由薄钢板制造硬化零件的方法

由薄钢板制造硬化零件的方法
【专利摘要】本发明涉及由薄钢板制造硬化零件的方法，包括将具有阴极防腐的薄钢板制成的成形零件冷成形，随后为奥氏体化进行热处理，其特征在于，a）在成形元件冷成形之前、之中或之后对其进行最终修整和穿孔或制造穿孔图案，b）冷成形和修整以及穿孔和穿孔图案在结构零件上的排布使成形零件比最终硬化结构零件小0.5-2%，c）为进行热处理而冷成形的成形零件至少在部分区域在环境氧的加入下被加热到钢材奥氏体化温度，d）将经加热的结构零件转移到模硬化工具中并在其中进行模硬化，和e）阴极防腐涂层由主要由锌构成的混合物构成，该混合物还包含一或多种总量占总混合物0.1-15重量%的对氧具有亲和力的元素。
【专利说明】由薄钢板制造硬化零件的方法
[0001]本申请是申请号为200480022172.3(PCT/EP2004/006252)、申请日为 2004 年 6 月
9日的发明专利申请的分案申请。

【技术领域】
[0002]本发明涉及一种用于由薄钢板制造硬化结构零件的方法，以及通过此方法制造的由薄钢板构成的硬化结构零件。

【背景技术】
[0003]在汽车制造领域，人们希望降低车辆的总重或，在改进的辅助设备的情况下，不让车辆的总重提高。这只有当具体的车辆零件的重量降低了时才能实现。在这一点上人们特别是努力将车身的重量与以前的时代相比降低。但是，与此同时，对于安全性特别是汽车内的人的安全性，和对发生意外的情况下的状况的要求提高了。在为了降低车身总重而减少零件数量，特别降低它们的厚度的同时，人们期望重量减轻了的车身外壳在发生意外的情况下能表现提高的强度和硬度以及确定的变形特性。
[0004]在制造汽车车身时钢是用得最多的原材料。用任何其它材料都不能在这么大的范围内成本有效地制造具有极其多变的材料性能的结构零件。
[0005]这些改变了的要求的结果是,连同极大的坚固性,大延伸率值和从而改善的冷成形能力都得到了保证。而且，钢可以表现的坚固性范围也提高了。
[0006]一种观点(特别是对于与汽车制造有关的车身)涉及由强度(随合金组成而变)在1000-2000 MPa范围内的薄钢板制造的结构零件。要在结构零件内实现这类强度，已知可以从板上切出适当的块，将块加热到奥氏体化温度以上的温度，然后在压锻机中将结构零件成形，其中在成形过程中同时提供材料的快速冷却。
[0007]在退火处理使板块奥氏体化的过程中在表面上形成了一个氧化皮层。它在成形和冷却之后被清除。此清除通常是通过喷砂的方法进行的。在清除氧化皮之前或之后，进行最终的修整和穿孔。在喷砂之前进行最终修整和穿孔是不利的，因为切边和孔的边缘会受到不利影响。不管硬化之后的处理步骤的顺序如何，借助于喷砂清除氧化皮是不利的，此处理常常会使结构零件翘曲。在所述的处理步骤之后，进行所谓的用腐蚀层涂覆零件。例如，施加一个阴极有效防腐层。
[0008]在这一点上缺点在于，硬化结构零件的修整十分费事，且由于结构零件的硬化所以会经受巨大的磨损。此外，其缺点在于所述零件涂层通常只提供没有特别强地产生的腐蚀保护。而且层的厚度不均匀，而是在结构零件表面上变化。
[0009]在此方法的一个改进中，同样已知可以由薄金属板冷成形一个结构零件，接着将其加热到奥氏体化温度然后在校准工具内将它快速冷却，其中所述校准工具负责校准已经由于加热而变翘曲的成形区域。随后进行前面所述的修整。与前面所述的方法相比，此方法使得可以获得更复杂的几何形状，因为在同时成形和硬化的过程中只可能产生基本呈直线型的形状，而复杂的形状在所述成形方法的过程中不能实现。
[0010]从GB 1490535已知一种硬化结构钢零件的制造方法，其中一张可硬化的钢板被加热到硬化温度并随后被装入成形设备中，板在其中被制成期望的最终形状，其中在成形过程中同时进行快速冷却，从而在板仍处于成形设备之内时获得马氏体或贝氏体结构。例如硼合金碳钢或碳锰钢被用作起始材料。根据此公开，成形优选地通过加压进行，但也可采用其它方法。成形和冷却应当优选地以这样一种方式进行并且非常快以至于可以获得微粒的马氏体或贝氏体结构。
