热处理装置的制作方法

本发明涉及一种钢材的各自区域的系统化热处理装置。

背景技术：

在此技术领域，各部门许多案例都需要质量轻的高强度金属板部件。例如汽车工业一直努力减少车辆的燃油消耗和降低二氧化碳的排放，同时，提高乘客的安全性。由于这个原因，有一个不断增长的关于优良的强度-重量比的车身零部件需求。这些部件包括特别是A和B车柱，车内的侧门防撞杆、踏脚板、框架件、保险杠、用于车身和车顶的横梁，以及前、后纵梁。在现代车辆内，带有安全笼的车身用床是由强度约1500MPa的硬质钢材制成。铝-硅包覆的钢板出于此目的也会经常使用到。出于制造出由硬质钢材制成的零部件的目的，所谓的压淬工艺一直在被开发。这里，薄钢材首先要被加热到奥氏体化温度，然后放置在一个压模中，迅速成型，并且迅速用冷水淬灭使其温度下降到马氏体转变开始点以下。由此制出了一种强度达到1500MPa的坚硬、强大的马氏体结构。以这种方式硬化的钢板，但是，只有在断裂时有轻微的断裂伸长率。因此其碰撞时的动能不能充分转换成变形热。

为此，汽车行业正在努力制造有几种不同的伸长区间和强度区间的车身零部件，这样一方面，一个单独部分就可以有高强度区间(参见以下第一区间)，另一方面，有可伸长区间(参见以下第二区间)。一方面，从根本上希望有一部分是高强度的，以获得可以承受高的机械载荷，同时轻量化的部分。另一方面，甚至高强度部分应该可以有某些柔软区域。在碰撞的情况下，这提供了所需的部分增加的变形能力。只有用这种方式，动能的影响可以消散，从而最小化施加在的当前车辆和其余车辆的加速力。另外，现代连接方法需要允许相同或不同类型的材料连接的非硬点。例如，假设在该部分有可变形区域，就有必要使用弯曲、卷曲或铆接的连接点。

这里，仍应遵守生产安装的一般要求：该压淬装置不应有害地干扰周期时间，并且应该可能无任何限制使用完整装置并快速改变设置，以符合一特定的产品。该过程应该是耐用的并且具有成本效益的，并且其生产装置应该只占用一个最小的空间。该部分的形状和边缘应该是高度精确的。

在所有已知的方法中，该部分的系统化热处理是一个耗时的处理步骤，对于整体加热设备的循环时间有重要影响。

在此背景下，本发明的目的是提出一种用于钢件的各个区域的系统化热处理的装置，从而可以得到具有不同硬度和延展性值的区域，从而使整个热处理装置对周期时间的影响最小化。

技术实现要素：

根据本发明，通过一种具有独立权利要求1所述特征的装置实现此目标。该装置的有利改进可从从属权利要求2到从属权利要求9中得到。

一种钢材首先被加热到低于奥氏体化温度AC3。

随后，该钢材转移到处理站。在这，第二区域或其他区域在一处理时间t_B内被尽快的冷却。在本热处理设备的一个优选的实施例中，处理站有一个定位装置，它可以保证各个区域的精确定位。在一个优选的实施例中，第二区域或其他区域在一气流中快速冷却，例如空气或一种惰性气体，对这些区域猛吹。为此，在一个有益的实施例中，处理站有一种对第二区域和其他区域吹气的装置。该装置可以有，例如，一个或多个喷嘴。在另一个有益的实施例中，一气流吹第二区域或其他区域，水，例如，以雾化形式添加到气流。为此，在一个有益的实施例中，该装置有一个或多个雾化喷嘴。由于吹气与混合水的气流作用，第二区域或其他区域的热消散增加。在处理时间t_B的最后，第二区域或其他区域达到冷却停止温度θ_S。处理时间t_B通常在几秒钟范围内。关于这一点，第二区域或其他区域可以冷却至马氏体转变开始点Ms以下。例如，对于当前汽车钢材22MnB5d马氏体转变开始点Ms大约在410℃。第一区域或其他区域在处理站不经受其他特殊处理，这就是说，没有对他们吹流体也不通过任何其他特殊措施对其加热或冷却。第一区域或其他区域在处理站缓慢降温，例如通过自然对流。采取在处理站减少在第一区域或其他区域的温度损失的措施，已被证明是有利的措施。这些措施，例如，热辐射反射器的装置和/或第一区域或其他区域附近的处理站的绝缘表面。

