用於製造汽車元件的方法和車身構件的製作方法

2023-04-23 03:54:21

專利名稱：用於製造汽車元件的方法和車身構件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的、用於製造汽車元件的方法，該汽車元件包括至少一個由高強度鋼製成的、熱成形的且加壓淬火的構件。本發明還涉及一種根據權利要求14的車身構件，該車身構件尤其藉助本發明的方法製成。
背景技術：
DE 10 2005 054 847 B3公開了熱成形的且加壓淬火的構件，其在最終成型和在調節到鋼的高強度機械特性之後進行針對性熱處理。尤其對在碰撞情況下受到軸向載荷的結構構件和/或安全構件而言，按照上述方式製造的構件一方面應為高強度，另一方面應形成摺疊，從而針對性地消減能量。根據現有技術，熱處理通常在320°C和400°C之間的溫度範圍中進行並且幾乎不改變熱成形和加壓淬火過程中調節出的強度值，但卻同時提高了材料的延展性，從而在碰撞情況下形成摺疊。藉助現有技術中公開的方法可為多個批量生產過程完全符合目的地調節出希望的材料配置。

發明內容
因此，本發明的任務是提出一種用於製造汽車元件的方法，藉助該方法可大批量生產地在熱成形的且加壓淬火的構件中低成本地製造期望的材料組織。此外，本發明的任務還在於提出一種藉助這種方法製造的構件。本發明的任務藉助一種根據權利要求1的、用於製造汽車元件的方法解決。該任務的物體部分由根據權利要求15和/或權利要求16的車身構件(其尤其是藉助本發明的方法製造)解決。其它的實施方式是從屬要求的組成部分。本發明包括一種用於製造汽車元件的方法，該汽車元件包含至少一個由高強度鋼製成的、熱成形的且加壓淬火的構件，該汽車元件用作用於汽車的結構構件和/或安全構件，該方法包含下述方法步驟在汽車元件的區域中進行局部熱處理，其中首先將這些區域加熱到處於在500°C和900°C之間、優選在550°C和800°C之間、尤其是在700°C和800°C之間的溫度範圍內的加熱溫度；在保持時間上保持加熱溫度；在至少一個階段中冷卻加熱溫度。本發明方法的優點在於可以針對性並且工藝安全地製造汽車元件中希望的材料特性。藉助熱成形和加壓淬火製造的構件具有硬而脆的結構。通過藉助本發明方法在奧氏體化溫度之下進行的局部熱處理使得構件在熱處理的區域發生材料組織的轉變，從而在此出現傾向於可更加延展的材料組織。在本發明的範疇中，加熱開始於一個初始溫度，構件在加壓淬火之後具有該初始溫度。初始溫度在此例如可以是環境溫度。但是加熱的初始溫度始終小於馬氏體初始溫度(MS)、優選低於200°C。通過加熱到或將加熱溫度保持在500°C和900°C之間的溫度範圍中在針對性熱處理的區域中(例如在進行了根據本發明的熱處理的接合法蘭或凹口的邊緣位置上)產生特別有利的應力消減。例如在作為結構構件或安全構件用於自支持的車身中的汽車元件上，熱處理的區域特別有利地影響汽車元件的使用區域中的車身的碰撞特性。如果將接合法蘭形式的區域藉助本發明的方法進行了熱處理，則該接合法蘭在事故情況下不會趨於裂開或斷裂或形成裂紋並且由此固住周圍的結構構件或安全構件。恰恰在考慮到乘客車廂時這特別有利地保護乘客。接合法蘭在本發明的範疇中理解成用於連接另一構件或結構組件的法蘭區域。在此，可以通過粘接、鉚接、熔焊、釺焊或相似的耦合過程來形成該連接。另一優點形成於在事故情況下發生希望的變形的區域中。這種變形設置用於將能量導入車身中以進行消減，從而汽車乘客的碰撞安全性得以提高。另一應用情況例如是單個區域的針對性的變形，由此有可能進行特別有利的事故維修。在此藉助本發明的方法進行了熱處理的區域可以在碰撞情況下如此發生變形，從而實現針對性的摺疊和因此針對性的能量吸收。此外，熱處理的區域很少趨於形成裂紋，這是因為其組織相對於熱成形且加壓淬火的、硬而脆的組織更具有延展性。本發明的方法適合大規模地、特別工藝安全地製造希望的材料特性。由此可以大大避免製造公差形式的製造偏離，從而例如在通過針對性的CAD計算設計出的、具有特別碰撞點的車身的應用情況下，通過使用藉助本發明的方法製造的汽車元件確保高製造精度。