熱成形且加壓淬火的縱梁及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熱成形且加壓淬火的縱梁及其制造方法。該縱梁通過熱成形以及加壓淬火制成，該縱梁(1)在加壓淬火之后具有至少兩個不同強(qiáng)度的區(qū)域。第一類區(qū)域(2)具有主要為貝氏體的組織，第二類區(qū)域(3)具有主要為馬氏體的組織，在第一類區(qū)域(2)和第二類區(qū)域(3)之間的過渡區(qū)域(4)小于80mm，所述第一類區(qū)域(2)構(gòu)造在縱梁(1)的、在碰撞情況下應(yīng)受到特別強(qiáng)的變形和/或應(yīng)通過變形卸除碰撞能量的區(qū)域中，所述第一類區(qū)域(2)具有10～30％之間的延伸性能A50，在過渡區(qū)域(4)中的屈服極限和/或抗拉強(qiáng)度以每10mm大于100N/mm2的梯度遞減或遞增，所述第二類區(qū)域(3)具有大于1000N/mm2的強(qiáng)度。
【專利說明】熱成形且加壓淬火的縱梁及其制造方法
[0001] 本申請是申請?zhí)枮?01110310458. 3、申請日為2011年10月14日、發(fā)明名稱為"熱 成形且加壓淬火的縱梁及其制造方法"的發(fā)明專利申請的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種通過熱成形以及加壓淬火制造的縱梁。本發(fā)明還涉及一種用于制 造縱梁的方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 在汽車制造中，基于法律的和針對制造商的規(guī)定，對汽車安全性的要求越來越高。 同時，汽車制造商還致力于在燃料消耗以及C0 2排放最小化的同時減小汽車車身自重。這 在低自重和高抗彎和抗扭剛度以及高碰撞安全性之間構(gòu)成矛盾。
[0004] 一種途徑例如是使用輕金屬材料、尤其是鋁合金，或使用例如由金屬合金以及纖 維復(fù)合材料或塑料構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)方式的車身。但上述兩種方案均造成高材料成本，這又 在汽車制造中提商了制造成本。
[0005] 但金屬合金、尤其是鋼材料始終是用于車身制造、尤其是白車身制造的優(yōu)選材料。 此外，通過持續(xù)的發(fā)展，鋼材料在當(dāng)今仍然被當(dāng)作高科技材料，其通過各種不同的方法途徑 能夠在有利制造性、良好碰撞安全性和長壽命之間形成良好的折衷。
[0006] 例如DE10 2005 054 847B3公開了熱成形的且加壓淬火的構(gòu)件，其從模具中取出 和在調(diào)節(jié)到鋼的高強(qiáng)度機(jī)械特性之后進(jìn)行有針對性的熱處理。尤其對在碰撞情況下受到軸 向載荷的結(jié)構(gòu)和/或安全構(gòu)件而言，按照上述方式制造的構(gòu)件一方面應(yīng)為高強(qiáng)度，另一方 面應(yīng)在碰撞情況下形成褶皺，從而能有針對性地卸除碰撞能量。
[0007] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，熱處理通常在320?400°C之間的溫度范圍中進(jìn)行并且?guī)缀醪桓?變在熱成形和加壓淬火過程中調(diào)節(jié)出的包括強(qiáng)度值在內(nèi)的材料特性，但卻同時提高了材料 的延展性，從而可在碰撞情況下很好地形成褶皺。
[0008] 但附加的熱處理又引起較高的制造費(fèi)用，因?yàn)橛糜诖笠?guī)模生產(chǎn)開始時的工具成本 大大增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種用于設(shè)置在汽車上的縱梁及其制造方法，其相對 于現(xiàn)有技術(shù)具有較低的制造成本，同時可在縱梁內(nèi)部符合目的地調(diào)節(jié)出材料特性。
