度区域的金属零件的预制材料10。

作为初始材料，为设备1供应优选由钢材、尤其优选由锰硼钢制成的无涂层的预制材料10，其构造为带状。预制材料10可为热轧钢带或冷轧钢带。预制材料10缠绕在卷筒2上提供。在加工过程中，预制材料10从卷筒2上松卷并通过未示出的输送装置沿运输方向T输送。

预制材料10借助输送装置首先输送经过多个能量供给装置3，通过这些能量供给装置为预制材料10的第一区域5输入热能。由于热能的输入，第一区域5加热到超过预制材料10的Ac1温度，优选超过预制材料10的Ac3温度，并且第一区域5中的材料组织结构至少部分地、优选完全地转化为奥氏体。能量供给装置3将热量仅输入到预制材料10的第一区域5中。预制材料10的第二区域6在预制材料10通过能量供给装置3时未进入能量供给装置3的影响范围内，未施加有热量。这意味着，与第一区域不同，在第二区域中未发生材料组织结构到奥氏体的转化。

能量供给装置3彼此间隔地布置在一条沿着横向Q延伸的直线上，此横向垂直于运输方向T。能量供给装置3分别具有激光器或感应线圈。通过能量供给装置3彼此间隔的布置产生了具有条形的第一区段5.1，5.2的第一区域5，此第一区段分别通过第二区域6的条形的第二区段6.1彼此分隔。在此实施例中，相邻的条形的第一区段5.1，5.2具有不同的中心-中心距离。在一种实施例的变体中，能量供给装置3通过相同的间距分隔，可产生具有同样的中心-中心距离的第一区域5的条形区段。

在预制材料10经过能量供给装置3之后，预制材料10输送通过多个冷却设备4。借助冷却设备4，预制材料10的加热过的第一区域5如此得到冷却，使第一区域中的材料组织结构至少部分地转化为马氏体。由此，得到具有相对于第二区域6更高强度的第一区域5。

冷却设备4彼此间隔地布置在一条沿着横向Q延伸的直线上，此横向垂直于运输方向T。冷却设备4的间距如此选择，使第一区域5的区段5.1，5.2在通过能量供给设备3加热后输送到冷却设备4中。通过冷却设备4，在预制材料10上、尤其预制材料10的第一区域5上施加气态的和/或液态的冷却介质。

至此，在第一区域5中的无涂层的预制材料10得到硬化，其中，第二区域6未得到硬化并且基本保持其初始强度。无需对第二区域6进行加热。

在前述区域性地硬化后，接着冷轧和/或半热轧预制材料10。此外，为预制材料10涂层(镀锌)，例如通过电解涂层工艺或热镀工艺。

根据图1所示的实施例的一种变体，热能通过多个能量供给设备3如此不同地施加，使第三区域中达到比第一区域5中更高的温度。在第一区域中可将温度调节在预制材料10的Ac1温度和Ac3温度之间，并且在第三区域中可调节到超过Ac3温度。因此，在第三区域中比在第一区域5中有更大部分的组织结构奥氏体化。通过冷却设备4不仅冷却第一区域5，而且冷却第三区域，从而在第一区域5中和第三区域中形成马氏体的材料组织结构，其中，第三区域相对于第一区域具有更高的强度。

替代地或额外地，热能可在预制材料10的材料厚度范围内不均匀分布地供给到第一区域和/或第三区域中。由此，可产生在材料厚度范围内不均匀分布的强度变化。在此，能量的供给优选通过激光器完成，其中，可通过激光器的光学调节能量输出的最大值。例如，激光器可如此聚焦，使供给的热能的最大值处于预制材料的内部区域中。在此，产生了第一区域和/或第三区域，在其中，预制材料的表面具有比内部区域更小的强度。

根据前述实施例的另一种变体，使用构造为无涂层的异形坯的预制材料10。

附图标记说明

1 制造设备

2 卷筒

3 能量供给装置

4 冷却设备

5 第一区域

5.1 第一区域的第一区段

5.2 第一区域的第二区段

6 第二区域

6.1 第二区域的区段

10预制材料

Q 横向

T 运输方向