热处理装置的制作方法

本发明涉及一种钢材的各自区域的系统化热处理装置。

背景技术：

在此技术领域，各部门许多案例都需要质量轻的高强度金属板部件。例如汽车工业一直努力减少车辆的燃油消耗和降低二氧化碳的排放，同时，提高乘客的安全性。由于这个原因，有一个不断增长的关于优良的强度-重量比的车身零部件需求。这些部件包括特别是A和B车柱，车内的侧门防撞杆、踏脚板、框架件、保险杠、用于车身和车顶的横梁，以及前、后纵梁。在现代车辆内，带有安全笼的车身用床是由强度约1500MPa的硬质钢材制成。铝-硅包覆的钢板出于此目的也会经常使用到。出于制造出由硬质钢材制成的零部件的目的，所谓的压淬工艺一直在被开发。这里，薄钢材首先要被加热到奥氏体化温度，然后放置在一个压模中，迅速成型，并且迅速用冷水淬灭使其温度下降到马氏体化起始温度以下。由此制出了一种强度达到1500MPa的坚硬、强大的马氏体结构。以这种方式硬化的钢板，但是，只有在断裂时有轻微的断裂伸长率。因此其碰撞时的动能不能充分转换成变形热。

为此，汽车行业正在努力发展有几种不同的伸长区间和强度区间的车身零部件，这样一方面，一个单独部分就可以有高强度区间(参见以下第一区间)，另一方面，有可伸长区间(参见以下第二区间)。一方面，从根本上希望有一部分是高强度的，以获得可以承受高的机械载荷，同时轻量化的部分。另一方面，甚至高强度部分应该可以有某些柔软区域。在碰撞的情况下，这提供了所需的部分增加的变形能力。只有用这种方式，动能的影响可以消散，从而最小化施加在的当前车辆和其余车辆的加速力。另外，现代连接方法需要允许相同或不同类型的材料连接的非硬点。例如，假设在该部分有可变形区域，就有必要使用弯曲、卷曲或铆接的连接点。

这里，仍应遵守生产安装的一般要求：该压淬装置不应有害地干扰周期时间，并且应该可能无任何限制使用完整装置并快速改变设置，以符合一特定的产品。该过程应该是耐用的并且具有成本效益的，并且其生产装置应该只占用一个最小的空间。该部分的形状和边缘应该是高度精确的。

在所有已知的方法中，该部分的系统化热处理是一个耗时的处理步骤，对于整体加热设备的循环时间有重要影响。

在此背景下，本发明的目的是提出一种用于钢件的各个区域的系统化热处理的装置，从而可以得到具有不同硬度和延展性值的区域，从而使整个热处理装置对周期时间的影响最小化。

技术实现要素：

根据本发明，通过一种具有独立权利要求1所述特征的装置实现此目标。该装置的有利改进可从从属权利要求2到从属权利要求9中得到。

所述钢材首先被加热到高于奥氏体化温度AC3。

这样所述结构可以完全被转变为奥氏体。在随后的硬化工艺中，例如，一个压淬工艺，淬灭进行得非常快，以致于进而首先形成一个马氏体结构并且其强度值约为1500MPa。从完全奥氏体结构实施淬灭是有利的。为此，至少在温度降到结构改变开始温度θ₁后，结构转变可以开始，冷却过程至少在更低的临界冷却速度下才会发生。例如，以常用的压淬材料22MnB5为例，660℃视为极限θ₁。虽然至少部分马氏体结构仍然可以出现，如果淬火在较低的温度下开始，可以预期该部分将在此区域内减弱强度。几秒钟

这个温度过程通常用作压淬方法，特别是用于完全压淬零部件。第二区域或其他区域首先加热到奥氏体温度AC3以上，以使得其结构可以完全转化为奥氏体。随后，在处理时间t_B内冷却过程尽可能迅速发生直至达到冷却停止温度θ₂。22MnB5的马氏体化开始温度，例如，约410℃。低于马氏体化起始温度范围的轻微的波动温度同样是可能的。随后，冷却过程不再被快速实施，以致于形成一个贝氏体结构。此结构转变不会突然发生，而是需要一定处理时间。此转变为放热反应。如果允许这种转变发生在一个加热的环境中，并且温度接近零部件温度冷却的温度，即，冷却停止温度θ₂，在此零部件中增加的温度是由再辉导致的，这些均可被清楚地观察到。通过设置冷却实施和该零部件被压淬之前的保留时间的冷却率和/或温度，从根本上可设置所需的第一区域结构最大可得强度与未处理部分值之间的强度和断裂伸长率。实验结果表明，由于再辉而抑制温度升高，这是因为，为了可得到的断裂伸长率，进一步的强制冷却趋于有更多不足。因此，在冷却温度的等温停止似乎是并不有利的。然而，一个重新加热的过程是有利的。