[0011]从EP 1253208 Al已知一种由金属板制造硬化异型金属板材零件的方法,其中板被热成形和在加压工具内硬化成异型金属板材零件。在此过程中，在异型金属板材零件上制造了从板平面突出来的参考点或环，它们被用于在后续处理操作中确定异型金属板材零件的位置。应当在成形过程中从板的非穿孔区形成所述环，其中参考点是以模冲的形式在异型金属板材零件的边缘、通道或环处形成的。在压制工具中热成形和硬化据说通常有好处，因为通过将成形、硬化和回火过程结合在一个工具中可以提高加工效率。不过，通过将异形金属板材零件夹紧在工具中以及由于热应力，可以肯定零件将会发生翘曲。这可能对后续处理操作具有不利影响，因此在异型金属板材零件上制造了参考点。
[0012]从DE 19723655 Al已知一种制造薄钢板产品的方法，其中薄钢板产品在还热时在一对冷却的工具内成形，并且在仍位于工具内时硬化成马氏体结构，所以在硬化过程中所述工具被用于固定。在硬化之后将进行处理的区域中，钢应当被保持在软钢范围内，其中工具中的插入件是用来在这些区域防止快速冷却从而防止马氏体结构的。据说借助于工具内的切断可以获得同样的效果，因此在薄钢板和工具之间出现缝隙。此方法的缺陷为由于在此过程中会发生相当大的翘曲，所以此方法不适合于更复杂结构的加压硬化结构零件。
[0013]从DE 10049660 Al已知一种制造局部增强的成形金属板材零件的方法，其中结构零件的基体金属板在规定位置以平面状态与加强金属板连接，且此所谓的补丁金属板复合件随后被一起成形。为在该方法的产品和结果方面改进此制造方法，以及卸下在用于执行此方法的工具方面的负担，补丁复合金属板在成形之前被加热到至少800-850°C，被迅速插入，在加热的状态下被迅速成形，并且在成形的状态被机械地保持着时，随后通过与成形工具接触而被明确地冷却，其中成形工具是强制从内部冷却的。在800-500°C之间的非常重要的温度特别应当是在规定的冷却速率下穿过的。一般认为结合加强金属板和基板金属板的步骤是可以很容易整合的，其中零件是彼此硬钎焊在一起的，由此可以同时在接触区获得有效的腐蚀保护。此方法的缺点是所述工具特别是由于固定的内部冷却所以非常复杂。
[0014]从DE 2003306已知一种挤压和硬化钢零件的方法和设备。目的在于将薄钢板零件挤压成形和将它们硬化，其中它意在消除已知方法的缺陷，特别是由薄钢板制成的零件是以顺序的分离步骤通过模压和硬化制造的。特别地，它意在消除硬化或淬火产品会呈现的希望形状的翘曲的问题，所以需要额外的工作步骤。为此，一张钢板在被加热到导致其奥氏体状态的温度后，被放置在一对一起工作的成形元件之间，之后挤压钢板同时热量被迅速从钢板转移到成形元件中。在整个过程中，零件都保持在冷却温度，因此在成形压力下向零件上施加了淬火作用。
[0015]从DE 10120063 C2已知，将一种由以带状形式提供的原料制备的汽车用异型金属结构单元送入轧辊辊型装置中并将它们成形为轧辊辊型的零件，其中，在从轧辊辊型装置出来之后，轧辊辊型的零件上部分区域被感应加热到硬化所需的温度并随后在冷却装置内淬火。在此之后，将轧辊辊型的零件切削到应有的尺寸成为异型结构零件。
