制造多重物理特性部件的方法

专利名称：制造多重物理特性部件的方法
技术领域：
本发明涉及用于需要轻质同时还提供碰撞安全性的汽车组件的多重物理特性部件，并且更具体而言，涉及通过使用可分离的压力机模具而更经济地和简便地制造多重物理特性部件的方法。
背景技术：
根据最近加强的环境和安全条例，车辆排放条例变得更严格。即，为应对需要轻质同时还提供改进的碰撞安全性以改进燃料经济性的需求，已经提高了高强度钢(包括例如先进高强度钢(AHSS))的应用。特别地，具有IOOOMPa或更大强度的超高强度钢的应用是必然的，并且已经研究和开发了制备超高强度钢的各种方法。如图1所示，对于超高强度钢由于其伸长率变得非常低而没有确保高的拉伸强度，在其制备中有许多限制。开发了热压成型(简称为“HPF”)技术作为解决上述限制的方法，并且HPF技术是使用加压淬火(press hardening)特性制造部件的技术。HPF技术是新的片状成型方法，其中将具有高淬透性的片材(例如硼钢)加热至高的温度，然后使用模具在室温下成型。HPF技术在1973年被瑞典制钢厂SSAB plannja AB开发后已经用于许多汽车部件，集中于欧洲和美国汽车。近来，其应用在韩国也增加了。HPF方法是加工方法，其中通过加入具有高淬透性的元素例如硼(B)、钥(Mo)或铬(Cr)而具有改进的淬透性的钢被加热至高于Ac3转变点(约900°C的高温)，然后产品立即在压力机模具中热成型并且快速冷却以制造高强度的产品。图2示意性地说明HPF方法。HPF方法分为直接方法和间接方法，并且在图3中简要说明每种方法。如图3所示，直接方法为在高温下同时进行压力成型和模具淬火的方法，并且间接方法是通过在室温下部分或完全成型部件后通过在高温下加热而模具淬火的方法。在下文中描述每种方法的优点和缺点。I)直接方法具有其过程简单的优点，因为在模具组(die set)中同时进行成型和淬火，但是缺点在于制造拉制型部件的限制，因为在高温下摩擦特性非常差。2)间接方法具有以下缺点:其加工必须分为两步，因为必须首先在室温下进行加压成型并且因此与直接方法相比加工成本提高，但是具有以下优点:可以制造拉制型复杂部件，因为直接方法是室温成型方法。同时，用于碰撞组件的部件主要分为两类。第一类，能量吸收部件为通过变形而吸收外界施加的冲击的部件。通常，前侧组件的前侧、后侧组件的的后侧，和中立柱(B-pi I Iar )的下侧为能量吸收部件。第二类，防入侵部件为几乎不产生变形的部件。例如由于包括乘客的座舱区域在碰撞过程中需要确保安全，所以向其施加的碰撞组件主要相当于防入侵部件。通常，防入侵部件可以包括前侧组件的后侧、后侧组件的前侧，和中立柱的上侧。因此，关于防入侵部件，通过施用HPF而改进防撞性的情况快速增加，并且具有相对高的伸长率的AHSS已经用于能量吸收部件。如上所述，组件如前侧组件、后侧组件和中立柱具有能量吸收部件和防入侵部件彼此结合的形式，并且通常通过各自成型两种部件并且将其焊接至一起而使用。为解决上述各自成型两种部件的限制，已经提出通过制造拼焊板(tailor weldedblank, TffB)而施用HPF钢和常规高强度钢的方法以及在单一部件中通过各部分的差热处理特性而获得不同强度的方法。具体而言，通过差热处理特性而获得不同强度的方法主要分为控制冷却速率和控制加热温度的方法。控制加热温度的方法是通过使在高强度部位和高伸长率部位的加热温度差异而控制相变的方法，并且具有可以保持短的循环时间的优点，但是具有需要额外的加热装置的缺点。同时，控制冷却的方法包括通过将高伸长率部位的模具温度设定为高的温度而控制冷却速率的方法和通过将高伸长率部位的间隙或沟槽设定为大的而控制接触面积的方法。前者具有容易实现的优点，但是具有以下缺点:需要控制模具温度的装置并且循环时间增加，并且后者具有复杂模具需要加工，并且循环时间增加的缺点，尽管该方法概念上是可行的。

发明内容