在一種優選的實施方式中，局部熱處理在構件的接合法蘭上進行。由此產生這樣的優點，即接合法蘭具有延展性的材料特性。在藉助熱接合的材料鎖合的情況下，在接合方法的熱影響區中發生組織轉變。構件的延展性區段在此特別有利地影響熔焊過程和在熔焊過程之後在熱影響區出現的材料組織。這些材料組織通過藉助本發明的方法進行的局部熱處理也轉變成延展性的材料組織區域。這在汽車事故情況下又特別有利地影響連接的焊縫的耐久性。在本發明的範疇中焊縫可以理解為所有藉助熱接合產生的焊縫。在此，例如可以是連續的縱向焊接，但也可以是點式焊接或間斷的焊縫。在另一種優選的實施方式中，局部熱處理在構件的凹口上進行。這些凹口例如出於重量優化的原因、但也可出於穿過其它元件、例如換檔杆或電纜束或類似物的原因存在於構件中。在此，恰恰在凹口區域中及凹口的端部區域中在碰撞情況下可能形成可能在整個構件上延伸的裂紋。通過減小表面應力在該區域中產生延展性的材料組織。這防止形成裂紋並且由此可以防止構件的輕易的不希望的變形。還可以通過彎曲交變應力來特別有利地影響負荷，該彎曲交變應力例如通過車身扭轉或其它行駛影響如發動機震動或類似因素傳導到車身中。恰恰是對汽車車身的耐用性而言，通過減小凹口的端部區域中的表面應力的特別有利的效果可以藉助本發明方法進行的局部熱處理實現。在另一種特別優選的實施方式中，汽車元件由至少兩個構件通過耦合製成，並且在耦合部位上實施熱處理。所述至少兩個構件在此可以是至少兩個熱成形且加壓淬火的構件。但也可僅為一個熱成形且加壓淬火的構件，該構件與通過傳統的製造過程或金屬薄板加工過程製成的第二構件耦合。在此特別有利的是所述熱成形且加壓淬火的構件具有上述已經提到的、同樣有利的本發明的效果。此外，藉助本發明的方法處理耦合部位也特別有利地影響其承載性和耐久性。在通過熱接合實現的耦合區域中在焊縫中產生熱影響區，該熱影響區又引起組織轉變。考慮到製造的耦合過程，例如通過保護氣體焊接、雷射焊接、點焊、滾焊縫焊接或類似焊接，產生各種不同的材料特性，部分材料特性也帶來不希望的負面效果。但是出於大規模生產的經濟原因，相應應用的焊接過程的優點是大於缺點的。但這些缺點可以藉助本發明的方法在大規模生產中以低成本的方式被消除。由此焊縫的熱處理特別有利地影響其耐久性、抗腐蝕性和變形能力。優選在直至30秒、優選直至20秒、特別優選直至10秒、尤其直至5秒的時間段內實施加熱。在此，根據本發明的方法加熱可以關於時間以遞增、線性或遞減式的溫度升高進行。為了達到加熱溫度，短的加熱階段結合接下來的保持階段特別有利地影響局部熱處理的工藝安全性，在保持階段中在保持時間中保持加熱溫度。優選保持時間處在直至30秒的時間段中。優選保持時間處在直至20秒、特別優選直至10秒、尤其直至5秒的時間段中。通過在恆溫下、僅通過保持時間的長短影響的針對性的材料組織轉變可以在本發明的範疇中特別工藝安全地進行調質過程。在此，在保持時間中基本上保持所達到的加熱溫度。在本發明的範疇中也可設想保持時間期間的溫度升高或溫度降低，其與加熱溫度的溫差最大可達100°C。另一個由短的加熱時間段和保持時間帶來的優點在於大大避免了熱傳導形式的熱交換。此外，本發明的方法還可以特別有利地結合到現有的、具有熱變形步驟和其它接下來的製造步驟的生產過程的周期中。在此該周期可以處於一個在5秒和30秒之間、優選在 10秒和15秒之間的時間段中。加熱和保持的方法步驟在此可以在唯一的裝置中進行，該裝置也用於熱成形和加壓淬火構件。但是也可以將構件在熱成形和加壓淬火之後放入一單獨的裝置中，在其中進行加熱和加熱溫度的保持。加熱和溫度的保持本身可以通過例如電感加熱或類似的加熱可能性(其根據應用情況可用於結合到生產過程中)實施。在本發明的另一種優選的實施方式中，以至少兩個階段實施冷卻，在本發明的範疇中，兩個冷卻階段可以基本上一樣長。特別優選第一冷卻階段比第二冷卻階段持續更長的時間。在此冷卻階段可以在唯一的裝置中進行或者在熱處理的裝置中或者在單獨的冷卻容器中進行。