[0016]从USP 6，564，504 B2已知一种具有非常高的机械性能的零件的制造方法，其中零件是通过冲压由轧制钢板构成的条来制造的，且其中一种热轧和特别是涂布材料被使用金属或金属合金涂覆，用于保护钢表面，其中切割薄钢板并获得了薄钢板预成形品，薄钢板预成形品冷成形或热成形并被在热成形之后冷却和硬化或者在冷成形之后被加热尔后冷却。在成形之前或跟随在成形之后一种金属间合金被施加到表面上，提供腐蚀防护和钢脱碳，其中此金属间化合物据说还具有润滑功能。随后，多余的材料被从成形的零件上除去。此涂层据说主要是基于锌或锌和铝的。这里可以使用双面都电解涂锌的钢，其中奥氏体化应该发生在950°C。此电解锌涂层在奥氏体化过程中被完全转化成铁-锌合金。还指出在成形和在被保持以冷却的过程中，涂层不会妨碍热量通过工具流出，甚至会改善热量的流出。此外，此公开还提出了可以使用含45%-50%锌和余量的铝的涂层替代电解锌涂层带。所述方法在它的两个实施方案中都存在的缺点为实际上不再存在阴极腐蚀。而且，这种层非常脆以至于在成形的过程中会产生裂纹。具有45-50%锌和55-45%铝的混合物的涂层也没有提供值得一提的腐蚀保护。尽管此公开中声称使用锌或锌合金作涂层将能甚至对边缘都提供电化腐蚀防护，但实际上根本不能实现这一点。实际上通过所述涂层甚至都不能向表面充分的电化腐蚀防护。
[0017]从EP 1013785 Al已知一种由轧制钢带特别是热轧钢带制造结构零件的方法。其目的在于提供0.2-2.0 mm厚的轧制钢板，其中它在热轧之后被涂覆，并经受冷或热成形，接着进行热处理，其中在热成形或热处理之前、之中或之后的温度增长应当保证钢不会脱碳或上述板的表面不会氧化。为此目的，将向板提供一种金属或金属合金，它能保证保护板的表面，之后板经受成形所需的温度升高，随后将板成形，最后将零件冷却。特别地，板是在热的状态下被挤压的，且通过深拉制造的零件将被冷却以硬化，此冷却的速度大于临界淬火速度。还公开了一种适合的合金钢，其中此薄钢板在工具中成形和硬化之前要在950°C奥氏体化。所施加的涂层特别地由铝或铝合金构成，其中由此不仅能产生氧化和脱碳保护，还能产生润滑效果。尽管与其它已知方法相比，可以用此方法避免在随后的加热过程中金属板材零件在被加热到奥氏体化温度后的氧化，基本上此公开中所说的冷成形对于热浸镀锌板来说不可能，因为热浸渗铝层的延展性太低不能承受较大的变形。对于所述薄金属板在冷却状态下也不可能通过深拉法制造更复杂的形状。用所述涂层可以进行热成形，即在同一工具内成形和硬化，但后来结构零件不具有任何阴极保护。而且，这种结构零件在硬化之后必须通过机械或借助于激光加工，因此就会产生上面已经提到的缺陷即由于材料非常坚硬后续加工步骤将非常昂贵。此外还有一个缺点，通过激光或机械地切割的成形零件的所有区域都不再具有任何腐蚀保护。
[0018]为了由未硬化的可热成形薄钢板制造成形金属结构元件，特别是制成半成品形式的结构体元件，从DE 10254695 B3已知，可以开始先将所述半成品通过冷成形方法特别是深拉成形成结构元件毛坯。其后，修整结构元件毛坯的边缘使其与要制造的结构元件的边缘轮廓大致一致。最后，将修整过的结构元件毛坯在热成形工具中加热和加压硬化。在此过程中制造的结构元件在热成形已经具有期望的边缘轮廓，因此可以省去对结构零件边缘的最后修整。该专利打算用这种方法来显著缩短用薄钢板制造硬化结构零件的周期。所用钢应当是空气硬化钢，如果需要，加热时将它在一种保护气体气氛下加热以防起氧化皮。否贝U，在结构零件热成形之后要从成形的结构零件上除去氧化皮层。此公开中提到，在冷成形过程中，结构元件毛坯成形为接近其最终轮廓，其中"接近其最终轮廓"应当理解为最终结构零件的几何形状上那些伴随了材料的宏观流动的部分在冷成形过程的最后已经完全成形在结构元件毛坯中。由此，在冷成形过程的最后只需对外形进行轻微修整，需要物质进行极小的局部流动，就能产生结构零件的三维外形。此方法的缺陷在于仍需要在热状态下对整个轮廓进行最后整型的步骤，其中为防起氧化皮，或者必须执行已经的步骤即在保护气体气氛下进行退火，或者必须对零件进行去氧化皮。两种过程之后都必须跟一个涂覆零件以使其抗蚀的步骤。
[0019]总之，不利的是，对于所有上述方法来说在成形和硬化之后都必须进一步处理制造的零件，昂贵且费事。而且，结构零件没有或者只有不充分的腐蚀防护。