技术问题本发明的一个方面提供制造多重物理特性部件的方法，其中通过使用两个或更多分开的模具组，不使用额外的加热装置或处理模具表面而更经济地和简便地制造多重物理特性部件。技术方案在下文中，将会描述本发明。根据本发明的一个方面，提供了制造多重物理特性部件的方法，包括:将单个加热成型制品置于两个或更多分开的模具组；并且然后在各个模具组中通过使冷却条件有差异将所述单个加热成型的制品制造为包括两个或更多个具有不同物理特性的部位的多重物理特性部件。成型的制品可以通过使用两个或更多的模具组而成型并且可以在成型后在各个模具组中通过使冷却条件有差异而制造为包括具有不同物理特性的两个或更多个部位的多重物理特性部件。物理特性可以选自例如屈服强度、拉伸强度、伸长率、韧性、塑性各向异性指数(r)和面内各向异性(Ar)。物理特性可以为拉伸强度，并且同时临界冷却速率(CCR)可以为大于约50°C/s并且低于约600°C/s，所述临界冷却速率为在钢的连续冷却转变(CCT)曲线中能够形成马氏体相的最小冷却速率。
通过使用具有上述CCR的钢而制造多重强度部件的方法例如可以包括:将钢加热至高于Ac3转变点后通过使用两个或更多分开的模具组而使钢成型并预淬火；空气冷却一个部位以获得相对低强度的部位，其中模具组和成型的制品不能彼此接触，然后当模具组和成型的制品再次彼此接触时进行后淬火；并且对一个部位进行模具淬火以获得相对高强度的部位，其中模具组和成型的制品在成型和预淬火后连续地彼此接触。例如马氏体在高强度部位可以主要形成至约80体积％或更多，并且铁素体、贝氏体和珠光体中的一种或多种或铁素体、贝氏体和珠光体中的一种或多种和约50体积％或更少的马氏体可以在低强度部位形成。有益效果根据本发明，由于多重物理特性部件可以通过使用两个或更多分开的模具组而制造，所以多重物理特性部件可以不使用额外的加热装置或处理模具表面而更经济地和简便地制造。


本发明的上述和其它的方面、特征和其他的优点可以由以下详细的说明书和附图而更清楚地理解，其中:图1是典型钢的强度-伸长率图；图2是说明典型的热压成型(HPF)方法的基本的概念视图；图3是说明典型的直接HPF方法和间接HPF方法的概念视图；图4是说明包括两个分开的模具组的成型装置的实例的示意性的视图，所述装置可以用于制造本发明的多重物理特性部件的方法；图5是说明制造本发明多重物理特性部件的方法的有利实例的多重物理特性部件的制造方法的概念视图；图6是说明制造本发明多重强度部件的方法的有利实例的多重物理特性部件的制造方法的概念视图；图7是根据制造本发明的多重物理特性部件的方法制造的多重强度部件的拉伸强度和结构分布图；图8是根据制造本发明的多重物理特性部件的方法制造的另一个多重强度部件的拉伸强度和结构分布图；图9是根据制造本发明的多重物理特性部件的方法制造的另一个多重强度部件的拉伸强度分布图；和图10是说明钢的临界冷却速率(CCR)的连续冷却转变(CCT)图。最佳实施方式在下文中，将更详细地描述本发明。在本发明中，通过使用两个或更多分开的模具组而形成单个的加热的钢或将单个的加热成型的制品置于两个或更多分开的模具组中，然后包括两个或更多具有不同的物理特性的部位的多重物理特性部件在各个模具组中通过使冷却条件有差异而制造。物理特性不特别限制，只要物理特性根据钢或部件的冷却速率而改变，并且例如可以包括选自屈服强度、拉伸强度、伸长率、韧性、塑性各向异性指数(r)和面内各向异性(Ar)中的一种。用于本发明的钢不特别限制，只要其物理特性根据冷却速率而改变并且钢可以包括合金等。例如，可以使用具有合适的临界冷却速率的钢(CCR ;在连续冷却转变(CCT)中能够形成马氏体相的最小冷却速率)以制造多重强度部件。需要制备包括两个或更多的模具组的成型装置以制造本发明的多重物理特性部件。图4说明适用于制造本发明的多重物理特性部件的成型装置的有利实例。如图4所示，适用于制造本发明的多重物理特性部件的成型装置10包括分开的模具组11和12。一个模具组11包括上模111和下模112，另一个模具组12包括上模121和下模122，并且通过使用上模111和121和下模112和122而制造具有目标形状的成型制品。模具组11和12是结构上分离的，故可以彼此独立地操作。