通过超高强度薄片增强的车辆结构支撑构件的制作方法
【专利摘要】制造用于车辆的结构支撑构件的方法包括形成第一部分，形成第二部分，以及将第一部分和第二部分连接在一起。第一部分和第二部分可由铝材料、镁材料、可冷成型钢材料、玻璃纤维复合材料或塑料材料中的一种形成。第一部分和第二部分连接在一起，从而第二部分响应施加到第一部分的冲击负载而布置在拉伸负载状态中。薄片层附连到第二部分。薄片层包括超高强度材料，其具有等于或大于五百五十（550）MPa的屈服强度。薄片层可包括，例如，铁基玻璃状金属箔或铁基玻璃状金属箔织物。
【专利说明】通过超高强度薄片增强的车辆结构支撑构件
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及用于车辆的结构支撑构件，其通过超高强度薄片增强，且涉及制造结构支撑构件的方法。
【背景技术】
[0002]用于车辆的结构支撑构件可包括但不限于汽车结构，诸如A柱、B柱、门梁或车顶纵梁。为了减小结构支撑构件的总质量，可使用较轻密度材料，或可减小横截面厚度。但是，对结构支撑构件的形状和/或材料特性的改变通过结构支撑构件的所需强度和/或刚度而被限制。相应地，结构支撑构件的总几何条件被优化，以提供所需水平的强度和/或刚度，同时最小化结构支撑构件的总质量。
【发明内容】
[0003]提供了一种制造用于车辆的结构支撑构件的方法。方法包括形成第一部分，形成第二部分，以及将第一部分和第二部分连接在一起。第一部分和第二部分连接在一起，使得第二部分响应施加到第一部分的冲击负载而布置在拉伸负载状态中。薄片层附连到第二部分。薄片层包括超高强度材料，其具有等于或大于一千五百(1500) MPa的屈服强度。
[0004]还提供了一种制造结构支撑构件的方法，其对于总几何条件和最小质量被优化。方法包括形成第一部分和形成第二部分。第一部分和第二部分每个由铝材料、镁材料、可冷成型钢材料、玻璃纤维复合材料或塑料材料中的一种形成。第一部分和第二部分连接在一起，使得第二部分响应施加到第一部分的冲击负载而布置在拉伸负载状态中。薄片层附连到第二部分。薄片层包括超高强度材料，其具有等于或大于一千五百(1500) MPa的屈服强度。用于形成第一部分和第二部分的特定材料，以及第一部分和第二部分的横截面形状和厚度，分别取决于薄片层的拉伸负载承载能力。
[0005]还提供了一种用于车辆的结构支撑构件。结构支撑构件包括第一部分和附连到第一部分的第二部分。第二部分响应施加到第一部分的冲击负载而布置在拉伸负载状态中。薄片层附连到第二部分。薄片层包括超高强度材料，其具有等于或大于一千五百(1500)MPa的屈服强度。
[0006]相应地，薄片层添加到结构支撑构件的第二部分，其是当冲击负载施加到第一部分时布置在拉伸负载状态中的部分。薄片层是超高强度材料，具有能够有高拉伸负载承载能力的高拉伸强度。因为薄片层可承载冲击负载导致的最终拉伸负载的大部分，结构支撑构件的第一部分和第二部分的所需强度和/或刚度需求可被减小。因为第一部分和第二部分的所需强度和/或刚度减小，第一部分和第二部分的所用的材料和/或几何构造，诸如横截面厚度，可改变，以最小化结构支撑构件的总质量。
[0007]本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是车辆的示意透视图；
[0009]图2是用于车辆的结构支撑构件的示意性横截面图。
【具体实施方式】
[0010]具有本领域常规技术的人将认识到，诸如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等的术语用来描述附图，且不表示对本发明的范围的限制，所述范围如由所附的权力要求所限定的。
[0011]参考附图，其中相同的附图标记在几幅图中指向相同的部件，车辆在20处大致示出。参考图1，车辆包括至少一个结构支撑构件，大体在图2的22处示出。结构支撑构件22可包括但不限于A柱24、B柱26、车顶纵梁30、摇板支撑件32、框架构件34、铰链柱(未示出)或门梁支撑件(未示出)。
