由部分硬化的钢板构成的工件的制作方法

本发明涉及一种由钢板制成的工件，所述工件的表面包括局部通过熔合附加成分而形成的硬化区域和未硬化区域。

背景技术：

DE 196 50 258 A1描述了一种方法，其中，钢板的表面的耐磨强度被局部提高，方法是，通过向钢板导入以杆或丝形式的附加物并且借助激光通过局部加热板件而使得附加物熔合，在钢板内形成硬化区域。

在DE 196 50 258 A1中并没有描述硬化区域在钢板的表面上的分布，因为表面的这种区域(在其上需要涂层)在每种情况下由于摩擦应力的分布而已经被预先确定。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种由钢板构成的工件，其中，力承载能力，尤其拉力承载能力通过局部硬化而被改进。这样的工件能够尤其有利地应用在机动车车身结构中，以便改进车身的负荷能力或者在不改变负荷能力的情况下降低车身的重量并且因此降低材料消耗和燃料消耗。

安装在终端产品、例如机动车车身上的板材工件在此对应各自的安装位置承受特有的应力模型。当板材工件承受的作用力超过它的负荷极限时，工件在受力特别高的位置、多数是它的边缘上开始撕裂。一旦裂纹已经形成，负荷就集中在裂纹尖端上，并且该裂纹快速地扩展，直至它到达工件的相对置的边缘上。

因此，所述技术问题按照本发明通过一种由钢板制成的工件解决，所述工件的表面包括局部通过熔合附加成分而形成的硬化区域和未硬化区域，至少一个硬化区域在裂纹起始区域和未硬化区域之间延伸。通过硬化区域承受相对较大部分的拉力负荷，使得硬化区域减轻了裂纹起始区域的负荷并且因此抵抗裂纹形成。

在实践中，所述裂纹起始区域例如是在工件的边缘内的凹口。为了使凹口减轻负荷，所述硬化区域沿着所述边缘并绕着所述凹口延伸。

如果裂纹起始区域不在工件的边缘上，则它通常是孔或者凹部，例如容纳铆钉的扩展端部的凹部，通过该铆钉将第一工件铆接在第二工件上。在这种情况下，硬化区域能够适宜地绕着裂纹起始区域延伸。

所述硬化区域优选构成围绕所述裂纹起始区域的封闭的环。

裂纹起始区域通常可以是第二工件在第一工件上的固定点，无论固定的形式，从第二工件向第一工件传递的作用在固定点上的力会导致在第一工件上超负荷，并且因此导致从固定点开始形成裂纹。

根据本发明的另外优选的设计方案，硬化区域的朝向裂纹起始区域的边缘以倾斜的角度与线相交，所述线从所述裂纹起始区域朝着工件的远离裂纹起始区域的边缘延伸。这个特征使得在已经形成裂纹时，必要时仍可避免工件的完全损坏，至少能明显地提高工件至完全损坏所能承受的能量，方法是，即如果裂纹碰到硬化区域的边缘，则形成的裂纹向旁边转向。因此，至少使得裂纹直至工件最终损坏所需的长度被延长，并且也提高了直至工件损坏用于形成裂纹所必须消耗的能量。

因此，硬化区域的边缘能够使延展的裂纹转向，使得裂纹不再平行于裂纹起始区域与工件的边缘的连接直线，但是也不能与该直线垂直。合适地是，边缘与直线之间的角度是30°至60°，优选是40°至50°。

优选地，朝向裂纹起始区域的边缘和背离裂纹起始区域的边缘本身或者第二硬化区域的边缘限定出条形的未硬化区域，在该区域中裂纹能够扩展。

此外适宜的是，多个条形的未硬化区域与所述线相交。因此，当裂纹离开一个未硬化区域并且要进入硬化区域时，能够以很高的概率被之后的未硬化区域拦截并且再次被转向旁边。

附图说明

本发明的特征和优点结合所附示图由下面的说明给出。附图为：

图1示出根据本发明的第一实施例的工件的俯视图；

图2示出根据第二实施例的工件的俯视图；

图3示出根据第三实施例的剖切两个工件所得的剖视图；

图4示出根据第四实施例的两个工件的立体图；和

图5示出根据本发明的第五实施例的工件的俯视图。

具体实施方式

本发明能够应用在任意几何结构的工件上，该工件能够平面地或者三维形状地成型，并且该工件能够具有任意延展的边缘。因此，作为工件在下述附图所示中以矩形的板条作为示例，它的特别之处在于，例如在图1所示的工件1的情况下在纵向延伸的边缘3内的凹口2，它在任意不同成型的工件中也能出现。

在通常的具有均匀的材料特性的板件中，如果该板件承受较高的拉力荷载，则在凹口2上会形成裂纹，并且从凹口2出发这种裂纹最终会延展至板件的相对置的边缘，并且该板件会被撕裂为两个部件。