[0010] 上述任務(wù)根據(jù)本發(fā)明借助一種縱梁得以解決，其通過熱成形以及加壓淬火制成， 該縱梁在加壓淬火之后具有至少兩個不同強(qiáng)度的區(qū)域，其中，第一類區(qū)域具有主要為貝氏 體的組織，第二類區(qū)域具有主要為馬氏體的組織，在第一類區(qū)域和第二類區(qū)域之間的過渡 區(qū)域小于80mm，所述第一類區(qū)域構(gòu)造在縱梁的、在碰撞情況下應(yīng)受到特別強(qiáng)的變形和/或 應(yīng)通過變形卸除碰撞能量的區(qū)域中，所述第一類區(qū)域具有10?30%之間的延伸性能A50， 在過渡區(qū)域中的屈服極限和/或抗拉強(qiáng)度以每l〇mm大于100N/mm 2的梯度遞減或遞增，所 述第二類區(qū)域具有大于l〇〇〇N/mm2的強(qiáng)度。
[0011] 該任務(wù)的方法方面借助一種用于制造縱梁的方法得以解決，其中，縱梁具有至少 兩個不同硬度的區(qū)域，所述方法具有下述方法特征：提供可淬火的金屬板坯或者說半成品， 將該金屬板坯或者說半成品至少加熱到奧氏體化溫度；中間冷卻金屬板坯或者說半成品的 第一類區(qū)域，冷卻速度選擇得大于該金屬板坯或者說半成品的材料的下臨界冷卻速度；在 加壓淬火工具中將金屬板坯或者說半成品熱成形且加壓淬火成縱梁。
[0012] 按本發(fā)明的縱梁通過熱成形以及加壓淬火來制造，其中，縱梁通過本來的制造過 程，即在加壓淬火之后，具有至少兩個不同強(qiáng)度的區(qū)域。第一類區(qū)域主要具有貝氏體組織 并且第二類區(qū)域主要具有馬氏體組織，在兩類區(qū)域之間構(gòu)造過渡區(qū)域，該過渡區(qū)域在小于 80mm的距離上延伸。
[0013] 優(yōu)選過渡區(qū)域構(gòu)造得小于50mm、特別優(yōu)選小于30mm并且尤其是小于20mm。通過 極小的過渡區(qū)域在本發(fā)明的范疇中可以在一個制造步驟中、即在制造方法本身中有針對性 地對構(gòu)件進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得在考慮到出現(xiàn)的制造誤差的情況下，在有利制造性的同時可靠地 形成要求的碰撞特性。
[0014] 有利地在根據(jù)本發(fā)明的縱梁中可過程安全且有針對性地在預(yù)先定義的第一類和 第二類區(qū)域中形成一定的材料特性。在由高強(qiáng)度的可淬火的鋼構(gòu)成的金屬板坯或預(yù)成形坯 料或者說半成品的熱成形和加壓淬火期間將第一類區(qū)域中間冷卻，使得第一類區(qū)域和第二 類區(qū)域有針對性地形成不同的強(qiáng)度、硬度和延展特性。與第二類區(qū)域相反，在第一類區(qū)域中 產(chǎn)生趨于延展性的材料組織。兩類區(qū)域彼此間的過渡區(qū)域趨于明確限定。由此在很大程度 上降低或避免了制造誤差。通過第一類區(qū)域中主要為貝氏體的組織產(chǎn)生具有延展的材料特 性的區(qū)域。
[0015] 第一類區(qū)域利于希望的變形，使得在碰撞情況下在此可形成褶皺亦或壓縮，而不 形成裂紋或發(fā)生斷裂。由此在強(qiáng)度仍高的同時提升了根據(jù)本發(fā)明的縱梁的能量吸收性能。 因此，在安裝了根據(jù)本發(fā)明的縱梁的汽車中大量能量被吸收，使得碰撞的動能可轉(zhuǎn)化為變 形能量，同時保持汽車車身其余部分的高剛度。