在一个实施例中，在这个阶段第二区域或其他区域是额外的被主动加热。例如，这可通过热辐射的方式实施。

在一个实施例中，冷却停止温度θ₂被选择以高于马氏体开始温度Ms。

在一个可选的实施例中，冷却停止温度θ₂被选择以低于马氏体化开始温度Ms以下。

第一和第二区域的热处理从根本上不同，因而，首先，第二区域或其他区域的处理是依靠处理持续时间。根据本发明，第二区域部分在第一熔炉内降温到冷却停止温度θ₂，以便在几秒钟的处理时间tB内，在下游的处理站内达到奥氏体化温度。在此处理站，第一区域或其他区域并不被特殊处理。

可选地，处理站也可以被加热以用于此目的。因此，例如，热可以通过热对流或热辐射的方式实施。

当钢材在处理站放置几秒钟后，有一个定位装置以确定不同区域的精确定位，他们可以转移到一个没有用于不同区域的不同处理的特殊设备的第二熔炉。整个炉室只有一个熔融温度θ₄，这就是说，一个在奥氏体化温度AC3和最小淬灭温度之间的基本均匀的温度θ₄。一个有益的温度是，例如在660℃到850℃之间。因此，不同区域都接近第二熔炉的温度θ₄。如果在处理站中保留阶段时第一区域的温度损失对比第二区域要低得多，以致于温度不会降到第二熔炉的温度θ₄，然后第一种类型的区域的温度曲线从上面接近第二熔炉的温度θ₄。在一个有益的实施例中，最小冷却温度，即在第二类型的区域的温冷却停止温度θ₂比第二熔炉的选择温度θ₄更低。因此，第二区的温度曲线从下面接近第二熔炉的温度θ₄。由于这个过程管理，不同处理的区域的温度近似。

第一区域或其他区域在第二熔炉散热，如果他们以高与第二熔炉的内部温度θ₄的温度到达第二熔炉。第二区域或其他区域在第二熔炉内吸热。总的来说，第二熔炉内仅需要很少的热力。它可以是这样，任何另外的加热工艺在生产过程中可以被完全省去。因此，这种处理步骤是特别节能的。一连续熔炉或分批熔炉，例如，箱式熔炉可以作为第一熔炉。通常，连续熔炉具有较大的容量并且特别适合于大量生产，因为它们能以一个简单的方式被加载和操作。

根据本发明所述的处理站有一个装置进行快速冷却一个或多个钢材的第二区域。在一个优选的实施例中，该设备有一个喷嘴，其喷嘴吹出气化流体，例如，空气或惰性气体比如氮气，到钢材的第二区域或其他区域。在另一个有益的实施例中，气流吹向第二区域或其他区域，通过水例如已雾化形式而被添加到所述气态流体。出于此目的，在一个有益的实施例中，装置有一个或多个雾化喷嘴。由于将水混合到气流，第二区域或其他区域的热分散会增加。由于在钢材上有水的蒸发，获得了大量的热分散以及高能量交换。

一连续熔炉或一分批熔炉，例如，如，一箱式熔炉，可以作为第二熔炉。

在另一个实施例中，第二区域或其他区域通过热传导的各种方式被冷却，例如使它们接触远低于钢材温度的冲床或多个冲床。为此，冲床可以由导热性好和/或直接或间接冷却的金属制成。结合冷却技术也是有可能的。

它已被证明是有利的措施，采取在处理站，以减少在第一地区或地区的温度损失。可以采取许多措施，例如，安装热辐射反射器和/或在第一区域或其他区域附近的处理站的表面绝缘层。

借助于根据本发明所述的热处理装置，具有一个或多个第一和/或第二区域的钢材，也有复杂的形状可以成本节约地赋予一个适当的温度廓线的成本，因为不同的区域可以带来必要的过程很快，具有锐利的界限温度。在两区域之间，各自区域的边界十分清楚，并且由于很小的温差，钢材的变形达到最小化。仅有较小温度分散范围的钢材有益于进一步的压淬工艺。第二区域或其他区域所需的停留时间可以实现，例如，在一个连续熔炉中，钢材的功能通过设置输送速度和适当尺寸的炉长进行控制。这最大限度地减少甚至完全消除了热处理装置对周期时间的影响。

根据本发明，所示热处理设备使在一块钢材中设置所需数量的第二区域以能具有彼此完全不同的强度和断裂伸长率成为可能。选定的部分区域的几何形状也可以自由选择。点状或线状区域以及大的表面区域，例如，可以创建。区域的定位是非物质的。第二区域可以被第一区域完全包围，或者处在钢材的边缘。甚至一块全表面处理也是可能的。钢件特殊方位相对于运行方向相是没有必要的。同时处理的钢件的数量是在受压淬工具或通过整个热处理装置的输送技术限制的。已经预处理形成的钢材同样是可能的。预成钢材的三维形表面为了创建反面只产生了更多设计工作。

