車輛部件和生產(chǎn)車輛部件的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)車輛部件的方法，尤其涉及生產(chǎn)機(jī)動(dòng)車輛部件的方法，特別涉及用于生產(chǎn)中立柱的方法，該方法包括：提供第一鋁合金；執(zhí)行第一鋁合金的熱處理以便增加第一鋁合金的延展性；提供第二鋁合金；執(zhí)行第二鋁合金的熱處理，第一鋁合金的熱處理與第二鋁合金的熱處理不同；將經(jīng)熱處理的第一鋁合金與經(jīng)熱處理的第二鋁合金焊接在一起，以便獲得組合零件；將組合零件成形為機(jī)動(dòng)車輛部件。機(jī)動(dòng)車輛部件的包括第一鋁合金的子區(qū)域可被設(shè)計(jì)成當(dāng)由于事故而施加作用力時(shí)的預(yù)定變形區(qū)域，以便由此實(shí)現(xiàn)特別良好的剛性區(qū)域和可變形區(qū)域的組合，例如該剛性區(qū)域用于形成安全空間，該可變形區(qū)域形成緩沖區(qū)以吸收能量。
【專利說明】車輛部件和生產(chǎn)車輛部件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛部件，尤其兩塊焊接在一起的鋁合金的機(jī)動(dòng)車輛部件，特別中立柱(B-pillar)，以及涉及生產(chǎn)該部件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)動(dòng)車輛的車輛支撐柱將機(jī)動(dòng)車輛的車頂區(qū)(車頂和內(nèi)體側(cè)的嵌板)連接到下車身結(jié)構(gòu)。在涉及翻車的事故的情況下，支撐柱可以起到防止垂直變形以使車廂變得穩(wěn)固的救生作用。此外，它們還具有吸收側(cè)面碰撞中的作用力從而使車輛的成員保持安然無恙的功能。
[0003]車輛支撐柱將通過從前至后連續(xù)的字母來標(biāo)示。例如，中立柱(B-pillar)代表車廂中部的位于車輛底部和車輛頂部之間的連接元件。如今，在車身構(gòu)造中，通常在中立柱中使用加壓硬化型調(diào)質(zhì)硼鋼(press hardened quenched and tempered boron steel)(例如22MnB5)。因此，支撐柱的上部被設(shè)計(jì)成具有避免中立柱在內(nèi)部空間中穿透的強(qiáng)度，而下部大體上呈現(xiàn)出降低的強(qiáng)度，但相應(yīng)地，對延展性提出了更高的要求。這將通過對支撐柱的下部部分地進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理來實(shí)現(xiàn)?？赏ㄟ^在下部中的變形鍛制的方式建立的材料特性允許在側(cè)面碰撞期間減少中立柱吸收的能量，從而使支撐柱的上部能夠經(jīng)受住能量。
[0004]在現(xiàn)代的輕量化結(jié)構(gòu)的嘗試中，將日益采用輕金屬，特別采用基于鋁的合金來制造機(jī)動(dòng)車輛車身以及裝飾件。為了確保所需的機(jī)動(dòng)車輛的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，優(yōu)選使用高強(qiáng)度或更高強(qiáng)度的合金，尤其使用AA7XXX合金系列的鋁合金。這種合金尤其具有良好的強(qiáng)度，從而向使用這種金屬制造的汽 車賦予了所需的靜態(tài)強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度。不利的是，這種合金呈現(xiàn)出弱的延展性且由此具有不佳的可變形性。于是，這種機(jī)動(dòng)車輛部件的制造變得復(fù)雜，這是因?yàn)槔缭谏罾?deep-drawing)中，由于低的延展性,需要大量的拉延步驟。而且，由于不佳的延展性和可變形性，具有這種部件的機(jī)動(dòng)車輛的碰撞性能通常不是最佳的，其原因在于，在事故施加作用力的情況下，由于部件的低變形，所以只能吸收非常小的能量。