[0016] 此外可想到將縱梁用作發(fā)動機(jī)支座亦或用于后備箱區(qū)域中。此處在必要時需要比 在乘客車廂本身的區(qū)域中更高的能量吸收性能。通過有針對性地形成第一類區(qū)域和第二類 區(qū)域例如能夠在根據(jù)本發(fā)明的縱梁中形成第一類區(qū)域和第二類區(qū)域在縱梁的長度上沿車 輛方向的依次排列，其優(yōu)點(diǎn)在于縱梁在碰撞情況下能夠呈手風(fēng)琴狀地折疊。
[0017] 本發(fā)明的縱梁在汽車車身中例如橫向地設(shè)置在前側(cè)和/或后側(cè)，以便有針對性地 攔截沖撞的物體或另一汽車。縱梁在此應(yīng)這樣盡可能地?cái)r截沖撞到汽車上的物體或被汽車 撞上的固定物體，使得縱梁盡可能小地變形以便吸收能量且有針對性地防止物體侵入汽車 本身中。
[0018] 因此，在根據(jù)本發(fā)明的縱梁中，能量吸收性能整體上提高，這又使汽車車身的整體 能量吸收性能得到提高，同時保持高剛度。而且在較高延展性的區(qū)域中可基于例如較薄的 壁厚而實(shí)現(xiàn)材料節(jié)省，這又降低了汽車車身的整體重量。因此，在安裝了根據(jù)本發(fā)明的縱梁 的汽車中大量能量被吸收，使得沖撞的動能轉(zhuǎn)化為變形能量，同時至少保持乘客車廂的高 剛度亦或乘客車廂和由此車身的提高的剛度。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的縱梁的另一優(yōu)點(diǎn)在于，通過有針對性地在根據(jù)本發(fā)明的熱成形和加 壓淬火之后構(gòu)造為第二類區(qū)域的區(qū)域避免不希望的屈服。第二類區(qū)域的高硬度由此避免在 特定區(qū)域中出現(xiàn)不希望的變形。
[0020] 在結(jié)合高硬度的情況下同樣也避免了材料基于高持續(xù)負(fù)荷振動和/或震動而減 弱?？v梁的其余組成部分、即第二區(qū)域主要具有強(qiáng)度值特別高的馬氏體組織，由此足夠滿足 構(gòu)件的最低要求的強(qiáng)度和碰撞特性。
[0021] 按本發(fā)明制造的縱梁因此可相對于借助現(xiàn)有技術(shù)中已知的制造方法制造的構(gòu)件 低成本地制造，因?yàn)閮H需一個成形和加壓淬火過程來形成要求的最重要的構(gòu)件特性。通過 形成主要是馬氏體的組織和主要由貝氏體組織構(gòu)成的中間組織，在此允許在構(gòu)件的明確限 定的區(qū)域中特別不易產(chǎn)生缺陷地、有針對性地形成要求的材料特性。
[0022] 按本發(fā)明，具有馬氏體組織作為主要組織成分的第二類區(qū)域的特點(diǎn)在于，馬氏體 組織大于50%、尤其是大于80%、優(yōu)選大于90%并且特別優(yōu)選大于95%，其它組織成分小 于50%、優(yōu)選小于30%，并且尤其是小于15%。
[0023] 馬氏體組織的高抗扭剛度和抗彎剛度確保本發(fā)明縱梁的高硬度，這例如在傾翻的 情況下或類似的碰撞作用下盡可能好地維持乘客車廂并且由此盡可能好地保護(hù)乘客。
[0024] 但在本發(fā)明的范疇中，在第二類區(qū)域中也可以存在貝氏體作為其它組織成分。
[0025] 在本發(fā)明的范疇中，第一類區(qū)域具有貝氏體作為主要組織成分，其它組織成分小 于50 %、優(yōu)選小于30 %、尤其是小于15 %。在此例如存在由貝氏體與鐵素體和/或珠光體 構(gòu)成的混合組織。在本發(fā)明的范疇中，必要時在第一類區(qū)域中也可存在馬氏體作為組織成 分。