在根据本发明的工件1中，沿着边缘3通过熔合待硬化的附加成分而构成被硬化的区域4。这种熔合可通过激光熔合实现，例如按照在前面所引用的DE 196 50 258 A1或者在DE 10 2014 010 660.8中所公开的方法进行，并且因此不需要再进一步阐述。作为待硬化的附加成分可熔合例如碳、氮、锰、硅或者铬。被硬化的区域4沿着边缘3在凹口2的两侧延伸并且绕着凹口进入平坦的弓部中。作用在工件1的端部上的拉应力被环绕凹口2的硬化区域4和紧邻该硬化区域的周围区域5传导。从在凹口2上形成裂纹起，拉应力因此可分别根据凹口2的和硬化区域4的几何尺寸被明显提高，或者因为在凹口2之前或之后的未硬化的区域6中的材料被撕裂，所以可能不再形成所述的拉应力。

相应的效果在图2所示的工件1上实现，方法是，硬化区域4环形地围绕孔7构造。工件1通过孔7的材料弱化能够被硬化区域4补偿，或者甚至被过度补偿，从而该工件在过度负载时不会在孔7上、而是会在未硬化的区域6内开裂，该区域6包围环形的硬化区域4。

图3示出剖切两个工件1、1’所得的剖面图，这两个工件如在图3中所示都设有环形的硬化区域4、4’，在它们的被硬化区域4、4’围绕未硬化的区域5、5’中未被钻孔。设有上部工件1的区域5，以便被上方的在剖面图中所示的半空铆钉8从工件1上冲压或冲裁、从此处移动并且被压入工件1’的未硬化区域5’中。在挤压过程中，半空铆钉8的杆被扩展，理想地如此扩展，使得它在工件1’内作用在硬化区域4’后面；由此形成的形状配合式连接的强度得益于周围的硬化区域4、4’的强度。

在工件1’内通过压入铆钉8构成的凹部9会在均匀的板件中在拉负载下形成裂纹的起始点。但是以相同的方式，如在图2所示的实施例中所述，硬化区域4’起到降低拉应力的作用，该拉应力绕着凹部9传导并且防止形成裂纹。

图4示出两个工件1、1’、在此为平坦的板件的立体图，它们沿着各自的边缘3、3’通过焊点10相连接。工件1沿着它的边缘3设有硬化区域4，在该硬化区域中留空出区域5。在这些未硬化的区域5中分别设置焊点10，以便与硬化区域4相比利用它们更好的焊接性质。焊接连接的弯曲负荷能力由此被提高，通过硬化区域在有弯曲力矩作用在焊点10的情况下降低工件1的挠性。

图5再次示出条形工件1的俯视图。多个条形的硬化区域4倾斜地延伸，在此在工件1上与边缘3成大约45°角地延伸。在受到较高的拉应力的情况下能够在未硬化区域5、6以及在具有均匀的材料特性的普通工件内构成裂纹，该裂纹从边缘3扩展到工件1中。如果这种裂纹11到达硬化区域4的边缘，则该裂纹要想继续进入该区域4中需要比该裂纹11继续在未硬化区域5中延伸更多的能量。因此裂纹11倾向于，追随未硬化区域5进行延展。因此，裂纹11会更长，并且直至完全撕开工件1所消耗的能量比使用相同形状的各向同性的板件的情况消耗更多的能量，在使用相同形状的各向同性的板件的情况中裂纹会相应地从起始边缘3到与它对置的边缘12以最短的路径、沿着线13延伸。

在图5所示的情况中，硬化的和未硬化的区域4、5如此狭窄地分布，使得它们中的多个区域与在两个边缘3、12之间的最短线13相交。因此存在这种可能性，当裂纹12应该穿过硬化区域4时，该裂纹自身再次进入紧邻的未硬化区域5并且被转向倾斜于线13地延伸。

应该理解到，虽然上述详细说明和附图展示了本发明特定的示例性设计方案，但是它们只起到说明作用，并且不应该限制本发明的保护范围。所述设计方案的变型是可行的，只要不超过权利要求的保护范围。尤其还存在权利要求中未提及的由说明书和附图中得到的实施例的特征。这些特征也可以在另外的在此特定公开的组合中出现。实际上，大多数这种特征都已经以相同的语句或其它的结合上下文的方式被提及，因此所述特征只在特定公开的组合中出现是不正确的；反而，原则上还能够减少或改变多个所述特征，只要其不涉及本发明的功能特性。

附图标记列表

1 工件

2 凹口

3 边缘

4 硬化区域

5 未硬化区域

6 未硬化区域

7 孔

8 铆钉

9 凹部

10 焊点

11 裂纹

12 边缘

13 线