可硬化的板材构件的热处理的制作方法
【专利摘要】一种用于热处理可硬化的板材构件(其尤其用于机动车)的方法，包括在成形冲压工具中冲压硬化板材构件，将板材构件从成形冲压工具中取出，该方法特征在于通过激光光束工艺(在其中，所预定的部分区域暴露于激光光束中)借助于局部调合板材件的所预定的部分区域来形成板材件的局部限制的软的区域。此外，本发明涉及一种用于执行该方法的装置、一种用于制造复合结构部件的方法以及一种带有这种复合结构部件的机动车。
【专利说明】可硬化的板材构件的热处理
【技术领域】[0001]本发明根据相应独立权利要求的前序部分涉及一种用于热处理可硬化的板材构件的方法以及一种用于实施该方法的装置以及一种复合结构部件(Teileverbund)和一种机动车。
【背景技术】[0002]带有限制的软的构件区域的、用于在碰撞方面最优地使用在机动车中的冲压硬化的板材构件以及用于制造该板材件的相应的方法和装置从现有技术中是已知的，例如，文献DE 10 2008 021 492 B3说明了由可硬化的钢来制造硬化构件，其中，该构件在限定区域中比在其他区域中具有更高的可延伸性。在此进行将在贯通炉中的架子上的构件加热到超过合金的AC3点的温度上，并且对构件的限定区域进行有针对性地再加热，其中，构件在从压床中取出之后被重新放到仍然很热的架子上。由文献DE 197 43 802 C2已知为了制造用于机动车部件的金属的成型构件而提供有由可硬化的钢制成的薄板，将薄板首先均匀地加热到在900° C与950° C之间的温度上，并且接下来将成型构件的部分区域在小于30秒的时间内借助于感应加热带到在600° C与900° C之间的温度上。由文献DE 10 2006054 389 Al已知冲压硬化的构件利用受温度控制的热罩局部地覆盖且在限定区域中以不同的温度来加载以产生限定的可延伸性。由文献DE 2008 055 514 Al已知一种用于制造这样的构件的方法，在其中，在热成形和/或冲压硬化之后对构件进行回火，其中，为了达到经改善的断裂延伸特性，在回火温度为大约500° C时回火时间为至少20分钟,在回火温度为大约550° C时回火时间为至少5分钟，或者在回火温度为大约600° C时回火时间为至少3分钟。在由文献DE 197 23 655 B4已知的、用于制造钢板产品的另一方法中通过从奥氏体温度的快速冷却来实现产品的硬化，而产品处在工具中，其中，在将产品从工具中取出之后，在产品中保留有未硬化的区域并且对该区域进行调合(getempert)。由文献DE10 2009 050 623 Al已知在中间工具(Zwischenwerkkzeug)中对之前加热的构件的区域有针对性地进行调温，以便在该区域中调节不同的材料特性，其中，为了对该区域调温而在中间工具中使用冷面或热面。另一方面，由文献DE 10 2009 023 195 Al已知覆盖构件的不可或可较少地硬化的区域，并且在炉中对构件局部地进行加热，其中，接下来进行构件的冲压硬化。此外，由文献DE 10 2008 030 297 Al已知一种用于制造成型构件的方法，该成型构件具有由可硬化的钢制成的构件毛坯制造的、带有不同的可延伸性的至少两个组织区域，其中，构件毛坯按区域不同地来加热并且然后在工具中进行成型并且按区域来硬化。在加热装置中将构件毛坯加热到小于合金的AC3点的均匀的温度上，并且接下来借助于红外线灯板在第一类型的区域中带到超过合金的AC3点的温度上，并且在工具中在第一类型的区域中进行硬化。
[0003]由文献EP I 842 617 Al已知一种用于局部地硬化未淬透的板材的方法，在其中使用激光光束并且利用保护气实现保护充气(Schutzbegasung)。在此,保护气用来激冷局部加热的板材并且通过保护充气实现将板材的局部加热的区域激冷到马氏体完成温度之下。在此，组织的马氏体组分通过保护充气来调节，其中，板材应在未硬化的区域中具有最大的延伸特性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于改进现有技术，尤其使得能够实现对板材构件（其尤用于机动车）的部分区域进行可靠工艺和区域准确地退火。
[0005]根据本发明，该目的利用独立权利要求的特征来实现。在从属权利要求中概括了有利的实施方式。