在本發明的範疇中也可設想將所述至少兩個不同的冷卻階段在兩個單獨的冷卻容器中進行。通過本發明熱處理的冷卻過程的多階段性使得能夠特別工藝安全地、成本效率地且以高精度在局部熱處理的區域中進行希望的組織轉變階段和由此獲得希望的材料特性。 還可能的是，通過冷卻的多階段性這樣地將冷卻過程結合到待製造構件的連續的生產中， 使得該冷卻過程在大的範圍中調節到與之前和之後進行的加工步驟的周期相適應，並且不會在質量上對可達到的組織轉變產生不利的影響。在一種優選的實施變型方案中，在直至120秒、優選直至60秒的時間段中實施第二冷卻階段。在另一種優選的實施變型方案中，通過冷卻的第一階段將汽車元件冷卻到 200°C和900°C之間、優選在300°C和800°C之間、尤其是在500°C和700°C之間的溫度。
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在第二階段中將汽車元件冷卻到目標溫度。該目標溫度在本發明的範圍中低於 200°C。從低於200°C的構件溫度起不再出現熱引起的構件扭曲，這種構件扭曲不利地影響該方法的工藝安全。但是在本發明的範疇中還可以設想一直冷卻到室溫。在本發明的範疇中，溫差的冷卻曲線或者說溫度-冷卻時間分布曲線在此既可以遞增、線性、也可以是遞減地延伸。由此產生的優點在於，在達到第一冷卻溫度之後基本上不再發生構件扭曲。在本發明的方法的另一種優選的實施變型方案中，加熱到加熱溫度藉助電感和/ 或紅外加熱實施。本發明的範疇中，紅外加熱可以例如理解為紅外發射器，其能夠進行燈加熱。結合整個方法產生這樣的優點，即可以對極小的局部區域實施熱處理，這些區域具有清楚定義的邊界區域。熱成形且加壓淬火的、沒有實施熱處理的區域和局部熱處理的區域之間的過渡區域藉助本發明的方法可以優選為100毫米以下，特別優選小於50毫米並且尤其是在1和20毫米之間。由此可以針對性地對小的、邊緣清晰的區域進行局部熱處理。本發明的物體部分的任務通過一種車身構件解決，該車身構件尤其根據權利要求 1至14之一所述的方法製成。車身構件作為用於汽車的結構構件或安全構件藉助熱成形和加壓淬火製成並且其特徵在於，對接合法蘭和/或耦合部位局部地以多個步驟實施熱處理。這樣製造的車身構件尤其具有這樣的優點，即在碰撞情況下可以以希望的方式發生變形。這種對於構件特定的規定的變形特性例如可以通過形成摺疊構成。此外，接合法蘭和/或耦合部位通過本發明的熱處理而構成為更能延展的，使得其在事故情況下更趨於變形而不是斷裂。在本發明的範疇中車身構件可以是A柱、B柱、C柱、D柱、保險槓、衝撞盒、前縱梁、 後縱梁、通道例如傳動軸通道的形式、梁、橫梁、椅座橫梁、腳踏板、頂蓋橫梁、車廂底板、側板、車門、後蓋板、發動機罩、頂蓋或具有不同附件的儀表支架。汽車的其它金屬薄板構件也可以看作車身構件。此外，本發明的物體方面的任務還通過一種車身構件解決，該車身構件尤其是按照根據權利要求1至14之一的方法製成的。車身構件作為用於汽車的結構構件或安全構件藉助熱成形和加壓淬火製成並且其特徵在於，與碰撞相關的構件區域局部地以多個步驟實施熱處理。碰撞相關的構件區域例如可以理解為A柱、B柱或C柱的連接區域，或門檻與橫梁或縱梁的連接區域。總之，在本發明的範疇中碰撞相關的構件區域指的是汽車碰撞時承受特別負荷的構件區域。在此是指例如以兩個部件的耦合為特點的連接區域或過渡區域，例如車身中門洞的半徑或類似區域，在汽車碰撞情況下對這些區域的變形性和堅固性的要求
很1 。在藉助本發明的方法實施熱處理的縱梁的情況下可以提供這樣的區域，其在汽車碰撞情況下按要求地變形。這種變形例如可以以摺疊或疊入(Einfalten)的方式進行。本發明其它的優點、特徵和特點由下面藉助於示意圖對優選實施方式的說明得出。它們用於簡化對本發明的理解。


附圖示出
圖1示出了熱處理的各個步驟的不同的時間-溫度分布曲線；圖2A柱的透視圖；圖3車架通道的透視圖；圖4由兩個彼此耦合的構件構成的汽車元件；圖5由多個構件構成的儀表支架；和圖6具有不同附件的保險槓構成。