【发明内容】

[0020]本发明的目的在于创造一种制造由薄钢板构成的硬化结构零件的方法，它简单并可以快速执行且使得制造由薄钢板特别是薄钢片构成的硬化结构零件成为可能，所制造的硬化结构零件具有阴极防腐和正好被制成所需的尺寸而且不需要进行修整如去氧化皮和喷砂。
[0021]此目的是通过具有权利要求1的特征的方法实现的，在其从属权利要求中给出了有利的进一步改进。
[0022]另一个目的在于制造一种由薄钢板制成的硬化结构零件，它具有腐蚀保护，尺寸稳定并精确，而且还具有降低的生产成本。
[0023]此目的是通过具有权利要求21的特征的硬化薄钢板实现的。在其从属权利要求中给出了有利的进一步改进。
[0024]根据本发明，结构零件的成形，以及结构零件的修整和穿孔实质上都在未硬化状态下进行。用在未硬化状态下的具体材料的相对较好的成形能力使得可以实现更复杂的结构零件几何形状，和用成本更为显著经济的硬化处理前的机械切削操作来代替昂贵的后面在硬化状态的修整。
[0025]由于加热结构零件而导致的不可避免的尺寸变化已经在冷薄金属板的成形中被考虑到，因此制造的结构零件比其最终尺寸约小0.5-2%。至少在成形过程中预计的热膨胀被考虑在内。
[0026]对于结构零件的冷加工即成形、修整和穿孔，它足以使最终的硬化结构零件的区域具有高复杂度和成形深度，并且如果需要所述区域还可具有结构零件的紧公差，如特别是切边、成形边、成形表面和可能地穿孔图案如特别是穿孔具有要求的最终公差，和特别是修整和位置公差，其中由于加热导致的结构零件的热膨胀被考虑在内或被补偿。
[0027]这意味着在冷成形之后结构零件比最终硬化结构零件的目标最终尺寸约小0.5_2%。小在这里是指，冷成形之后，结构零件被在所有三个空间轴即三维方向上都被最终成形。这样热膨胀在所有三个空间轴上都被等同考虑到。现有技术不可能在所有空间轴上都考虑到热膨胀，例如由于模的不完全封闭所以只能考虑到Z方向上的膨胀，从而在此导致不完全的成形。根据本发明，优选地工具的三维几何形状或外形在所有三个维度上都做得小一些。
[0028]此外，根据本发明，使用了热浸镀锌钢板，和特别是带有由特定组成构成的防腐涂层的热浸镀锌钢板。
[0029]到目前为止，在本【技术领域】内都认为镀锌薄钢板以适用于其中加热步骤在成形之前或跟随在成形之后进行的那些方法而著名。一方面，这是由锌层在通常采用的大约900-950°C的炉温之上被强烈氧化或在保护气体(无氧气氛)下挥发所引起的。
[0030]根据本发明的对薄钢板的防腐是一种主要基于锌的阴极防腐，其中所述薄钢板在此方法中开始先经受热处理尔后成形和硬化。根据本发明，在构成涂层的锌中添加了0.1%-15%的一种或几种对氧具有亲合力的元素如镁、硅、钛、钙和铝。可以测定，所述那么少量的对氧具有亲合力的元素，如镁、硅、钛、钙和招，在此特定应用中产生了惊人的效果。
[0031]根据本发明，至少Mn、Al、T1、S1、Ca是可能的对氧具有亲合力的元素。如果在下文中提到铝，则它同时代表其它提及的元素。
[0032]已经惊人地表明，尽管对氧有亲合力的元素如特别是铝的量非常少，但在加热过程中在表面上明显形成了保护层，它主要由Al2O3或对氧有亲合力的元素的氧化物(MgO、CaO, T1, S12)构成，此保护层非常有效并且是自修复的。此非常薄的氧化层能防止下面的含锌防腐层氧化，甚至是在非常高的温度下。这意味着当镀锌薄钢板在挤压硬化法中经受特定的连续处理的过程中，形成一个差不多两层的防腐层，它由高锌含量的阴极高效层构成并且此阴极层由一个由氧化物(A1203、MgO、Ca0、Ti0、S12)构成的防氧化层保护而不被氧化和蒸发。由此，产生一种具有突出化学稳定性的阴极防腐层。这意味着热处理必须在氧化性气氛内进行。尽管可以借助于保护气体(无氧气氛)来防止氧化，但锌会由于高蒸气压而汽化。