[0006]用于热处理可硬化的板材构件（其尤其用于机动车）的根据本发明的方法（其带有在成形冲压工具中冲压硬化 板材构件，并且将板材构件从成形冲压工具中取出）的特征在于通过激光光束工艺（Laserstrahlverfahren)(在其中，所预定的部分区域暴露于激光光束中）借助于板材件的预定的部分区域的局部调合来形成板材件的局部限制的软的区域。有利地，激光光束工艺的根据本发明的使用使得能够对板材构件的尤其更小的区域在空间上非常准确地以所限定的方式进行退火，其中，有利地，可在相对很小的投资成本和很高的灵活性的情况下使用本身已知的激光光束装置。优选地，在运输期间和/或在板材件停留在工作站或存放站中期间进行局部调合。
[0007]可硬化的板材构件优选包括由钢22MnB5或本身已知的钢合金（其具有铁以及含有其他元素（例如(以质量百分数）0. 2% - 0. 6%C、可达0. 5%Si、0. 5% — 2%Mn、可达I. 0%Cr、可达 0. 025%P、可达 0. 01%S、0. 01% - 0. 06%A1)以及可选地含有来自组 N、Ti、B、No、Co、Ni中的一种或多种元素）制成的材料。这种板材构件由带有在0. 8mm至3_之间的厚度的薄板制成。根据本发明，在局部调合的情况下将板材件的预定的部分区域带到在500° C与1000° C之间的范围中的温度上持续几秒直至I分钟的持续时间。紧接着对已加热的材料进行相对快速地冷却，据此达到板材件的局部限制的软的区域的所希望的降低的硬度。
[0008]本发明的另一实施方式的特征在于在板材构件中借助于冲压硬化形成马氏体区域，并且借助于紧接着的局部调合在预定的部分区域中或在局部限制的软的部分区域的区域中形成新马氏体区域（Neumartensitbereich)。带有马氏体组织的冲压成形的构件的特征在于很高的强度，并且可在成形冲压工具中在很高的温度下以相对很小的力进行复杂地成形。有利地，在紧接于冲压硬化进行局部调合的情况下形成的新马氏体区域比借助于冲压硬化制成的马氏体区域具有更小的硬度。这里将板材构件的这样的区域称为马氏体区域，即，该区域具有由马氏体形成的本身已知的组织。如本身已知的那样，为了形成马氏体组织，将板材从高温相的温度冷却到至低温相的平衡温度之下。这里将由马氏体区域借助于通过激光的直接的热引入通过局部地超过奥氏体化温度且紧接着迅速冷却所产生的马氏体称为新马氏体区域。
[0009]本发明的另一实施方式的特征在于在板材构件中在空间上布置在马氏体区域与新马氏体区域之间的热影响区段借助于局部调合在局部限制的软的部分区域的区域中形成由回火马氏体形成的区段。在板材构件中形成在借助于冲压硬化制成的马氏体区域与新马氏体区域之间的、由回火马氏体构成的区段为这样的区域，在该区域中在局部调合时未超过奥氏体化温度。由回火马氏体形成的区段具有处在借助于冲压硬化制成的马氏体区域的硬度与通过局部调合制成的新马氏体区域的硬度之间的硬度。由回火马氏体形成的区段的在空间上的延伸尤其取决于由激光光束作用的区域的冷却速度并且随着逐渐减小的冷却速度而增加。有利地，所述区段可在新马氏体区域下方延伸，其中，特别有利的是该区段延伸直至边缘区域或表面区域、板材构件的相对于新马氏体区域布置的边缘区域，因为那时在新马氏体区域中以及在该区段的区域中尤其在布置在新马氏体区域中的、与板材构件的接合对象接合的接合连接部中具有板材构件的经改善的断裂延伸特性。
[0010]局部限制的软的区域例如具有在5mm与50mm之间的线性延伸量。
[0011]本发明的另一实施方式的特征在于局部限制的软的部分(在其中形成有新马氏体)的周缘线的至少30%位于板材构件的边缘区域中。通过板材构件的边缘区域比通过位于板材构件的主体(Bulk)中的区域以更小的量导出热量。由于降低的导热，在激光处理之后进行局部调温的部分区域的冷却速度小于在构件的主体中的冷却速度，从而对材料的热作用和因此回火马氏体的区段将更大。
[0012]因此利用根据本发明的方法可以工艺合理且工艺可靠的方式制造由冲压硬化的、带有相对软的部分区域(其有利地影响板材构件的碰撞特性)的板材构件制成的凸缘。