冷却孔113和123分别被包括于上模111和121和下模112和122，其形成以允许冷却剂(例如冷却水)流动以起到保持常规热压成型(HPF)部件制造中的模具温度的功能。成型装置10在模具组11和12中可以包括能够加热钢的加热工具(图4中未示出)或可以构造成使模具组11和12能够加热钢。在模具组11和12中加热钢的加热工具不特别限定并且如果通常使用加热工具则可以使用任何加热工具。尽管在图4中示例说明了包括两个分开的模具组的成型装置，但本发明不限于此并且可以使用包括三个或更多模具组的成型装置。当使用三个或更多分开的模具组时，可以允许单个部件包括三个或更多彼此具有不同的物理特性的部位。在下文中，根据图5更详细地描述制造本发明的多重物理特性部件的方法。为制造本发明的多重物理特性部件，将加热的毛坯钢(blank steel)或在室温下成型的部件加热并且然后将其置于分开的模具组21和22中(图5 (a))，如图5所示。此后，对毛坯钢进行成型和预淬火和在成型的部件上进行预淬火(图5(b))。本发明可以用于在室温下部分成型的部件并且在该情况下，将部件置于模具组21和22以使未成型的部分成型并且同时进行预淬火。然后，将分开的模具组21和22中的部件以不同的冷却速率冷却。例如，如图5所示，冷却以以下方式进行:通过分离一个模具组21使其不与部件接触并且空气冷却该部件而获得低冷却速率部位，并且通过保持另一个模具组22与该部件接触并且模具淬火该部件而获得高冷却速率部位(图5(c))。而且，如图5所示，通过分离一个模具组21使其不与部件接触并且空气冷却该部件至特定的温度而获得低冷却速率部位，然后可以通过使模具组21与该部件再次接触而与高冷却速率部位一起进行后淬火(模具淬火)(图5(d))。在下文中，描述物理特性为拉伸强度的情况作为实施例，但是本发明不限于此。图6说明了根据本发明的多重物理特性部件的制造方法制造多重强度部件的方法的实例。
作为多重强度部件制备的钢被制备并且在加热炉中加热。这时，加热可以通过在高于Ac3转变点加热钢足够的时间以使钢完全奥氏体化而进行。经如此加热的钢从加热炉中取出并且转移至模具组(图6(a))以在其上进行成型和预淬火操作(图6 (b))，如图6所示。钢从加热炉中取出后将钢转移至模具组所需的转移时间不特别限定，但是转移时间可以限制为15秒或更少。经加热的钢的转移可以通过使用机器人进行或者可以由工人直接进行。成型和预淬火是经加热的钢成型为具有最终形状的部件并且同时其温度降低至相转变可以容易进行的温度的过程。成型和预淬火时间不特别限制，只要钢成型至能够获得的目标形状以及目标结构，但是成型和预淬火时间可以限制为约I至6秒的范围。成型和预淬火过程时间可以在例如约2至4秒的范围。这样做的原因是部件形状的成型充分进行并且温度充分降低以便于低强度部位中铁素体、珠光体和贝氏体的相转变。其中成型和预淬火终止的钢的温度可以根据其目的而合适地选择，但是钢的温度可以保持在约500°C至800°C的范围。例如，钢的温度可以在550°C至650°C的范围。如上进行成型和预淬火，然后在一个部位上进行空气冷却以获得相对低强度的部位，其中使模具组与成型制品不彼此接触(图6 (C))。此后，当模具组与成型制品再次彼此接触时进行后淬火(图6(d))，在一个部位上进行后淬火以获得相对高强度的部位(图6(d))，其中在成型与后淬火后模具组与成型制品彼此连续地接触，因此可以制造多重强度特性部件。低强度部位的空气冷却状态通过将模具与钢分离以使模具与钢彼此不接触而保持。由于在空气冷却状态下冷却速率非常低，钢可以进行相转变的过程，并且由加热产生的奥氏体可以转变为铁素体、贝氏体和珠光体中的一种或多种。产生的相可以与钢的组成不同，并且由于相转变的程度与空气冷却时间有关，随着空气冷却时间更长，更有利地产生低强度部位。尽管空气冷却时间可以为5秒或更长，但是当考虑循环时间时，该冷却时间例如可以在约5至30秒的范围。另一方面，由于钢与模具在高强度区域连续地彼此接触，所以保持快的冷却速率。因此，因为奥氏体直接转变为马氏体，所以在上述部位可以获得高强度。与连续地模具淬火的高强度部位不同，空气冷却的低强度部位可以保持400°C或更高的高温。后淬火过程(其中淬火通过使部件的全部表面与模具接触而进行)对于防止由在部件的提取过程中各部分的温度偏差产生的形状变形和对于马氏体转变的完成是必要的。后淬火加工时间可以根据部件提取温度和模具材料而改变，并且可以为5秒或更长。例如，当考虑循环时间时，后淬火加工时间可以在5秒至30秒的范围。在下文中，根据实施例更详细地描述本发明。