[0005]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種車輛部件，尤其提供一種中立柱，其能夠分別通過高強(qiáng)度或更高強(qiáng)度的鋁合金來實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車輛的制造，并同時(shí)地展示出良好的碰撞特性。此外，本發(fā)明的目的還在于提供一種用于生產(chǎn)這種車輛部件的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]將通過包括下列步驟的方法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的:
[0007]a)提供第一鋁合金(11)；
[0008]b)執(zhí)行所述第一鋁合金(11)的熱處理，以便增加所述第一鋁合金(11)的延展性；
[0009]c)提供第二鋁合金(12);
[0010]d)執(zhí)行所述第二鋁合金(12)的熱處理，所述第一鋁合金(11)的熱處理與所述第二鋁合金(12)的熱處理不同；[0011]e)將經(jīng)熱處理的所述第一鋁合金(11)與經(jīng)熱處理的所述第二鋁合金(12)焊接在一起，以便獲得組合零件(10);以及
[0012]f)將所述組合零件(10)成形為所述機(jī)動(dòng)車輛部件(20)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，對于鋁合金，理解成其主要成分是鋁的合金。對于第二鋁合金，理解成其組分大體上與第一鋁合金的組分相對應(yīng)，由于對于鋁合金，其化學(xué)組分相對于第一鋁合金的組分來說以重量計(jì)每種成分最大相差0.5%。
[0014]在根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)機(jī)動(dòng)車輛部件的方法中，機(jī)動(dòng)車輛部件的至少包含第一鋁合金的子區(qū)域?qū)⒔?jīng)過熱處理(回火)以便增加延展性。以這種方式，在部件的生產(chǎn)中，可以確保所期望的可變形性，并且也可以改善部件的碰撞特性。通過增加延展性，在碰撞的情況下，可以獲得更高的變形度，使得結(jié)構(gòu)性部件可以吸收更多能量。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，第一鋁合金和第二鋁合金采用不同的熱處理，這些熱處理優(yōu)選地分別引起T6或T7的硬度。以這種方式，可以局部地優(yōu)化部件的機(jī)械特性，使得例如中立柱可以具有特別可延展的預(yù)定變形區(qū)域和特別剛性的安全區(qū)域。由此，可根據(jù)部件的每個(gè)所期望的碰撞特性調(diào)整各個(gè)區(qū)域的位置，使得基于這些結(jié)構(gòu)性部件，可以生產(chǎn)如下機(jī)動(dòng)車輛，其具有低的總重以及具有特別的剛性且由此具有穩(wěn)定安全的空間，以及具有特別好的可變形性的并由此吸收能量的碰撞區(qū)域。有哪次，優(yōu)選的是，對第二鋁合金的熱處理不是為了增加延展性而是為了增加強(qiáng)度。
[0016]在成形機(jī)動(dòng)車輛部件之前執(zhí)行兩次熱處理。以這種方式，將促進(jìn)了成形過程，例如，在深拉延中，可以省略大量的深拉延步驟。
[0017]優(yōu)選地，將兩塊鋁合金焊接在一起的步驟是通過攪拌摩擦焊接(FSW)或激光束焊接來完成的。
[0018]將組合零件進(jìn)行成形為機(jī)動(dòng)車輛部件的`步驟是通過使用已知的也用于常規(guī)機(jī)動(dòng)車輛部件的方法來實(shí)現(xiàn)的。如果根據(jù)本發(fā)明的機(jī)動(dòng)車輛部件是中立柱，那么，例如可以從具有平切的鑄塊的形式的組合零件開始生產(chǎn)。該鑄塊被切割以使得它呈現(xiàn)出矩形和梯形的形式，并彼此靠著放置。以這種方式，通過例如液壓成形方式，獲得喇叭狀的管部，通過該喇叭狀的管部來生產(chǎn)中立柱，換言之，在水壓的作用下，該管部的管壁緊靠著成形的零件或模具被壓制。