[0033]此外还表明，根据本发明的防腐层还对挤压硬化处理具有非常大的机械稳定性，以至于紧跟在板的奥氏体化之后的成形步骤不会破坏此层。即使有微观裂纹发生，阴极保护效果也至少明显大于已知的针对挤压硬化法的防腐层的保护效果。
[0034]为向板提供根据本发明的腐蚀保护，第一步，可以将铝的重量百分比含量大于0.1%但小于15%，特别是小于10%，进一步优选地小于5%的锌合金施加在薄钢板特别是合金薄钢板上，然后在第二步骤中，涂层薄板的某些部分被加工除下特别是被切下或冲压下来，并在空气氧的加入下被加热到合金板的奥氏体化温度之上的温度以及随后高速冷却。所述从薄板上切下的部分(板块)的成形可以在所述加热板到奥氏体化温度之前或跟随在其之后进行。
[0035]假定在该方法的第一个步骤中，即涂覆板的过程中，在板表面或在层的近侧区域形成由特别是Fe2Al5IZnj^g成的薄抑制相，它能抑制液体金属涂覆过程中在特别是高达690°C的温度下发生的Fe-Zn扩散。由此在第一个方法步骤中，制成了带加有铝的锌金属涂层的板，它只在接近板表面即涂层的近侧区域具有极薄的抑制相，此抑制相能有效地防止铁-锌连接相的迅速生长。此外可以理解，铝的单独存在降低了在界面层区域铁-锌扩散的趋势。
[0036]如果现在第二个步骤中，将具有金属锌-铝层的板在空气氧的加入下加热到板材的奥氏体化温度，则最初板上的金属层会液化。在远侧表面上锌中的对氧具有亲合力的铝与空气氧反应，同时形成一种固体氧化物或铝的氧化物，由此在此方向中产生了铝金属浓度的降低，这导致了铝向消耗即向远侧区方向连续扩散。铝的氧化物在层上曝露于空气的区域中的这种富集现在充当对层金属的氧化保护或对锌的汽化屏蔽。
[0037]此外，在加热过程中，铝被向远侧区方向的连续扩散抽离近侧屏蔽相，并在远侧区可供用于形成表面Al2O3层。这样就实现了板涂层的形成，留下一个具有大比例的锌的阴极闻效层。
[0038]例如，非常适合的是铝的比例以重量百分比计大于0.2但小于4，优选地大于0.26
但小于2.5重量％的锌合金。
[0039]如果适合地锌合金涂层向板表面的施加发生在第一步骤内穿过温度大于425°C但小于690°C特别是在440°C_495°C的液态金属浴的过程中，并随后冷却涂覆的板，则可能不仅有效地形成近侧抑制相，或在抑制层区域内观察到非常好的防扩散，而且可能与此同时提闻板材的热变形性能。
[0040]通过一种其中使用例如厚度大于0.15 mm和具有一定浓度范围的下列重量百分比限制之内的至少一种合金元素的热轧或冷轧钢带的方法，提供了本发明的一个有利实施方案，其中:
碳直到0.4，优选地0.15-0.3 硅直到1.9，优选地0.11-1.5 锰直到3.0，优选地0.8-2.5 铬直到1.5，优选地0.1-0.9 钥直到0.9，优选地0.1-0.5 镍直到0.9，
钛直到0.2，优选地0.02-0.1 钒直到0.2，
钨直到0.2，
铝直到0.2，优选地0.02-0.07 硼直到0.01，优选地0.0005-0.005 硫最多0.01，优选地最多0.008 磷最多0.025，优选地最多0.01
余量的铁和杂质。
[0041]可以确定，根据本发明的阴极防腐的表面结构在涂料和油漆的粘合力方面特别有利。
[0042]如果表面层具有富锌的金属间铁-锌-铝相和富铁的铁-锌-铝相，则涂层在薄钢板制品上的粘合力可以得到进一步提高，其中所述富铁相中锌对铁的比不超过0.95(锌/铁彡0.95)，优选地为0.20-0.80 (Zn/Fe = 0.20-0.80)，所述富锌相中锌对铁的比至少为2.0 (Zn/Fe 彡 2.0)，优选地 2.3-19.0 (Zn/Fe = 2.3-19.0)。
[0043]在根据本发明的方法中，这样一种锌层在冷成形过程中明显基本上不会受影响。相反，根据本发明，在冷板的修整和穿孔的过程中，锌物质被工具以一种有利的方式从锌层迁移到了割边上，并被沿着割边涂敷。