随后，在处理时间t_B尾声时，钢材转移到第二熔炉。整个钢材都在这个第二熔炉中加热。加热可以被进行，例如以热辐射的方式。在这个过程，在保留时间t₁₃₀期间钢材仍然在第二熔炉，这是建立在这样一种方式，一个区域或多个的温度域高于AC3温度。因为从前面的步骤的第二区域在保留时间T130内开始比第一区域或其他区域有一个低得多的温度，因此直到保留时间t130末尾时在第二熔炉内它们不会达到AC3温度。随后，钢材可以转移到一个压淬工具，其中第一区域或其他区域是完全奥氏体化，而第二区域或其他区域没有奥氏体化，这样，由于在随后的压淬工艺中淬灭，第一区域或其他区域形成高强度的马氏体结构。因为第二区域或其他区域在生产过程中没有奥氏体化，他们有一个低强度的铁素体-珠光体结构和经过压淬工艺后的高延展性。

当钢材在处理站放置几秒钟后，有一个定位装置以确定不同区域的精确定位，他们可以转移到一个没有用于不同区域的不同处理的特殊设备的第二熔炉。在一个实施例中，整个炉室只有一个熔融温度θ₄，这就是说，一个高于奥氏体化温度AC3的基本均匀的温度。轮廓清晰的界线，个别区域可以实现，由于这两个区域之间较小的温差，零件的翘曲最小化。钢材的较小温度差对压力机的进一步加工有有利的影响。

在一个实施例中，一个连续熔炉设置为第一熔炉。通常，连续炉有一个大容量并且特别适合于大规模生产，因为它们可以一个简单的方式被加载和操作。但是，一个间歇式炉，例如，一个箱式炉，也可以作为第一熔炉。

在一个实施例中，第二熔炉是一个便利的连续熔炉。

如果第一熔炉和第二熔炉都设为连续熔炉，第一区域或其他区域或者第二区域或其他区域的必要的保留时间可以通过设置传送速度和特定熔融长度来获得该部分的功能。用这种方式，可能防止对整个生产线的周期时间的影响，其中包括一个热处理装置和随后的压淬处理。

在一个可选的实施例中，第二熔炉是一个间歇式熔炉，例如，一个箱式熔炉。

在一个优选的实施例中，处理站有一个装置进行快速冷却一个或多个钢材的第二区域。在一个优选的实施例中，该设备有一个喷嘴，其喷嘴吹出气化流体，例如，空气或惰性气体比如氮气，到钢材的第二区域或其他区域。出于此目的，在一个有益的实施例中，装置有一个或多个雾化喷嘴。由于将水混合到气流，第二区域或其他区域的热分散会增加。

在另一个实施例中，第二区域或其他区域通过热传导的各种方式被冷却，例如使它们接触远低于钢材温度的冲床或多个冲床。为此，冲床可以由导热性好和/或直接或间接冷却的金属制成。结合冷却技术也是有可能的。

借助于根据本发明所述的热处理装置，具有一个或多个第一和/或第二区域的钢材，也有复杂的形状可以成本节约地赋予一个适当的温度廓线的成本，因为不同的区域可以带来必要的过程很快，具有锐利的界限温度。

根据本发明，根据本发明所述的热处理装置使设置几乎任何所需的第二区域的数量成为可能。在这个过程中，第二区域和其他区域不会奥氏体化并且，甚至压淬后，它们有和未处理钢材的原始强度值相似的较低的强度值。选定的部分区域的几何形状也可以自由选择。点状或线状区域以及大的表面区域，例如，可以创建。区域的定位是非物质的。第二区域可以被第一区域完全包围，或者处在钢材的边缘。甚至一块全表面处理也是可能的。钢件特殊方位相对于运行方向相是没有必要的。同时处理的钢件的数量是在受压淬工具或通过整个热处理装置的输送技术限制的。预处理形成的钢材同样是可能的。预成钢材的三维形表面为了创建反面只产生了更多设计工作。

此外，已经存在的热处理装置可以被适用是有益的。为此，在只有一个熔炉的常规热处理装置的情况下，所有要做的是在一个炉后安装处理站和第二熔炉。根据现有的熔炉的配置，它也可以分为这样一种方式，原来的炉被转换成第一熔炉和第二熔炉。