此外，已经存在的热处理装置可以被适用是有益的。为此，在只有一个熔炉的常规热处理装置的情况下，所有要做的是在一个炉后安装处理站和第二熔炉。根据现有的熔炉的配置，它也可以分为这样一种方式，原来的炉被转换成第一熔炉和第二熔炉。

附图说明

额外的优点，本从属权利要求和在优选实施例中的表现产生的发明的特点和实际改进，参见以以下附图。

以下附图显示了：

图1具有第一区域和第二区域的钢材在热处理过程中的典型温度曲线，

图2根据本发明的一种热处理装置，一个顶部视图作为一个示意图，

图3根据本发明的另一种热处理装置，一个顶部视图作为一个示意图，

图4根据本发明的另一种热处理装置，一个顶部视图作为一个示意图，

图5根据本发明的一种热处理装置，一个顶部视图作为一个示意图，

图6根据本发明的另一种热处理装置，一个顶部视图作为一个示意图，

附图标记列表

100 热处理装置

110 第一熔炉

130 第二熔炉

131 卸排站

150 处理站

160 压淬工具

161 容器

200 钢材

210 第一区域

220 第二区域

D 主流线方向

Ms 马氏体化转变开始温度

tB 处理温度

t₁₁₀ 第一熔炉内的保留时间

t₁₂₀ 钢材进入处理站的转移时间

T₁₂₁ 钢材进入第二熔炉的转移时间

T₁₃₀ 第二熔炉内的保留时间

T₁₃₁ 钢材进入压淬工具的转移时间

T₁₅₀ 处理站内的保留时间

T₁₆₀ 压淬工具内的保留时间

θ₁ 结构转变开始温度

θ₂ 冷却停止温度

θ₃ 第一熔炉的内部温度

θ₄ 第二熔炉的内部温度

θ_200，100 第一熔炉内钢材的温度曲线

θ_210，150 处理站内钢材的第一区域温度曲线

θ_220，150 处理站内钢材的第二区域温度曲线

θ_210，130 第二熔炉内钢材的第一区域温度曲线

θ_220，130 第二熔炉内钢材的第二区域温度曲线

θ_200，160 压淬工具内钢材的温度曲线。

具体实施方式

图1显示了具有第一区域210和第二区域220的钢材200借助于本发明所述的方法在热处理过程中的典型温度曲线。钢材200在第一熔炉110中加热到高于AC3温度的温度根据示意图绘制的温度曲线θ_200,110在第一熔炉内的保留时间t₁₁₀内。随后，在转移时间t₁₂₀期间钢材220转移到处理站150。在这个过程，钢材散热。在处理站内，钢材220的第二区域220迅速降温，第二区域220根据曲线θ_220,150迅速降温。冷却过程结束于处理时间tB之后，仅几秒钟，根据钢材200的厚度、所需的材料特性和第二区域220的尺寸。在第一近似值中，在处理站150内，处理时间t_B等于保留时间t₁₅₀。第二区域220现在达到冷却停止温度θ₂，其高于马氏体转变开始温度M_S。同时，在处理站150的第一区域210的温度根据绘制的曲线θ_210，150迅速下降，第一区域210不在冷却装置的区域中。当处理时间t_B结束时，在转移时间t₁₂₁钢材200被转移到第二熔炉130，持续降温，只要其温度高于第二熔炉130的内部温度θ₄。在第二熔炉130，在保留时间t₁₃₀，钢材200的第一区域210的温度根据大致绘制的曲线θ_210，130降温，这就是说，钢材200的第一区域210的温度逐渐降温。在此过程中，钢材200的第一区域210的温度降到AC3温度以下。但这并不是必须发生的。相反，在保留时间t₁₃₀，钢材200的第二区域220的温度也会根据绘制的温度曲线θ_220，130再次升高，不达到AC3温度。第二熔炉130有非特殊设备对多个区域210，220进行不同处理。只有一个熔融温度θ₄，也就是说，在第二熔炉130的整个内部为基本上均匀的温度θ₄，所述温度在奥氏体化温度AC3和冷却停止温度θ₂之间。例如，在660℃到850℃之间。因此，不同区域210,220接近第二熔炉130的内部温度θ₄。如果在保留时间t₁₅₀期间，第一区域210的温度下降很低，第二区域220的温度不会降到第二熔炉130的温度θ₄以下，然后第一区域的温度曲线θ_210,130从上面接近第二熔炉130的温度θ₄。。