[0012]参考图2，结构支撑构件22在横截面中示出为车辆20的B柱26。如图2所示，结构支撑构件22包括至少第一部分38和第二部分40。第一部分38可包括外构件42或内构件44的任一个，第二部分40可包括外构件42和内构件44的另一个。如图2所示，第一部分38被限定和显示为外构件42，第二部分40被限定和显示为内构件44。结构支撑构件22可还包括，但不要求包括，内拉伸构件46。拉伸构件46布置在外构件42和内构件44之间，并将外构件42和内构件44互连。
[0013]第一部分38和第二部分40被附连在一起，且可每个包括铝材料、镁材料、可冷成型钢材料、玻璃纤维复合材料或塑料材料中的一种并由其制造。第一部分38和第二部分40可每个由相同材料制成。替换地,第一部分38和第二部分40可每个包括不同材料，并由其制成。第一部分38和第二部分40可以任何适当的方式附连到彼此，包括但不限于将第一部分38和第二部分40焊接到一起，将第一部分38和第二部分40连结或粘附到一起，形成镶边连接部以连接第一部分38和第二部分40，或以没有在此描述的某其他方式连接第一部分38和第二部分40。
[0014]第二部分40相对于第一部分38定位，从而第二部分40响应冲击负载而布置在拉伸负载状态中，冲击负载大体通过箭头48指示，被施加到第一部分38。相应地，应该理解，如果冲击负载48施加到内构件44，则内构件44将被限定为第一部分，外构件42将被限定
第二部分。
[0015]薄片层50附连到第二部分40，其是结构支撑构件22的响应冲击负载48布置在拉伸负载状态中的部分。薄片层50包括超高强度材料，该材料具有优选地等于或大于一千五百(1500)MPa的屈服强度。例如，薄片层50可包括但不限于，铁基玻璃状金属箔、铁基玻璃状金属箔织物或纤维或铁基玻璃状金属增强聚合物中的一种。
[0016]铁基玻璃状金属箔织物包括切割到适当宽度的铁基玻璃状金属箔的带，该宽度大致在0.25mm至IOOmm的范围。然后将铁基玻璃状金属箔的带编织到一起，以形成铁基玻璃状金属箔织物。
[0017]铁基玻璃状金属箔在此可被理解为，优选地包括形成导致旋节玻璃基质微量成分(Spinodal Glass Matrix Microconstituents, SGMM)结构的展开的化学成分的那些玻璃，其可展示出相对明显的延展性和高拉伸强度。旋节玻璃基质微量成分可被理解为通过并非成核控制的转变机理形成的微量成分(即，晶体或玻璃相)。更基本地，旋节分解可理解为一种机理，通过该机理，合金的两个或更多成分(例如，金属组分)的溶液可分为具有明显不同的化学组分和物理特性的不同区域(或相)。该机理与经典成核作用不同之处在于，相分离在材料中均匀地发生，而并不是仅在离散成核点处发生。相可包括一个或多个半晶体群或晶相，其可因此通过原子在局部水平的相继扩散而形成，直到化学波动导致至少一个不同的晶相。半晶体群可在此理解为具有2nm或更小的最大线性尺寸，而晶体群可具有大于2nm的最大线性尺寸。需注意，在旋节分解的早期阶段期间，形成的群可相对较小，同时它们的化学性质不同于周围的玻璃基质，它们还没有完全晶化，且还没有获得良好排序的晶体周期。附加的晶相可具有相同的晶体结构或不同的结构。此外，需指出，相可包括玻璃基质。玻璃基质可被理解为，包括可具有固相结构单元的联系的微结构，其可随机挤在一起。玻璃相的结构单元的精化水平或尺寸可以是埃量级范围，即5A至100 A。
[0018]旋节玻璃基质微量成分形成与呈金属性的玻璃的析晶明显不同。呈金属性的玻璃可具有金属状(因为它们可包括不定向金属键、金属光泽和相对较大的电和热导性)和陶瓷状(因为相对较高的硬度可通常被展示为与脆性和缺乏拉伸延展性结合)二者的特点。呈金属性的可理解为，包括过冷液体，过冷液体在室温下以固体形式存在，但其可具有类似于在液体中发现的结构(仅呈现短程有序)的结构。呈金属性的通常可具有自由电子，呈现金属光泽，且呈现类似于在传统金属中发现的金属键合。呈金属性的可理解为亚稳材料，且当加热时，它们可通过晶化或析晶而变为晶体状态。这样的扩散可限制在室温，足够的热(即，波尔兹曼能量)可被施加，以克服成核屏障，以导致可通过玻璃析晶引起的固-固态转变。