附图说明

额外的优点，本从属权利要求和在优选实施例中的表现产生的发明的特点和实际改进，参见以以下附图。

以下附图显示了：

图1具有第一区域和第二区域的钢材在热处理过程中的典型温度曲线，

图2根据本发明的一种热处理装置，一个顶部视图作为一个示意图，

图3根据本发明的另一种热处理装置，一个顶部视图作为一个示意图，

图4根据本发明的另一种热处理装置，一个顶部视图作为一个示意图，

图5根据本发明的一种热处理装置，一个顶部视图作为一个示意图，

图6根据本发明的另一种热处理装置，一个顶部视图作为一个示意图，

图7根据本发明的另一种热处理装置，一个顶部视图作为一个示意图，

附图标记列表

100 热处理装置

110 第一熔炉

130 第二熔炉

131 卸排站

150 处理站

152 点状红外辐射器

153 加热场

160 压淬工具

161 容器

200 钢材

210 第一区域

220 第二区域

D 主流线方向

Ms 马氏体转变开始温度

tB 处理温度

t₁₁₀ 第一熔炉内的保留时间

t₁₂₀ 钢材进入处理站的转移时间

T₁₂₁ 钢材进入第二熔炉的转移时间

T₁₃₀ 第二熔炉内的保留时间

T₁₃₁ 钢材进入压淬工具的转移时间

T₁₅₀ 处理站内的保留时间

T₁₆₀ 压淬工具内的保留时间

θ_S 冷却停止温度

θ₃ 第一熔炉的内部温度

θ₄ 第二熔炉的内部温度

θ_200，100 第一熔炉内钢材的温度曲线

θ_210，150 处理站内钢材的第一区域温度曲线

θ_220，150 处理站内钢材的第二区域温度曲线

θ_210，130 第二熔炉内钢材的第一区域温度曲线

θ_220，130 第二熔炉内钢材的第二区域温度曲线

θ_200，160 压淬工具内钢材的温度曲线。

具体实施方式

图1显示了具有第一区域210和第二区域220的钢材200借助于本发明所述的方法在热处理过程中的典型温度曲线。钢材200在第一熔炉110中加热到低于AC3温度的温度根据示意图绘制的温度曲线θ_200,110在第一熔炉内的保留时间t₁₁₀内。随后，在转移时间t₁₂₀期间钢材220转移到处理站150。在这个过程，钢材散热。在处理站内，钢材220的第二区域220迅速降温，第二区域220根据曲线θ_220,150降温。吹气过程结束于处理时间tB之后，仅几秒钟，根据钢材200的厚度和第二区域220的尺寸。在第一近似值中，在处理站150内，处理时间t_B等于保留时间t₁₅₀。第二区域220现在达到冷却停止温度θ_S。同时，在处理站150的第一区域210的温度根据绘制的曲线θ_210，150下降，第一区域210不在冷却装置的区域中。当处理时间t_B结束时，在转移时间t₁₂₁钢材200被转移到第二熔炉130，持续降温。在第二熔炉130，在保留时间t₁₃₀，钢材200的第一区域210的温度根据大致绘制的曲线θ_210，130降温，这就是说，钢材200的第一区域210的温度加热到AC3温度以上。在保留时间t₁₃₀，钢材200的第二区域220的温度也会根据绘制的温度曲线θ_220，130升高，不达到AC3温度。第二熔炉130有非特殊设备对多个区域210，220进行不同处理。只有一个熔融温度θ₄，也就是说，一基本上均匀的温度θ₄，设置在第二熔炉130的整个内部，所述温度超过奥氏体化温度AC3。因为第二熔炉130内的第二区域或其他区域在保留时间t₁₃₀开始阶段，比第一区域或其他区域有大量更低温度并且因为两区域都以同样的方式进行加热在第二熔炉130，在保留时间t130结束时它们会有不同的温度。钢材200在第二熔炉130的保留时间t₁₃₀的温度高于AC3温度，第二区域或其他区域没有及时达到AC3温度这一点上。

随后，在转移时间t₁₃₁钢材被转移到一个安装在压力机(未显示)上的压淬工具160。在转移时间t₁₃₁过程中，钢材200再次降温，这样第一区域或其他区域的温度也会降到AC3温度以下。但是这个区域或这些区域完全奥氏体化，当它们离开第二熔炉130时，这样在保留时间t₁₆₀期间它们在压淬工具160里被转换成一个硬马氏体结构。