(实施例1)具有以下表I的组成的钢通过使用图5所示的模具组在以下表2的制造条件下制造为多重强度部件，然后其结果示于图7至图9。图7至图9的结果针对部件的两等份示出。图7(a)、(b)和(C)示出关于钢A的结果，图8 (a)、(b)和(c)示出关于钢B的结果，图9 (a)示出关于钢C的结果，并且图9(b)示出关于钢D的结果。在施加制造部件的方法前，在以下表I中钢A、B、C和D的拉伸强度分别为465MPa、649MPa、506MPa和 716MPa。在以下表2中，转移时间表示将经加热的钢从加热炉中移除直至经加热的钢被引入至成型装置所消耗的时间。[表 I]
权利要求
1.制造多重物理特性部件的方法，所述方法包括: 通过使用两个或更多个分开的模具组而成型单个的加热的钢；并且 然后在各个模具组中通过使冷却条件有差异而将所述单个的加热的钢制造为包括两个或更多具有不同物理特性的部位的多重物理特性部件。
2.权利要求1的方法，其中物理特性为选自屈服强度、拉伸强度、伸长率、韧性、塑性各向异性指数(r)和面内各向异性(Ar)中的一种。
3.权利要求2的方法，其中物理特性为拉伸强度，并且钢的临界冷却速率为大于约500C /s并且低于约600°C /s，临界冷却速率为在连续冷却转变(CCT)曲线中能够形成马氏体相的最小冷却速率。
4.权利要求3的方法，其中所述方法还包括: 在将钢加热至高于Ac3转变点后，通过使用两个或更多分开的模具组而使钢成型和预淬火； 空气冷却一个部位以获得相对低强度的部位，其中使模具组和成型的制品不彼此接触，然后当模具组和成型的制品再次彼此接触时进行后淬火；并且 使一个部位模具淬火以获得相对高强度的部位，其中模具组和成型的制品在成型和预淬火后连续地彼此接触。
5.权利要求4的方法，其中马氏体在高强度部位形成至约80体积％或更多，并且铁素体、贝氏体和珠光体中的一种或多种或铁素体、贝氏体和珠光体中的一种或多种和约50体积％或更少的马氏体在低强度部位形成。
6.权利要求4的方法，其中成型和预淬火时间在约I秒至约6秒的范围。
7.权利要求4的方法，其中空气冷却时间在约5秒至约30秒的范围。
8.权利要求4的方法，其中后淬火时间在约5秒至约30秒的范围。
9.制造多重物理特性部件的方法，所述方法包括: 将单个加热成型的制品置于两个或更多分开的模具组中；并且 然后在各个模具组中通过使冷却条件有差异将所述单个加热成型的制品制造为包括两个或更多个具有不同物理特性的部位的多重物理特性部件。
10.制造多重物理特性部件的方法，所述方法包括: 在加热由钢成型的部分成型制品至高于Ac3R变点后，通过使用两个或更多分开的模具组而使未成型部分成型和预淬火； 空气冷却一个部位以获得相对低强度的部位，其中使模具组和成型的制品不彼此接触，然后当模具组和成型的制品再次彼此接触时后淬火；并且 模具淬火一个部位以获得相对高强度的部位，其中模具组和成型的制品在成型和预淬火后彼此连续地接触。
全文摘要
本发明提供了用于需要轻质并且提供碰撞安全性的汽车部件的多重物理特性部件，以及制造多重物理特性部件的方法，其中通过使用两个或更多分开的模具组而不使用额外的加热装置或处理模具表面可以更经济地和简便地制造多重物理特性部件。根据本发明的一个方面，提供了制造多重物理特性部件的方法，其包括将单个加热成型的制品置于两个或更多的模具组中，然后在各个模具组中通过使冷却条件有差异而制造包括两个或更多具有不同的物理特性的部位的多重物理特性部件。
文档编号B21D31/00GK103209780SQ201180053889
公开日2013年7月17日 申请日期2011年12月20日 优先权日2010年12月27日
发明者李洪雨, 金宰贤, 李睍英, 姜连植 申请人:Posco公司