[0044]此外，用锌涂覆的好处在于结构零件在加热并被传递给模硬化工具之后失热较少，因此结构零件不必被加热得过高。由此可以产生更小的热膨胀，所以与公差有关的制造精确性被简化了，因为膨胀的总量减少了。
[0045]此外，在较低的温度下结构零件具有提高的稳定性，这使得改进的操作性和更快地插入模中成为可能。
[0046]下面将参照附图对本发明进行举例说明。

【专利附图】

【附图说明】
[0047]图1显示了根据本发明的方法的过程。
[0048]

【具体实施方式】
为实施本方法，未硬化的镀锌特殊薄板首先被切成块。
[0049]所切成的块可以是长方形、斜方形或加工成形的块。任何已知的切削方法都可以用来切削所述块。优选地所采用的那些切削方法在切的过程中没有向金属板内引入热量。
[0050]随后，借助于冷成形工具由修整的块制造成形零件。成形零件的制造包括所有能够制造这些成形零件的方法和/或工艺。例如，以下方法和/或工艺是适合的:
顺序复合工具，
连接的单个工具，
分步的顺序工具，
液压机系统，
机械压机系统，
爆炸成形，电磁成形，管液压成形，块液压成形，
以及所有冷成形工艺。
[0051 ] 在成形特别是深拉之后，在所提到的常规工具中进行最终修整。
[0052]根据本发明，成形的零件(已经在其冷态成形)做得比最终结构零件的标称几何形状小0.5-2%,从而补偿加热过程中的热膨胀。
[0053]通过所述工艺制造的成形零件应当是冷成形的，其中它们的尺寸在顾客所要求的最终零件的公差范围之内。如果在前述冷成形工艺的过程中产生了大的公差，它们可以之后在模硬化处理过程中部分地稍微被修正，这在后面会被提到。但是，在模硬化处理中的公差修正优选地只用来修正外形偏差。因此这种外形偏差可以以热校准的方式进行修正。但是如有可能，修正方法应当仅限于弯曲方法，因为切边是材料的量(与切边相关的)的函数，它不应也不能在后来改变，即如果零件中切边的几何形状不正确，则在模硬化工具中不能做任何修正。总之，可以说切边的容许范围与冷成形和模硬化处理过程中的容许范围相当。
[0054]优选地在成形零件内不存在明显的皱褶，因为那样的话压力模式的均匀性和均匀的模硬化处理都不能得到保证。
[0055]在结构零件已经完全成形之后，成形和修整过的零件被加热到一个超过780°C特别是800°C _950°C的退火温度，并在此温度维持几秒及至几分钟，但至少足够久以至于期望的奥氏体化已经发生。
[0056]退火过程之后，根据本发明结构零件经受模硬化步骤。在模硬化步骤中，结构零件被插入位于压力机之内的一个工具内，其中此模硬化工具优选地与最终结构零件的最终几何形状即包括其热膨胀在内的冷制备的结构零件的尺寸一致。
[0057]为此目的，模硬化工具具有基本上与冷成形工具一致的几何形状或轮廓，但要大0.5-2% (在所有三个空间轴上)。在模硬化中，工具一关闭在模硬化工具与要被硬化的工件或结构零件之间就产生一种完全的表面积极接触。
[0058]成形的零件在大约740 V -910 V，优选780 V -840 °C的温度下被插入模硬化工具，其中，如已经说明的，前面进行的冷成形工艺已经考虑到了元件在此插入温度范围内的热膨胀。
[0059]由于根据本发明的结构零件的锌涂层，即使冷成形结构零件的退火温度在800oC -850°C之间仍可能实现780°C _840°C的插入温度，因为，与无涂层的板相反，根据本发明的特殊锌层减少了快速冷却。它的优点在于零件不需要太强烈的加热且特别是可以避免加热到900°C以上的温度。这接着又导致与锌涂层相互作用，因为在稍微较低的温度锌涂层会较少地受负面影响。
[0060]下面将通过举例来说明加热和模硬化。