[0026] 作為替換方案，第一類區(qū)域在此至少部分地被第二類區(qū)域包圍、特別優(yōu)選第一類 區(qū)域被第二類區(qū)域完全包圍。在用于例如碰撞吸能盒的連接點(diǎn)的區(qū)域中，第一區(qū)域優(yōu)選被 第二區(qū)域完全包圍。由于按本發(fā)明的特別小的過渡區(qū)域在構(gòu)件方向上仍得到剛度，由此基 本上不產(chǎn)生例如以不希望的理論彎折點(diǎn)形式的薄弱部位。但第一類區(qū)域也可構(gòu)造成延展性 的，以便最大程度地避免裂紋形成。通過第一類區(qū)域的延展性最大程度地避免了連接縱梁 或其它耦聯(lián)部件的連接處因?yàn)槭艿嚼缙门鲎捕鴶嗔选?br> [0027] 為此特別優(yōu)選將第一類區(qū)域構(gòu)造成點(diǎn)狀、優(yōu)選具有小于40mm、尤其是小于20mm并 且特別優(yōu)選小于l〇mm的直徑。
[0028] 在本發(fā)明的范疇中，所述第一類區(qū)域可構(gòu)造成用于其它構(gòu)件在縱梁上的耦聯(lián)點(diǎn)。
[0029] 在本發(fā)明的范疇中，所述第一類區(qū)域可以比第二類區(qū)域具有提高的壁厚。
[0030] 在本發(fā)明的范疇中，在第一類區(qū)域中也可形成貫穿部。這表示，在成形過程和/或 加壓淬火過程期間可同時形成貫穿部、或特別優(yōu)選可以在加壓淬火過程結(jié)束之后形成貫穿 部。在此，由于延展性較高，形成對沖孔或沖壓工具而言較小的工具磨損，或者說在無裂紋 產(chǎn)生的情況下可以形成貫穿部。
[0031] 在本發(fā)明的范疇中有利地規(guī)定：將邊緣區(qū)域、尤其是凹部和法蘭構(gòu)造為第一類區(qū) 域，由此可有效地避免從邊緣開始裂開。在加壓淬火后進(jìn)行機(jī)械加工如調(diào)整的區(qū)域也適合 構(gòu)造為第一類區(qū)域。
[0032] 此外在本發(fā)明的范疇中，第一類區(qū)域還可設(shè)置為用于形成切邊的區(qū)域。為了在熱 成形和加壓淬火后例如以簡單的切割或者說分割方法有利地進(jìn)行冷裁切，在此準(zhǔn)備該材料 的對切割或者說分割工具來說磨損小的初始狀態(tài)。在高的公差要求下，構(gòu)件的進(jìn)一步加工 例如裁切在此可特別完好、精確且低成本地進(jìn)行。尤其是無需使用激光對通常來說堅(jiān)硬的 構(gòu)件邊緣進(jìn)行切割。此外可以特別有利地構(gòu)造環(huán)繞的、窄的且接近最終輪廓的第二類區(qū)域。 同時大大降低由硬的組織中的局部應(yīng)力引起的遲后形成裂紋的危險。
[0033] 在本發(fā)明的范疇中，第一類區(qū)域具有10?30 %之間、優(yōu)選14?20 %之間、尤 其優(yōu)選12?20%之間并且尤其是12?16%之間、特別優(yōu)選14?16%之間的延展能力 A5〇( Dehnvermdgen A50)。由此在確保足夠的延展性的同時也確保足夠高的強(qiáng)度，從 而在碰撞情況下可避免裂紋形成和由此各個汽車結(jié)構(gòu)元件的斷裂。
[0034] 此外特別優(yōu)選第一類區(qū)域具有500?1000N/mm2之間、優(yōu)選550?800N/mm 2之間 的抗拉強(qiáng)度。第一類區(qū)域具有200?800N/mm2之間、優(yōu)選250?600N/mm 2之間、特別優(yōu)選 250?500N/mm2、極其優(yōu)選300?500N/mm2之間的屈服極限。
[0035] 在第二類區(qū)域和第一類區(qū)域之間優(yōu)選屈服極限和/或抗拉強(qiáng)度以每10mm大于 100N/mm 2、優(yōu)選大于200N/mm2并且尤其是大于400N/mm2的梯度遞減或遞增。這表示，屈服 極限和/或抗拉強(qiáng)度從第一類區(qū)域朝第二類區(qū)域的方向每l〇mm增加大于l〇〇N/mm 2。
[0036] 優(yōu)選第二類區(qū)域具有大于1000N/mm2、尤其是大于1200N/mm 2并且特別優(yōu)選大于 1400N/mm2 的強(qiáng)度。