[0019]在此优选的导致旋节玻璃基质微量成分结构的合金可具有可通过旋节玻璃基质微量成分(SGMM)实现的诱导剪切带钝化(ISBB)和剪切带捕获相互作用(SBAI)。ISBB可被理解为，通过与SGMM结构相互作用而钝化和停止传播剪切带的能力。SBAI可理解为通过剪切带/剪切带相互作用的剪切带捕获，且可在初始或最初剪切带通过ISBB钝化之后发生。
[0020]尽管传统材料可通过在晶体金属中在特定滑移系统上移动的移位而变形，但ISBB和SBAI变形机理可涉及在旋节玻璃基质微量成分中的移动剪切带(即，局部变形发生的间断)，它们通过以下描述的局部变形感应变化(LDIC)而钝化。通过增加的应力水平，一旦剪切带钝化，新的剪切带可成核且然后与现有剪切带相互作用，产生相对高的拉伸剪切带密度和相对高的全局塑性水平的发展。由此，具有有利SGMM结构的合金可防止或减轻金属带拉伸传播，其可导致相对明显的拉伸延展性(>1%)并在拉伸测试期间导致应变硬化。在此设想的合金可包括能够形成旋节玻璃基质微量成分的化学成分或由其构成，其中，旋节玻璃基质微量成分可按体积存在于5.0%至95%的范围，包括玻璃相、半晶相和/或晶相。
[0021]形成可用于形成包括旋节玻璃基质微量元素结构的组分的化学物质的玻璃可包括一些形成合金的铁基玻璃，其然后被处理以提供在此所指的SGMM结构。铁基合金可包括以大于或等于45原子％的水平存在的铁。另外，合金可包括元素镍、硼、硅和可选地铬。在一些实施例中，合金可主要包括或可仅限制于铁、镍、硼、硅和可选地铬。在另外的实施例中，合金不包括钴，钴可以增加合金组分的相对成本。
[0022]在一些实施例中，合金可包括以45原子百分比至71原子百分比范围存在的铁、以4原子百分比至17.5原子百分比范围存在的镍、以11原子百分比至16原子百分比范围存在的硼、以0.3原子百分比至4.0原子百分比范围存在的硅、和可选地以0.1原子百分比至19原子百分比范围存在的铬。合金的组分可在上述范围内的所有值以及增量上变化。
[0023]因此，铁可从以下值选择:45.0原子百分比(at.%)，45.lat.%、45.2at.%、
【权利要求】
1.一种制造用于车辆的结构支撑构件的方法，方法包括: 形成第一部分； 形成第二部分； 将第一部分和第二部分连接在一起；和 将薄片层附连至第二部分，其中，薄片层包括超高强度材料，所述材料具有等于或大于一千五百(1500) MPa的屈服强度。
2.如权利要求1所述的方法，其中，将第一部分和第二部分连接在一起还被定义为，将第一部分和第二部分连接在一起使得第二部分响应施加到第一部分的冲击负载而布置在拉伸负载状态中。
3.如权利要求1所述的方法，其中，结构支撑构件是汽车A柱、汽车B柱、汽车铰链柱、汽车车顶纵梁、汽车摇板支撑件、汽车框架构件或汽车门梁支撑件中的一种。
4.如权利要求1所述的方法，其中，通过焊接工艺、连结或粘附工艺或机械结合工艺中的一种，薄片层可附连到第二部分。
5.如权利要求1所述的方法，其中，形成第一部分还被定义为，将第一部分由铝材料、镁材料、可冷成型钢材料、玻璃纤维复合材料或塑料材料中的一种形成。
6.如权利要求1所述的方法，其中，形成第二部分还被限定为，将第二部分由铝材料、镁材料、可冷成型钢材料、玻璃纤维复合材料或塑料材料中的一种形成。
7.如权利要求1所述的方法，其中，薄片层包括铁基玻璃状金属箔、铁基玻璃状金属箔织物或纤维或铁基玻璃状金属箔增强聚合物中的一种。
8.如权利要求1所述的方法，其中，形成第一部分和形成第二部分包括，基于薄片层的拉伸负载承载能力，分别针对第一部分和第二部分的横截面厚度选择特定材料，且分别限定第一部分和第二部分的横截面厚度，以最小化结构支撑构件的总质量。
【文档编号】B62D25/00GK103921850SQ201410016494
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2013年1月14日
【发明者】H.A.伊扎特, C.D.图菲勒, M.R.坎农 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司, 纳米钢铁股份有限公司