[0013]本发明的另一实施方式的特征在于板材件借助于冲压硬化带到至少400 HVlO的硬度上，且借助于采取激光光束工艺的局部调合在局部限制的软的区域中带到最高350HVlO的硬度上。如果板材件已带到400 HVlO的统一的硬度或强度上，该板材件在硬度和强度方面对于使用在机动车制造中尤其使用在车身制造中来说是很好地合适的。如果借助于局部调合在局部限制的软的区域中带到最高350 HVlO的硬度上，则可更好地承受很强的机械负载，尤其高动态的负载。这里将机械阻抗称为硬度，其与更硬的试样的机械穿透的材料相对抗。硬度值根据依照维氏的硬度检测(其用来检测硬的和均匀构造的材料且还可使用在薄壁的或表面硬化的工件中；参见文献DIN EN Iso 6507 — 1:2005至一 4:2005)来确定。在此，“10”标示在硬度 检测时以千克力为单位的的检测力。
[0014]适宜地，根据本发明的另一实施方式，板材件在邻接于局部限制的软的区域中的过渡区域中借助于局部调合带到在220 HVlO与470 HVlO之间的硬度上，其中，优选地，较低值的硬度提升到基本材料的硬度之上。有利地，硬度在过渡区域中在中部为大约330HVlO0
[0015]本发明的另一实施方式的特征在于借助于局部调合形成的局部限制的部分区域借助于设备的激光光束以进行激光切割或用于组合板材构件，为此有利地供给有该附加功能的设备，其中，可降低投资成本且使板材构件的处理变得简单。
[0016]此外，该方法的特征在于实现在板材件的部分区域中形成新马氏体区域，在其中设置有接合点或接合区域。因此可在该接合点或接合区域中设置相对于所包围的区域(其具有回火的材料的区段)提高的硬度。
[0017]此外可使用带有温度调节部(例如使用传感器，例如高温计或摄影机)的激光光束工艺。有利地，在此确定被传感的区域的温度，且在此将温度受控地带到所希望的温度上。在形成由回火马氏体形成的区段时，保证加热到在750° C与800° C之间的温度上，即低于板材材料的奥氏体化温度。在工艺技术方面可同样有利的是设置成刚刚加热到在750° C与800° C之间的温度上。
[0018]用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法的根据本发明的装置包括 -用于在成形冲压工具中对板材构件冲压硬化的器件，-用于将板材构件从成形冲压工具中取出且运输至工作站或存放站的器件，
其特征在于，将激光光束装置设置为用于形成局部限制的软的区域的器件，所预定的部分区域可在该激光光束装置中暴露于激光光束中。根据本发明的装置具有同根据本发明的方法一样的优点。
[0019]激光光束装置可构造为用于激光切割的设备或构造为用于组合的设备，并且典型地包括激光光束源、用于引导光束的装置和通常可运动的聚焦透镜。激光的用于切割板材构件所必需的功率密度处在IO6瓦/平方厘米至IO9瓦/平方厘米的范围中。例如在根据本发明的方法中为了局部调合可有利地使用带有4000瓦至10000瓦的功率的二极管激光器。硬度的所希望的降低可通过改变激光光束顶部的间距、斑点宽度、斑点相对于构件的进给速度以及加热时间来调节。例如，可利用这样的二极管激光器（其具有4000瓦的功率，二极管激光器顶部的间距为250mm，在板材构件的形成激光光束作用的表面上的斑点宽度为13mm以及以50mm/秒进给）将带有503 HVlO的统一硬度的板材构件在由激光光束作用的长450mm的部分区域中在9秒的时间内带到265 HVlO的减小的硬度上。因此可通过改变参数间距、斑点宽度以及进给速度任意调节功率密度。此外，激光光束装置可如上面所说明的那样设置有温度调节部。
[0020]用来制造用于机动车的复合结构部件的方法包括：制造至少一个冲压硬化的第一板材构件；以及在局部限制的软的区域中借助于至少一种接合连接接合该冲压硬化的板材构件与至少一个第二构件，而根据本发明的方法的特征在于在制造冲压硬化的板材构件时使用如上面所示出的那样的方法。根据本发明，局部限制的软的部分区域相应借助于凭借激光光束工艺的局部调合来建立，在其中预定的部分区域暴露于激光光束中。因此板材构件在接合连接的区域中具有相对于冲压硬化的板材构件的其他区域的更小的硬度，由此避免或减小在接合连接的区域中形成裂缝。接合连接在此可借助于所有已知的接合方法（例如电阻点焊、激光焊接、电子束焊接、压力接合等等）来建立。第二构件可包括应用材料钢、铝、塑料、纤维复合板或混合板材中的一种或多种。带有复合结构部件（其根据之前示出的方法来制造）的根据本发明的机动车的特征在于复合结构部件为机动车结构一尤其车身结构、挂车部件的车身结构或底盘一的组成部分。在碰撞时，这种车辆相对于传统的车辆具有更有利的特性。