具體實施例方式在附圖中為相同或相似部件使用了同一附圖標記，其中即使出於簡化的原因而省略重複的說明，也會實現相應或相同的優點。圖Ia示出了時間-溫度分布曲線，包含根據本發明的時間段加熱時間(tl)、保持時間(t2)、第一階段冷卻時間(t3)和第二階段冷卻時間(t4)。此外，在溫度的軸線上還示出了加熱溫度(Tl)和第一冷卻溫度(T2)。從熱成形的且加壓淬火的、基本上處於低於200°C溫度的汽車元件出發，該汽車元件在加熱時間內被加熱到加熱溫度(Tl)。在初始溫度低於200°C但高於室溫的情況下，在本發明的範疇中熱成形和加壓淬火過程的剩餘熱能用於局部熱處理。加熱具有關於時間的線性的溫度升高。在加熱時間(tl)結束之後在保持時間 (t2)內將加熱溫度(Tl)保持。加熱溫度(Tl)在整個保持時間(U)上基本上保持恆定。 雖然在此未示出溫度升高或溫降低形式的溫度波動，但是在本發明的範疇中出於希望的材料組織轉變的原因或者出於生產期間的成本原因在保持時間(U)期間可能會發生溫度波動。在保持時間(t2)結束之後，首先冷卻到冷卻溫度(T2)。在此溫度曲線在第一階段冷卻時間(t3)上線性降低到冷卻溫度(T2)。冷卻溫度(T2)在此可以處於100°C和加熱溫度(Tl)之間的範圍中。在接下來的第二冷卻步驟中在第二階段冷卻時間(t4)中進行另一線性降溫。在此溫度可以基本上降低到室溫，但也可降低到希望的、在此未進一步示出的目標溫度。在本發明的範疇中還可想到進行在此未進一步示出的另外的降溫過程。圖Ib示出了熱處理的關於時間的基本上近似的階梯型分布(Maffelimg)，其與圖Ia的區別在於加熱時間(tl)期間的溫度升高具有遞增的曲線並且在時間(t3、t4)上的第一和第二階段期間的降溫分別具有遞減的曲線。圖Ic為圖Ia和Ib的補充，其示出了溫度曲線在加熱時間(tl)期間具有遞減的曲線，而在時間(t3、t4)上的各個冷卻階段期間分別具有遞增的降溫曲線。在本發明的範疇中還可以想到以遞增、線性和遞減曲線的混合形式的時間-溫度分布曲線並且還實現保持時間(t2)期間的具有遞增、遞減或線性曲線的溫度變化。圖2示出了在此未進一步示出的汽車車身的A柱2形式的汽車元件1。A柱2在其相應的側面2a、2b具有接合法蘭3，藉助本發明的方法對接合法蘭實施熱處理。因此A柱 2通過其中間的型材件4具有高強度和高硬度，其確保在碰撞情況下保護乘客車廂，並且型材件在其接合法蘭3中相對於中間型材件更加具有延展性的材料特性，使得連接到接合法蘭上的、在此未進一步示出的元件與A柱2保持連接並且在通過接合法蘭3標出的耦合部位上不發生斷裂。圖3示出了傳動軸通道5形式的汽車元件1。傳動軸通道5具有凹口 6並且在兩側fejb具有接合法蘭3並且具有中間的型材件4。在此可以藉助本發明的方法對凹口 6 的端部區域7以及接合法蘭3實施熱處理。在汽車碰撞情況下由於對凹口 6的端部區域7 的熱處理可以有利地避免形成裂紋，這種裂紋將對汽車元件(在此為傳動軸通道幻的變形特性產生不利的影響。圖4示出了包含兩個耦合的構件8、9的汽車元件1。在所示的實施變型方案中設置有一個相對於圖平面在上方的構件8、一個熱變形的且加壓淬火的構件和一個相對於圖平面在下方的構件9，一個以傳統的變形方法製造的構件。兩個構件8、9在耦合部位10中彼此連接。耦合部位10在連接過程之後藉助本發明的方法實施熱處理。圖5示出了由多個單個構件12組合而成的儀表支架11。在此這些單個構件12通過耦合部位彼此耦合。圖6示出了具有兩個衝撞盒14以及連接到衝撞盒上的保持板15的保險槓13。保險槓13通過熱接合與衝撞盒14在耦合部位10上耦合。附圖標記清單1 汽車元件2 A 柱2a 2 的一側2b 2 的一側3接合法蘭4 中間型材件5傳動軸通道5a傳動軸通道的一側5b傳動軸通道的一側6 凹口7端部區域8上部的構件9下部的構件10耦合部位11儀表支架12單個構件13保險槓14衝撞盒15保持板tl加熱時間t2保持時間t3第一階段冷卻時間t4第二階段冷卻時間Tl加熱溫度
T2第一階段冷卻溫度