[0037] 在本發(fā)明的范疇中，可以使用拼焊板或連續(xù)變截面輥軋板用于制造縱梁。
[0038] 按本發(fā)明的用于制造熱成形且加壓淬火的縱梁的方法，其中，縱梁具有至少兩個 不同強(qiáng)度的區(qū)域，規(guī)定下述方法特征：提供可淬火的金屬板坯或者說半成品，將其至少加熱 到奧氏體化溫度；中間冷卻金屬板坯或者說半成品的第一類區(qū)域，將冷卻速度選擇得大于 該金屬板坯或者說半成品的材料的形成貝氏體的下臨界冷卻速度；在加壓淬火工具中將金 屬板坯或者說半成品熱成形且加壓淬火為縱梁。
[0039] 通過本發(fā)明的方法，在時間控制和/或溫度控制下產(chǎn)生中間階段組織。該中間階 段組織尤其是在金屬板坯的第一類區(qū)域中通過中間冷卻產(chǎn)生。在本發(fā)明的范疇中這樣選擇 中間冷卻的冷卻速度，使其大于金屬板坯的材料形成貝氏體的下臨界冷卻速度。即冷卻速 度大于形成貝氏體的下臨界冷卻速度。尤其是冷卻在加壓淬火后應(yīng)該較軟的區(qū)域，也就是 說具有較大延展性的區(qū)域。
[0040] 在本發(fā)明的范疇中，原則上構(gòu)件也可冷預(yù)成形為半成品。因此至少部分地預(yù)成形 由可淬火的金屬板坯構(gòu)成的構(gòu)件。優(yōu)選預(yù)成形至少匹配最終形狀的80%。在冷預(yù)成形過 程--其例如在室溫中進(jìn)行--之后，接著至少加熱到奧氏體化溫度、即加熱到超過AC3溫 度。緊接著至少部分地中間冷卻第一類區(qū)域以及進(jìn)行本發(fā)明方法的后續(xù)步驟。
[0041] 中間冷卻的冷卻過程在此在將可淬火的金屬板坯加熱到奧氏體化溫度之后進(jìn)行， 但在本發(fā)明的范疇中該冷卻過程也可在熱成形和加壓淬火之前或期間進(jìn)行。尤其當(dāng)中間冷 卻的冷卻過程在加壓淬火期間進(jìn)行時，在加壓工具中設(shè)置相應(yīng)的元件，它們可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的 冷卻和相應(yīng)的冷卻速度。
[0042] 如果中間冷卻在熱成形和加壓淬火之前進(jìn)行，則可以理解生產(chǎn)線帶有加熱到超過 奧氏體化溫度的金屬板坯的相應(yīng)的中間轉(zhuǎn)送器。
[0043] 冷卻本身例如可通過自由對流或強(qiáng)制對流、冷卻輥、雙面或單面的具有絕熱支墊 的退火板或通過加載冷卻介質(zhì)如水或通過其它相應(yīng)的冷卻裝置來進(jìn)行。在此，冷卻既可在 固定安裝的中間站進(jìn)行，又可在生產(chǎn)周期中可動的冷卻單元中進(jìn)行。優(yōu)選冷卻速度在中間 冷卻時處于200K/s (開爾文/秒）?5K/s之間。特別優(yōu)選設(shè)置50K/s的冷卻速度。冷卻 在此優(yōu)選直接開始于從爐中取出后。由此在第一區(qū)域中產(chǎn)生550?900MPa之間的強(qiáng)度值。 優(yōu)選產(chǎn)生大致為700MPa的強(qiáng)度值。
[0044] 尤其是將第二類區(qū)域--金屬板坯的不屬于第一類區(qū)域的任意區(qū)域--保持得 高于奧氏體化溫度。這表示，在金屬板坯被至少加熱到奧氏體化溫度之后保持在相應(yīng)的高 于奧氏體化溫度的溫度上。這例如可主動地通過外界熱源亦或消極地通過相應(yīng)的絕熱來實(shí) 現(xiàn)。但也可考慮保持高于溫度AC1。由此與從AC3的成形相比出現(xiàn)一定的強(qiáng)度損失，但這在 多數(shù)情況下并不要緊。
[0045] 在外界熱源的情況下，第二類區(qū)域中的溫度尤其可通過紅外燈、加熱螺旋管、多孔 燃燒器、絕熱板或類似的外界熱源來保持。在本發(fā)明的范疇中，也可選擇明顯高于奧氏體化 溫度的溫度，由此在加熱到高于奧氏體化溫度的過程結(jié)束后直至加壓淬火過程開始之間的 時間以及在此進(jìn)行的冷卻這樣彼此協(xié)調(diào)，使得在加壓淬火過程開始時第二類區(qū)域始終具有 至少高于奧氏體化溫度的溫度。