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，合適的是，第一鋁合金和第二鋁合金中每者采用高強(qiáng)度或更高強(qiáng)度的合金，尤其是AA7XXX系列鋁合金(這里的鋁合金的命名是鋁業(yè)協(xié)會(huì)(AA)根據(jù)"International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for WroughtAluminum and Wrought Aluminum Alloys"的登記號(hào))。在非熱處理的狀態(tài)，這種合金具有特別高的剛性，使得由這種結(jié)構(gòu)性部件制成的機(jī)動(dòng)車輛具有所需的靜態(tài)剛性和動(dòng)態(tài)剛性，熱處理同時(shí)保證了良好的材料可加工性以及良好的碰撞性能。在大約8-10%的延伸率的情況下，可利用這些合金獲得Rpa2>500MPa的強(qiáng)度。
[0020]在優(yōu)選的實(shí)施例中，兩塊AA7xxx系鋁合金尤其優(yōu)選的是從由AA7055系列合金、AA7081系列合金、AA7181系列合金、AA7085系列合金、AA7185系列合金組成的群組中選擇的招合金。
[0021]在優(yōu)選的實(shí)施例中，兩塊AA7XXX系列鋁合金彼此獨(dú)立地具有以重量百分比的化學(xué)組分:[0022]Zn:6.9-8.4，尤其是 6.9-7.8 ；
[0023]Mg:1.2-2.4，尤其 1.4-2.1 ；
[0024]Cn:1.3-2.6 ；
[0025]Mn:<0.3 ；
[0026]Cr 或 Zr:0.05-0.25 ；
[0027]Si:<0.3，尤其 0.1-0.25 ；
[0028]Fe:<0.35，尤其 0.1-0.25 ；
[0029]Ti:<0.1 ；
[0030]其它元素:每種均〈0.05，且總計(jì)〈0.2 ；以及
[0031]其它:招。
[0032]特別優(yōu)選地，鋁合金以重量計(jì)包含0.04-0.25%，尤其是0.07-0.18%的鋯。此外，特別優(yōu)選的是，每塊鋁合金以重量計(jì)地包含1.4 - 1.8%的銅。這些鋁合金表現(xiàn)出RpQ.2>500MPa的強(qiáng)度，尤其是在大于530MPa的強(qiáng)度。金屬板的優(yōu)選厚度處于0.5mm和3.5mm之間的范圍內(nèi)。
[0033]已知的是，7xxx系列鋁合金以重量計(jì)可以包含多達(dá)0.05%的Ca、多達(dá)0.05%的Sr和多達(dá)0.004%的Be。傳統(tǒng)地，鈹被用作抗氧化劑，且也可以被添加到根據(jù)本發(fā)明的鋁合金中。然而，鈹是高毒性的。因而，由于環(huán)境保護(hù)和健康保護(hù)的原因，優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明使用的鋁合金大體上不含有鈹。然而，低總量的鈣或鍶可被單獨(dú)地或混合地被添加到鋁合金中，以便實(shí)現(xiàn)與鈹相同的功能。優(yōu)選地，兩塊鋁合金中的每一塊含有IOppm到IOOppm的鈣。
[0034]此外，本發(fā)明還涉及機(jī)動(dòng)車輛部件，尤其涉及中立柱，其可通過根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行生產(chǎn)。如已陳述，材料特性的局部優(yōu)化可以通過結(jié)構(gòu)性部件的兩個(gè)不同的熱處理的方式來獲得。這里，特別合適的是，機(jī)動(dòng)車輛部件的包括第一鋁合金的子區(qū)域被設(shè)計(jì)成在由于事故而施加作用力時(shí)的預(yù)定變形區(qū)域，以便由此實(shí)現(xiàn)特別良好的剛性區(qū)域和可變形區(qū)域，該剛性區(qū)域例如用于形成安全空間，該可變形區(qū)域形成用于吸收能量的緩沖區(qū)。