[0061]为进行模硬化处理，零件特别是首先被机器人从传送带上取下并插入标记位台，从而每个零件在模硬化之前都被以一种可重现的方式标记。随后，机器人将零件放在中间支承上，其中中间支承在传送带上穿过加热炉并且零件被加热。
[0062]例如，使用了带对流加热的连续式加热炉来进行加热。不过，也可以采用任何其它加热单元或加热炉，特别是其中成形零件被电磁地或通过微波加热的加热炉。成形零件在支承上穿过加热炉，其中已经提供了所述支持从而在加热过程中防腐涂层不会被转移到连续式加热炉的滚子上，或被它擦掉。
[0063]零件在加热炉中被加热到所用合金的奥氏体化温度之上的一个温度。由于如上面所述锌涂层不是特别稳定，零件的最高温度应保持尽可能低，这也如上面所述可以因为零件稍后由于所述锌涂层而冷却较慢而成为可能。
[0064]在加热零件到最高温度之后，为实现完全硬化和充分的防腐，有必要从规定的最低温度(>700°C)开始，将零件在>20 K / s的最小冷却速率下冷却。此冷却速率是在随后的模硬化过程中达到的。
[0065]为此，还根据厚度，机器人将零件从780°C _950°C特别是在860°C _900°C之间的加热炉中取出，并将它放入模硬化工具。在操作过程中，零件损失约10°c -80°c特别是40°C，其中机器人是为所述插入而特别设计的，这样以来它可以高速将零件准确插入模硬化工具。成形零件被机器人放置在零件升降设备上，之后压力被迅速降低，其中所述零件升降设备被移开且零件被固定就位。为此要确保零件被干净地放置和引导直到工具关闭。在压机和从而模硬化工具被关闭时，零件仍然具有至少780°C的温度。工具表面具有小于50°C的温度，从而零件被迅速冷却到80°C _200°C之间。零件在工具内保持的时间越长，尺寸精确度越大。
[0066]在此过程中工具被热冲击压迫，其中本发明的方法使得(特别是如果在模硬化步骤过程中没有进行成形步骤时)可以根据其基体材料将工具设计成高抗热冲击性。对于习用方法，工具还必须具有高抗磨性，而这在目前的情况下并不特别重要，在这点上也使得工具更加便宜。
[0067]在插入成形零件时，必须小心操作以确保完全修整和穿孔的零件以正确适配的方式插入模硬化工具，其中不应当有多余的材料和突出的材料。角度可以通过简单弯曲来修正，但多余的材料不能被清除。为此，必须以对模边缘的尺寸精确度切削冷成形零件上的切边。修整过的边在模硬化过程中应当被固定就位以免发生修整过的边的移位。
[0068]此后机器人将零件从压机中取出并将它们放置在台座上，零件在那里继续冷却。如果需要，可以通过另外在它们上面吹入空气来加速冷却。
[0069]通过根据本发明的没有明显的成形步骤的模硬化步骤和通过工具与工件之间的基本全面的正接连，保证了工件的所有区域都被限定和被同时从所有面均匀地冷却。通过通常的成形工艺，只有当成形过程已经进行充分从而材料靠在模的两个半部上之后才能发生可再现的确定冷却。但是，在目前的情况下，材料优选地直接在各个面上都以正连接的方式紧靠模的两个半部。
[0070]优点还在于，板表面上的防腐涂层，特别是通过热浸镀锌施加的层没有被破坏。
[0071]优点还在于，与通常的处理方法相比，不再需要硬化之后的昂贵最终修整。由此可以获得很大的成本优势。由于变形或成形主要在硬化之前以冷态发生，结构零件的复杂度基本上只由冷的未硬化材料的变形性能决定。因此，通过本发明的方法使得制造比到目前为止质量更高的复杂得多硬化结构零件成为可能。
[0072]另一个优点在于，由于在冷态时完全已经存在的最终几何形状，模硬化工具上的应力更小。通过此点，可以实现长得多的工具使用寿命，以及尺寸精确度，这反过来又意味着成本的降低。
[0073]由于零件不必在那么高的温度退火，所以还可以节能。
[0074]根据工件在它们所有部分上的确定冷却而没有另外的成形过程(这会对冷却造成负面影响)，可以明显减少不在要求之内的部件的数目，从而制造成本可以再次降低。