[0046] 在本發(fā)明的另一種有利的方案中，在中間冷卻第一類區(qū)域時選擇能夠獲得貝氏體 組織的冷卻速度，優(yōu)選冷卻到700?400°C之間、優(yōu)選650?450°C之間并且尤其是650? 500°C之間的溫度，也優(yōu)選優(yōu)選冷卻到600?400°C之間、尤其是500°C的溫度。在大于相應(yīng) 使用的材料的下臨界冷卻速度的冷卻速度、但高于馬氏體起始溫度的情況下，在等溫保持 冷卻溫度時形成所謂的貝氏體，也被稱為中間組織亦或中間階段。
[0047] 與現(xiàn)有技術(shù)中所公開的形成珠光體或鐵素體（珠光體主要通過直接從奧氏體中 擴(kuò)散而形成）的方法相反，在貝氏體中間階段中由于冷卻較快而顯著增大了碳在奧氏體中 擴(kuò)散的難度。在大多從晶界開始的貝氏體形成時，小的奧氏體區(qū)域轉(zhuǎn)化為畸變的α晶格。 因?yàn)棣辆Ц裰械臄U(kuò)散速度要比 Υ晶格中大很多，所以在該含過飽和碳的α固溶體中出現(xiàn) 小的滲碳體顆粒，冷卻越快，滲碳體顆粒越細(xì)小。在此產(chǎn)生大致針狀結(jié)構(gòu)的貝氏體組織。在 此由于硬度隨顆粒細(xì)度的增加而增大形成顆粒狀結(jié)構(gòu)的碳化物。此外，貝氏體組織又區(qū)分 為上貝氏體和下貝氏體，在上貝氏體中，碳化物結(jié)合成較大的缺陷，而在下貝氏體中，碳化 物極其細(xì)微地分布。
[0048] 在本發(fā)明方法的一種優(yōu)選的方案中，第一類區(qū)域在預(yù)定的時間上保持中間冷卻的 冷卻溫度、優(yōu)選大致等溫地保持溫度。通過該方案可根據(jù)時間準(zhǔn)確產(chǎn)生具有所要求或者說 希望的強(qiáng)度值的貝氏體中間組織。在該方案中，中間冷卻主要在第一類區(qū)域的材料組織轉(zhuǎn) 化為奧氏體亦或直接轉(zhuǎn)化為中間組織的溫度上進(jìn)行。從該冷卻溫度起，材料組織通過保持 等溫一段特定的時間進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。在奧氏體組織的情況下，材料轉(zhuǎn)化為貝氏體組織。當(dāng) 材料通過選擇冷卻速度直接被冷卻為中間階段時，則在此已經(jīng)產(chǎn)生奧氏體和貝氏體的混合 組織。通過保持該冷卻溫度，在一段特定的時間上保持純貝氏體轉(zhuǎn)化組織范圍。第一類區(qū) 域保持在該溫度上的時間越長，則該組織的貝氏體成分越高。
[0049] 在另一種優(yōu)選的方案中，冷卻到冷卻溫度的中間組織區(qū)域在加壓淬火工具本身中 由貝氏體組織轉(zhuǎn)化階段進(jìn)一步被淬火，使得在第一類區(qū)域中產(chǎn)生由馬氏體和貝氏體構(gòu)成的 中間組織或由馬氏體、貝氏體以及鐵素體和/或珠光體構(gòu)成的混合組織。通過將第一類區(qū) 域淬火--該區(qū)域中的組織具有中間階段，剩余奧氏體成分在加壓淬火時轉(zhuǎn)化為馬氏體成 分。由此在第一類區(qū)域中產(chǎn)生馬氏體一貝氏體混合組織。貝氏體成分與馬氏體成分的比值 在此和第一區(qū)域在開始加壓淬火過程之前保持在中間階段中的持續(xù)時間有關(guān)。
[0050] 在一種特別優(yōu)選的方案中，第一類區(qū)域這樣在一定的時間范圍上保持等溫，以便 使第一類區(qū)域完全轉(zhuǎn)化為貝氏體。由此產(chǎn)生與鐵素體一珠光體組織相比強(qiáng)度更高的材料組 織。尤其是由此可有針對性地避免使延展性最小的珠光體組織。