[0035]通過利用根據(jù)本發(fā)明的鋁合金，與使用鋼材的方法相比，根據(jù)本發(fā)明的機(jī)動(dòng)車輛部件提供大約40%的重量潛力。如果該機(jī)動(dòng)車輛部件是中立柱，那么，這相當(dāng)于每輛車節(jié)省了 10至13kg的重量。
[0036]為了滿足機(jī)動(dòng)車輛的部件的不同需求，本發(fā)明針對兩塊鋁合金使用不同的回火(老化的狀態(tài))。這里，對初始板的材料特性進(jìn)行優(yōu)化，使得在成形(尤其W-回火成形)以及后續(xù)的陰極浸涂(cathodic dip painting,KTL)和/或涂裝之后的結(jié)構(gòu)性部件呈現(xiàn)出所需特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 在下文中，本發(fā)明以及本發(fā)明的實(shí)施例將通過附圖進(jìn)行詳細(xì)的說明，且不受到附圖的限制。
[0038]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的示意圖。
[0039]圖2圖示地表示了將根據(jù)本發(fā)明的組合零件成形為中立柱。
【具體實(shí)施方式】[0040]圖1圖示地表示了根據(jù)本發(fā)明的方法的操作。在實(shí)施例中，在步驟a)中，提供由AA7081系列合金制成的板，作為第一鋁合金。為了增加第一鋁合金的延展性，在步驟b)中，對第一鋁合金執(zhí)行優(yōu)選來自熱處理T73、T74、T76、T77、T78或Τ79的群組之中的Τ6或Τ7熱處理，特別優(yōu)選地執(zhí)行Τ73熱處理。在步驟c)中，提供由合金制成的板，作為第二鋁合金，其同樣屬于ΑΑ7081系列。為了增加第二鋁合金的強(qiáng)度，在步驟d)中，對第二鋁合金執(zhí)行優(yōu)選來自熱處理T73、T74、T76、T77、T78或T79的群組之中的另一 T6或T7熱處理，然而，第二鋁合金的熱處理不同于第一鋁合金的熱處理，且如果第一鋁合金的熱處理是T73熱處理，則第二鋁合金的熱處理優(yōu)選為T76熱處理，反之亦然。隨后，在步驟e)中，通過攪拌摩擦焊接(friction stir welding, FSff)的方式,將熱處理過的第一招合金和熱處理過的第二鋁合金焊接在一起，以獲得組合零件。在步驟f)中，將組合零件成形為喇叭狀的管部，以液壓成形(hydroforming)的方式,通過該喇卩入狀的管部來生產(chǎn)中立柱。
[0041]圖2詳細(xì)地表示了根據(jù)本發(fā)明的將組合零件成形為中立柱的過程。板形式的組合零件10包括第一鋁合金11和第二鋁合金12。該兩塊鋁合金在方法步驟b)和d)中已經(jīng)經(jīng)過熱處理并在方法步驟e)中通過焊縫13的方式被結(jié)合在一起。在成形步驟f )中通過液壓成形來具有中立柱形式的機(jī)動(dòng)車輛部件20。由于來自第一鋁合金11的子區(qū)域的延展性的增加，在由于事故而施加作用力的情況下，該子區(qū)域?qū)@得特別良好的變形特性。因此，來自第一鋁合金11的區(qū)域被設(shè)計(jì)成預(yù)定變形區(qū)域，其可以在碰撞中發(fā)生變形，并因此吸收大量能量。然而，來自第二鋁合金12的子區(qū)域具有高的剛性。因而，當(dāng)由于事故而施加作用力時(shí)，在中立柱的這個(gè)子區(qū)域不存在顯著的變形。因此，這個(gè)剛性的子區(qū)域有助于車廂的安全。
[0042]應(yīng)當(dāng)理解的是，除了說明的中立柱，這里闡述的方法還可以適用于其他機(jī)動(dòng)車輛部件。尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)部零件、機(jī)動(dòng)車輛管道、所有的前部縱向構(gòu)件、側(cè)圍、側(cè)面保護(hù)結(jié)構(gòu)性零件、保險(xiǎn)杠彎曲元件、座椅橫向構(gòu)件、車頂框架、車頂橫梁、后面板橫向元件、儀表板橫向元件、以及后面板本身。
[0043]總的來說，通過使用這些零件，由于鋁的使用而可被制造出特別輕量的機(jī)動(dòng)車輛，同時(shí)機(jī)動(dòng)車輛還表現(xiàn)出對延展性(由于該延展性，在碰撞的情況下能夠吸收能量)與剛性的局部優(yōu)化組合。