[0021]机动车的另一实施方式的特征在于冲压硬化的板材构件为侧壁柱、侧面裙板(Seitenschweller)、马达支架、车尾纵梁、车顶弓梁、导流板、前壁支撑架、隧道式加固部(Tunnelverstarkung)、保险杠支架、车身挂车的内部件或底盘构件。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]下面借助于附图与本发明在权利要求中的概述无关地对本发明的其它的实施方式进行进一步说明。在此，在示意性的图示中：
图I显示了带有成形冲压工具的冲压生产线，
图2显示了板材构件，其带有高硬度的区域和局部限制的软的区域，
图3显示了板材构件，其带有高硬度的区域、局部限制的软的区域以及过渡区域，
图4显示了通过板材构件的截面，该板材构件带有局部限制的软的区域、高硬度的区域以及过渡区域。【具体实施方式】
[0023]图I以俯视图显示了用于加工构造为薄板的可硬化的板材构件10的冲压生产线1，板材构件被运输给成形冲压工具20，且在完成成形冲压（在其中板材构件变硬）之后从工具10中取出，且作为已硬化的板材构件30在预定的部分区域中借助于激光光束工艺经受局部调合，以便接下来在存放站中存放在制造件容器40中（其优选地是隔热的）。板材构件30在图I的图示中在优选地机械化的运输期间借助于激光光束工艺（在其中，预定的部分区域暴露于激光光束中）进行局部地调合，关于此接下来还要详细地来探讨。
[0024]备选地，还可在板材构件30停留在工作站中期间进行形成板材件30的局部限制的软的区域。备选地，还可在形成局部限制的软的区域之后进行将板材构件30机械化地运输至冲压生产线I的其他工站（例如切割站或再成形站）中。如果在板材件30的运输期间进行局部调合，为此可通过机械部（例如机器人）将板材构件30相对于激光光束定位在限定的位置中，并且可在固定的激光光束源（尤其甚至固定的激光光束）的情况下使板材构件相对于激光光束源（尤其还相对于激光光束）运动以用于调温。
[0025]图2用图例说明了在板材构件50中形成带有220 HVlO至330 HVlO的硬度的局部限制的软的区域60，其中，板材构件在未借助于局部调合处理的区域70中具有大约470HVlO的统一的硬度。构件50在此借助于仅初步示出的机械部56相对于激光光束55运动，其中，将局部调温的部分区域60带到在450° C与800° C之间的温度上持续I秒至I分钟的持续时间。
[0026]在图3中用图例说明了本发明的另一实施方式，在其中，带有大约470 HVlO的统一硬度的板材构件80在区域100中借助于激光光束85使该部分区域经受到在500° C与1000° C之间的温度上的局部调合，使得形成带有大约220 HVlO的降低的硬度的局部限制的软的部分区域90。在区域100与部分区域90之间延伸有热影响区段110，其从部分区域90起具有逐渐上升的硬度，直至达到470 HVlO的基本材料的硬度。在中部热影响区110的硬度为大约330 HV10。`
[0027]图4以截面图示显示了利用根据本发明的方法热处理的板材构件120，其带有局部限制的软的部分区域130、过渡区段150以及带有马氏体组织和统一的硬度的区域140。在局部限制的软的区域130中通过局部地超过奥氏体化温度并且紧接着迅速地冷却来在板材构件120的材料中形成马氏体组织（新马氏体区域），而包围部分区域130的区段150具有由回火马氏体形成的组织。区段150相应于局部调合的热影响区段。由回火马氏体形成的区段150的空间上的延伸尤其取决于利用激光光束处理的区域的冷却速度并且随着冷却速度的减小而增加。
[0028]部分区域130可尤其针对焊接接合工艺设置为接合部位或接合区域。有利地，板材构件120在合适的工艺步骤中在部分区域130中设有用于与接合对象的接合连接的接合器件。在焊接时通过材料的熔化典型地在接合位置或接合区域的区域中实现马氏体形成，从而可在该情况下在工艺技术方面放弃精确的温度调节，至少在新马氏体区域一部分区域130 一中放弃精确的温度调节。
[0029]参考标号列表 I冲压生产线10板材构件20成形冲压工具30运输
40工作站或存放站
50板材件
55激光光束
60局部限制的软的区域
70高硬度的区域
80板材件
85激光光束
90局部限制的软的区域
100高硬度的区域
110过渡区域/热影响区段
120板材件
130局部限制的软的区域140高硬度的区域`150过渡区域。