[0075]在本发明的另一个有利实施方案中，模硬化是以下述方式进行的，即工件与模半部之间的接触或工具与工件之间的正连接只发生在具有紧公差的区域，如切边和成形边、成形的表面和可能在穿孔图案区域内。
[0076]在这一点上，在这些区域中的正连接是由于这些区域被可靠地容纳和夹紧，以至于较小紧公差的区域可以在工具内进行热成形，而那些已经具有紧公差的位置和尺寸都准确的区域不会受负面影响和特别是被翘曲。
[0077]在此有利实施方案中，结构零件在被放入模工具时仍具有的热膨胀当然也以已经记述的方式被考虑在内。
[0078]但是，在此有利实施方案中，可以进一步地更缓慢地冷却具有较小紧公差的区域，或者通过不使它们紧靠一个或两个模工具的半部以通过更慢的冷却而获得不同的硬度，或者在这些区域获得期望的热成形而紧公差的区域不受影响。例如，这可以通过模工具半部内的额外的模来进行。如已经说明的，在此优选实施方案中紧公差的区域仍保持在模硬化过程中不受成形的影响也很重要。
【权利要求】
1.由薄钢板制造硬化结构零件的方法，包括以下方法步骤:将由具有阴极防腐的薄钢板制成的成形零件冷成形，随后为奥氏体化而进行热处理，其特征在于， a)在所述成形元件的冷成形之前、之中或之后对所述成形零件进行最终修整和所需的穿孔或制造穿孔图案，其中 b)所述冷成形和所述修整以及所述穿孔和穿孔图案在所述结构零件上的排布以使所述成形零件比最终硬化结构零件小0.5-2%的方式进行，其中 c)随后，为进行热处理而冷成形的成形零件至少在部分区域在环境氧的加入下被加热到允许钢材奥氏体化的温度，和 d)随后，经加热的结构零件被转移到模硬化工具中并在该模硬化工具中进行模硬化，其中所述结构零件通过与模硬化工具接触和被模硬化工具挤压(保持)而冷却并从而硬化，和 e)所述阴极防腐涂层由主要由锌构成的混合物构成，且该混合物中还包含一种或多种总量占总混合物的0.1-15重量％的对氧具有亲和力的元素，其中镁和/或硅和/或钛和/或钙和/或铝被用作所述混合物中的对氧具有亲和力的元素。
2.根据权利要求1所述的方法，特征在于所述阴极防腐涂层是通过热浸镀法施加的涂层，其中该涂层在将薄钢板加热到硬化所需的温度的过程中在涂层上形成所述一种或多种对氧具有亲和力的元素的氧化物的表皮。
3.根据前面权利要求之一所述的方法，特征在于使用了0.2-5重量％的对氧具有亲和力的元素。
4.根据前面权利要求之一所述的方法，特征在于使用了0.26-2.5重量％的对氧具有亲和力的元素。
5.根据前面权利要求之一所述的方法，特征在于主要采用铝作为对氧具有亲和力的元素。
6.根据前面权利要求之一所述的方法，特征在于用所述的由锌和对氧具有亲和力的元素组成的混合物进行的涂覆发生在穿过温度为425°C -690°C之间的液态金属浴过程中，并随后冷却涂覆的板。
7.根据前面权利要求之一所述的方法，特征在于用所述的由锌和对氧具有亲和力的元素组成的混合物进行的涂覆发生在穿过温度为440°C _495°C之间的液态金属浴过程中，并随后冷却涂覆的板。
8.根据前面权利要求之一所述的方法，特征在于处于奥氏体化温度之上的保持时间最高达10分钟。
9.根据前面权利要求之一所述的方法，特征在于在加热阶段的保持温度为最大780-950 O。
10.根据权利要求1-10之一所述的方法，特征在于所述成形零件在整个表面上几乎同时和以相同的力被模工具的半部挤压和硬化。
【文档编号】C23C2/26GK104372278SQ201410444698
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2004年6月9日 优先权日:2003年7月29日
【发明者】M.弗莱尚德, S.科尔恩博格, G.兰德尔, A.E.拉布, W.博兰斯泰特, J.法德尔, R.韦霍夫, W.施塔尔 申请人:沃斯特阿尔派因钢铁有限责任公司, 奥钢联金属成型有限公司