单独区域210，220清晰的界限可以在两区域210，220之间获得，由于较小的温差，钢材200的翘曲最小化。钢材200的较小温差对压淬工具160的进一步加工有有利的影响。在第二熔炉130内的钢材200的必要保留时间t₁₃₀可以用过设置转移速度和第二熔炉130的尺寸长度实现钢材的长度功能。热处理装置100对周期时间的任何影响都最小化，甚至可以完全忽略。

图2是根据本发明所述的一种热处理装置100，90°放置。该热处理装置100有一个装载站101，通过它，钢材被送入第一熔炉110。另外，热处理装置100有处理站150和-设置在其主流动方向D后面的-第二熔炉130。继续主流动方向D往下，有一个装备有定位设备(未显示)的卸排站131。主流动方向现在旋转90度，以便压力机(未显示)中的一个压淬工具160紧随其后，在这里钢材200被压淬。在第一熔炉110和第二熔炉130的轴线方向，有一个容器161，可放置被拒绝的部分。在此布置下，第一熔炉110和第二熔炉120被优选作为连续熔炉，例如，辊底式炉。

图3是直线布置的一个热处理装置100。该热处理装置100具有装载站101，通过它，钢材被送入第一熔炉110。另外，热处理装置100具有处理站150和-设置在其主流动方向D后面的-第二熔炉。继续沿主线D方向，有一个装备有定位设备(未显示)的卸排站131。现在再次沿主流方向，紧接着是压力机内(未显示)的一个压淬工具160，在这里钢材200被压淬。旋转90°到卸排站131，里面有一个容器161，可放置被拒绝的部分。在这样的布置下，第一熔炉110和第二熔炉120可以设置作为连续熔炉，例如，辊底式炉。

图4是本发明所述的热处理装置100的另一种变体。热处理装置100，依次，具有一个装载站101，通过它，钢材被送入第一熔炉110。在此实施例中，第一熔炉110被优选设置作为一个连续熔炉。另外，所述热处理设备100具有一个处理站150，在此实施例中，与一个卸排站131结合。卸排站131可以具有，例如，一个夹持装置(未显示)。所述卸排站131利用夹持装置，例如，从第一熔炉100中移除钢材200。具有第二区域或其他区域220冷却的加热处理被实施，并且钢材或钢材200被放置在第二熔炉130内，所述第二熔炉130被设置为相对第一熔炉110的轴线旋转90°。在这个实施例中，第二熔炉130还提供一个箱式炉，例如几个炉室。在第二熔炉130内第二熔炉130的保留时间t₁₃₀结束后，钢材200通过卸排站131从第二熔炉130移出并放置在一个相反的压淬工具160内，所述相反的压淬工具160安装在压力机(未显示)内。为此，卸排站131可以有一个定位装置(未显示)。在第一熔炉110的轴线方向，卸排站131的后面，设置有容器161，可放置被拒绝的部分。在此实施例中，主流线方向D经90°旋转。在此实施例中，处理站150不需要第二定位系统。另外此实施例是有利的，如果在第一熔炉110的轴线方向没有足够的空间，例如，在生产大厅里。在此实施例中，钢材200的第二区域220的冷却过程也可以发生在卸排站131和第二熔炉130之间，这样就不需要一个固定的处理站150。一个冷却装置，例如，一个吹气喷嘴，集成至所述夹持设备中。卸排站131确保了钢材200从第一熔炉110运送至第二熔炉130并传到压淬工具160或容器161内。

在这个实施例中，压淬工具160和容器161的位置可以转换，参见图5。在这个实施例中，主流动方向D执行为基本上90°的两个变形。

图6所示的一种热处理装置，其设置所述热处理装置的空间受限于：与图4中相应的实施例比较，第二熔炉130已被移动至第一熔炉110上的第二平面。在这个实施例中，钢材200的第二区域220的冷却过程可以发生在卸排站131和第二熔炉130之间，这样就不需要一个固定的处理站150。再次，将第一熔炉110设置为连续熔炉以及第二熔炉设置为箱式炉，可想到地设置多几个熔炉，会有益处。

最终，图7为本发明所述的热处理装置的最后一个实施例。与图6所示的实施例对比，压淬工具160和容器161的位置已经被转换。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。