權利要求
1.用於製造汽車元件(1)的方法，該汽車元件包含至少一個由高強度鋼製成的、熱成形的且加壓淬火的構件(8、9)，該汽車元件(1)用作用於汽車的結構構件和/或安全構件， 包含下述方法步驟在汽車元件(1)的多個區域中進行局部的熱處理，其中首先將這些區域加熱到處於在 500 V和900 V之間、優選在550 V和800 V之間、尤其是在700 V和800 V之間的溫度範圍內的加熱溫度(Tl)；在保持時間(t2)上保持加熱溫度(Tl)； 在至少一個階段中冷卻加熱溫度(Tl)。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在構件(8、9)的接合法蘭(3)上實施局部的熱處理。
3.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，在構件(8、9)的凹口(6)上實施局部的熱處理。
4.根據權利要求1至3之一的方法，其特徵在於，所述汽車元件(1)由構件(8、9)通過耦合製成，並且在耦合部位(10)上實施熱處理。
5.根據權利要求4的方法，其特徵在於，通過熱接合形成所述耦合。
6.根據權利要求1至5之一的方法，其特徵在於，在直至30秒、優選直至20秒、特別優選直至10秒、尤其是直至5秒的時間段(tl)中實施所述加熱。
7.根據權利要求1至6之一的方法，其特徵在於，在直至30秒、優選直至20秒、特別優選直至10秒、尤其是直至5秒的時間段中實施所述保持時間(t2)。
8.根據權利要求1至7之一的方法，其特徵在於，在至少兩個階段實施所述冷卻。
9.根據權利要求8的方法，其特徵在於，所述第一階段的冷卻時間(U)比第二階段的冷卻時間(t4)持續更長時間。
10.根據權利要求8或9的方法，其特徵在於，在直至120秒、優選直至60秒的時間段 (t4)中實施第二階段。
11.根據權利要求1至10之一的方法，其特徵在於，所述構件(8、9)通過第一冷卻階段 (t3)冷卻到在200°C到900°C之間、優選在300°C和800°C之間、尤其在500°C和700°C之間的溫度(T2)。
12.根據權利要求1至11之一的方法，其特徵在於，通過電感加熱來達到加熱溫度 (Tl)。
13.根據權利要求1至12之一的方法，其特徵在於，通過紅外加熱來達到加熱溫度 (Tl)。
14.車身構件、尤其是根據上述權利要求1至13之一的方法製成的車身構件，所述車身構件作為用於汽車的結構構件和/或安全構件藉助熱成形和加壓淬火製成，其特徵在於， 對接合法蘭C3)和/或耦合部位(10)局部地在多個步驟中被熱處理。
15.車身構件、尤其是根據上述權利要求1至13之一的方法製成的車身構件，所述車身構件作為用於汽車的結構構件和/或安全構件藉助熱成形和加壓淬火製成，其特徵在於， 與碰撞相關的構件區域局部地在多個步驟中被熱處理。
全文摘要
本發明涉及一種用於製造汽車元件(1)的方法，該汽車元件包含至少一個由高強度鋼製成的、熱成形的且加壓淬火的構件(8、9)，該汽車元件(1)用作用於汽車的結構構件和/或安全構件，包含下述方法步驟在汽車元件(1)的區域中進行局部的熱處理，其中首先將這些區域加熱到處於在500℃和900℃之間、優選在550℃和800℃之間、尤其是在700℃和800℃之間的溫度範圍內的加熱溫度(T1)；在保持時間(t2)上保持加熱溫度(T1)；通過至少一個階段冷卻加熱溫度(T1)。本發明還涉及一種根據本發明的方法製成的車身構件，所述車身構件作為用於汽車的結構構件和/或安全構件藉助熱成形和加壓淬火製成，接合法蘭(3)和/或耦合部位局部地通過多個步驟被熱處理。
文檔編號C21D9/00GK102199699SQ201010581779
公開日2011年9月28日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年3月25日
發明者C·漢丁, M·佩爾曼, M·施勒特爾, M·波爾, O·布施西韋克, S·阿德爾貝特 申請人:本特勒爾汽車技術有限公司