【权利要求】
1.一种用于热处理可硬化的板材构件的方法，该板材构件尤其用于机动车，该方法包括 -在成形冲压工具中冲压硬化所述板材构件， -将所述板材构件从所述成形冲压工具中取出， 其特征在于，通过激光光束工艺借助于局部调合所述板材件的预定的部分区域来形成所述板材件的局部限制的软的区域，对于激光光束工艺，所述预定的部分区域暴露于激光光束中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述板材构件中借助于冲压硬化形成马氏体区域，并且借助于紧接着的局部调合在所述预定的部分区域中或在局部限制的软的部分区域的区域中形成新马氏体区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述板材构件中在所述预定的部分区域中或在马氏体区域与新马氏体区域之间借助于局部调合形成由回火马氏体形成的区段。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其特征在于，局部限制的软的部分的周缘线的至少30%位于所述板材构件的边缘区域中，在该局部限制的软的部分中形成有新马氏体或回火马氏体。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述板材件借助于冲压硬化带到至少400 HVlO—优选至少470 HV10，特别优选地至少500 HVlO—的硬度上，并且借助于局部调合在所述局部限制的软的区域中带到最高350 HVlO—优选最高330 HVlO的硬度上，只要该区域不具有新马 氏体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述板材件在邻接在所述局部限制的软的区域处的过渡区域中借助于局部调合带到在220 HVlO与470 HVlO之间的硬度上。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于局部调合形成的局部限制的软的部分区域借助于设备的激光光束以进行激光切割或借助于设备的激光光束以进行板材构件的组合。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述板材件的部分区域中实现新马氏体区域的形成，在其中设置有接合点或接合区域。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用带有温度调节部的激光光束工艺。
10.一种用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法的装置，包括 -用于板材构件的冲压硬化的至少一个成形冲压工具， -用于将所述板材构件从成形冲压工具取出且运输至工作站或存放站的器件， 其特征在于，将激光光束装置设置为用于借助于局部调合所述板材件的预定的部分区域来形成所述板材件的局部限制的软的区域的器件，所述预定的部分区域可在该激光光束装置中暴露于激光光束中。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述激光光束装置为用于激光切割的设备或用于组合板材构件的设备的激光器。
12.一种用于制造用于机动车的复合结构部件的方法，包括:制造至少一个第一冲压硬化的板材构件；以及在局部限制的软的部分区域中借助于至少一种接合连接接合该冲压硬化的板材构件与至少一个第二构件，其特征在于，在制造冲压硬化的所述板材构件时使用根据权利要求1 一 9中任一项所述的方法。
13.—种机动车，其带有根据权利要求12所述的方法制造的复合结构部件，其特征在于，所述复合结构部件为机动车结构一尤其车身结构、挂车部件的车身结构或底盘一的组成部分。
14.根据权利要求13所述的机动车，其特征在于，冲压硬化的所述板材构件为侧壁柱、侧面裙板、马达支架、车尾纵梁、车顶弓梁、导流板、前壁支撑架、隧道式加固部、保险杠支架、车身挂车的内部件或底盘构件。
【文档编号】C21D1/34GK103562416SQ201280024195
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年5月16日 优先权日:2011年5月19日
【发明者】M.科齐安, R.马莱克, M.梅考伊阿拉奥伊 申请人:大众汽车有限公司