在这个实施例中，冷却停止温度θ₂低于第二熔炉130的选择温度θ₄。第二区域的温度曲线θ_210,130从下面接近第二熔炉130的温度θ₄。区域210的温度不会降到结构转变开始温度θ₁以下。由于两区域210和220之间微小的温差，210和220的清晰界限可以获得而钢材200的翘曲被最小化。钢材200的较小温差对压淬工具160的进一步加工有有利的影响。用于第二区域220的必要保留时间t₁₃₀可以用过设置转移速度和第二熔炉130的尺寸长度实现钢材的长度功能。热处理装置100对周期时间的影响都最小化，甚至可以完全忽略。钢材200的第一区域220在第二熔炉130内散热。钢材200的第二区域220在第二熔炉130吸热，从而，钢材200的第二区域220在结构再辉过程中吸收的热量受限于放出的热量。综上所述，只需要第二熔炉130较小的加热功率。它可以是这样，第二熔炉130的任何进一步加热可以被完全省去。因此，此处理步骤是特别节能的。

钢材200在第二熔炉130的保留时间t₁₃₀结束后，钢材200在转移时间t₁₃₁期间被转移到一个压淬工具160，经过保留时间t₁₆₀钢材被成型和硬化。

图2是根据本发明所述的一种热处理装置100，90°放置。该热处理装置100有一个装载站101，通过它，钢材被送入第一熔炉110。另外，热处理装置100有处理站150和-设置在其主流动方向D后面的-第二熔炉130。继续主流动方向D往下，有一个装备有定位设备(未显示)的卸排站131。主流动方向现在旋转90度，以便压力机(未显示)中的一个压淬工具160紧随其后，在这里钢材200被压淬。在第一熔炉110和第二熔炉130的轴线方向，有一个容器161，可放置被拒绝的部分。在此布置下，第一熔炉110和第二熔炉120被优选作为连续熔炉，例如，辊底式炉。

图3是直线布置的一个热处理装置100。该热处理装置100具有装载站101，通过它，钢材被送入第一熔炉110。另外，热处理装置100具有处理站150和-设置在其主流动方向D后面的-第二熔炉。继续沿主线D方向，有一个装备有设备(未显示)的卸排站131。现在再次沿主流方向，紧接着是压力机内(未显示)的一个压淬工具160，在这里钢材200被压淬。旋转90°到卸排站131，里面有一个容器161，可放置被拒绝的部分。在这样的布置下，第一熔炉110和第二熔炉120可以设置作为连续熔炉，例如，辊底式炉。

图4是本发明所述的热处理装置100的另一种变体。热处理装置100，依次，具有一个装载站101，通过它，钢材被送入第一熔炉110。在此实施例中，第一熔炉110被优选设置作为一个连续熔炉。另外，所述热处理设备100具有一个处理站150，在此实施例中，与一个卸排站131结合。卸排站131可以具有，例如，一个夹持装置(未显示)。所述卸排站131利用夹持装置，例如，从第一熔炉100中移除钢材200。具有第二区域或其他区域220冷却的加热处理被实施，并且钢材或钢材200被放置在第二熔炉130内，所述第二熔炉130被设置为相对第一熔炉110的轴线旋转90°。在这个实施例中，第二熔炉130还提供一个箱式炉，例如几个炉室。在第二熔炉130内第二熔炉130的保留时间t₁₃₀结束后，钢材200通过卸排站131从第二熔炉130移出并放置在一个相反的压淬工具160内，所述相反的压淬工具160安装在压力机(未显示)内。为此，卸排站131可以有一个定位装置(未显示)。在第一熔炉110的轴线方向，卸排站131的后面，设置有容器161，可放置被拒绝的部分。在此实施例中，主流线方向D经90°旋转。在此实施例中，处理站150不需要第二定位系统。另外此实施例是有利的，如果在第一熔炉110的轴线方向没有足够的空间，例如，在生产大厅里。在此实施例中，钢材200的第二区域220的冷却过程也可以发生在卸排站131和第二熔炉130之间，这样就不需要一个固定的处理站150。一个冷却装置，例如，一个吹气喷嘴，集成至所述夹持设备中。卸排站131确保了钢材200从第一熔炉110运送至第二熔炉130并传到压淬工具160或容器161内。

在这个实施例中，压淬工具160和容器161的位置可以转换，参见图5。在这个实施例中，主流动方向D执行为基本上90°的两个变形。

图6所示的一种热处理装置，其设置所述热处理装置的空间受限于：与图4中相应的实施例比较，第二熔炉130已被移动至第一熔炉110上的第二平面。在这个实施例中，钢材200的第二区域220的冷却过程可以发生在卸排站131和第二熔炉130之间，这样就不需要一个固定的处理站150。再次，将第一熔炉110设置为连续熔炉以及第二熔炉设置为箱式炉，可想到地设置多几个熔炉，会有益处。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。