[0044]附圖標(biāo)記的列表
[0045]10:組合零件
[0046]11:第一鋁合金
[0047]12:第二鋁合金
[0048]13:焊縫
[0049]20:車輛部件
【權(quán)利要求】
1.一種生產(chǎn)車輛部件的方法，尤其一種生產(chǎn)機(jī)動(dòng)車輛部件(20)的方法，其包括下列步驟: a)提供第一招合金(11)； b)執(zhí)行所述第一鋁合金(11)的熱處理，以便增加所述第一鋁合金(11)的延展性； c)提供第二鋁合金(12)； d)執(zhí)行所述第二鋁合金(12)的熱處理，所述第一鋁合金(11)的熱處理與所述第二鋁合金(12)的熱處理不同； e)將經(jīng)熱處理的所述第一鋁合金(11)與經(jīng)熱處理的所述第二鋁合金(12)焊接在一起，以便獲得組合零件(10);以及 f)將所述組合零件(10)成形為所述機(jī)動(dòng)車輛部件(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二鋁合金的組分大體上與所述第一鋁合金的組分相對應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一鋁合金(11)和所述第二鋁合金(12)中的每者均是AA7XXX系列鋁合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一鋁合金(11)和所述第二鋁合金(12)中的每者均是從由AA7055系列合金、AA7081系列合金、AA7181系列合金、AA7085系列合金、AA7185系列合金組成的群組中選擇的鋁合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一鋁合金(11)和所述第二鋁合金(12)各自獨(dú)立地具有下列以重量百分比計(jì)的化學(xué)組分:
Zn:6.9-8.4，尤其 6.9-7.8 ；
Mg:1.2-2.4，尤其 1.4-2.1 ；
Cu:1.3-2.6 ；
Mn:<0.3 ；
Cr 或 Zr:0.05-0.25 ；
Si:<0.3，尤其 0.1-0.25 ；
Fe:<0.35，尤其 0.1-0.25 ；
Ti:<0.1 ； 其它元素:每種均〈0.05,且總計(jì)〈0.2 ;且 其它:鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一鋁合金(11)和所述第二鋁合金(12)中的每者以重量計(jì)包含0.04-0.25%，尤其是0.07-0.18%的鋯。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第一鋁合金(11)和所述第二鋁合金(12)中的每者以重量計(jì)包含1.4-1.8%的銅。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將上述兩塊鋁合金(11，12)焊接在一起的步驟是通過攪拌摩擦焊接或激光束焊接實(shí)現(xiàn)的。
9.一種車輛部件(20)，其由根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法生產(chǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的車輛部件(20)，其特征在于，所述車輛部件是中立柱。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的車輛部件(20)，其特征在于，所述車輛部件(20)的包括所述第一鋁合金(11) 的區(qū)域被設(shè)計(jì)成在由于事故而施加作用力時(shí)的預(yù)定變形區(qū)域。
【文檔編號(hào)】B32B15/01GK103620073SQ201280029786
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月24日
【發(fā)明者】沃爾夫?qū)げ紓惾鹂? 申請人:愛勵(lì)軋制產(chǎn)品德國有限責(zé)任公司