[0051] 在本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的方案中，中間冷卻時的冷卻速度選擇得大于所使用材 料的上臨界冷卻速度。由此可有針對性地產(chǎn)生奧氏體區(qū)域，其接下來在預(yù)規(guī)定的時間上保 持、優(yōu)選等溫保持在一定的溫度水平上，使得組織在該保持時間上有針對性地轉(zhuǎn)化為貝氏 體。根據(jù)所用的保持時間在此可產(chǎn)生部分貝氏體的奧氏體的組織或只有貝氏體的組織。在 貝氏體一奧氏體組織的情況下，其通過接下來的加壓淬火過程轉(zhuǎn)化為貝氏體一馬氏體組 織。
[0052] 在本發(fā)明的范疇中，在鐵素體和珠光體溫度以下保持大致等溫是指，主要在 700°C、尤其是在600°C、特別優(yōu)選550°C以下、但在馬氏體起始溫度以上。在較長時間范圍 上保持等溫可導(dǎo)致溫度例如從500°C下降到400°C，但這在本發(fā)明的范疇中仍能被看作大 致等溫。特別優(yōu)選第一類區(qū)域在1?80s的時間范圍中保持等溫。特別優(yōu)選將15s設(shè)置為 保持時間。但這根據(jù)具體所用的材料合金來選擇。
[0053] 在本發(fā)明方法的另一種優(yōu)選的方案中，第一類區(qū)域的中間冷卻在加壓淬火工具中 進(jìn)行，優(yōu)選通過設(shè)置在加壓淬火工具中的冷卻板進(jìn)行。由此減少了周期和制造成本。尤其 是可僅在兩個工具步驟中制造具有不同強(qiáng)度區(qū)域的汽車構(gòu)件。首先在爐具中加熱并且緊接 著僅在一個工具中合并進(jìn)行中間冷卻、熱成形和加壓淬火。
[0054] 為本來的加壓淬火過程的冷卻速度選擇至少25K/s的冷卻速度。特別優(yōu)選大于 27K/s。但尤其是為本來的加壓淬火過程選擇更高的冷卻速度。加壓淬火過程尤其在第一 類區(qū)域和第二類區(qū)域中以相同的冷卻速度主要取決于加壓淬火工具和工件之間局部的溫 度梯度來進(jìn)行。但由于加壓淬火過程開始時兩類區(qū)域中存在不同的溫度，所以第一類和第 二類區(qū)域的冷卻速度也可略微不同。
[0055] 在本發(fā)明的方法中特別優(yōu)選使用可淬火的鋼，該鋼屬于微合金調(diào)制鋼。其特別是 具有下列合金元素作為成分（質(zhì)量百分比）：
[0056] 碳（C ) 0.19 至 0.25 硅（Si) 0.15 Μ. 0.30 錳（Μη) 1.10 J. 1.40 磷（P ) 0 至 0.025 硫（S) 0 至 0.015 鉻（Cr) 0 至 0.35 鉬（Mo) 0 至 0.35 鈥（Ti) 0.020 至 0.050 硼（B ) 0.002 至 0.005 鋁（A1) 0.02 至 0.06
[0057] 在本發(fā)明的范疇中，特別優(yōu)選第一類區(qū)域的中間冷卻借助集成有冷卻板的工具進(jìn) 行。冷卻板在此具有600°C以下的固有溫度，但該固有溫度相對于大于900°C的AC3溫度較 低。第一類區(qū)域可借助冷卻板來冷卻并且在必要時也可在一段時間上保持等溫。這種冷卻 板例如可基于電熱器或通過在背面用燒嘴加熱或用熱油加熱到要求的溫度。
[0058] 在另一種方案中，中間冷卻也可通過基本上冷的冷卻板進(jìn)行。所述板的溫度大大 低于400°C，優(yōu)選在一 100°C?+KKTC之間、特別優(yōu)選在一 10°C?+25°C之間。但借助冷的 冷卻板僅能有限地執(zhí)行等溫保持時間。特別優(yōu)選將兩類冷卻板例如也集成到熱成形和加壓 工具中，使得在本來的用爐具加熱之后的整個過程僅在一個工具中進(jìn)行。但在本發(fā)明的范 疇中，用于實(shí)施中間冷卻的冷卻板也可安裝在附加的工具中，由此過程的進(jìn)行是從加熱爐 經(jīng)中間冷卻再到本來的熱成形和加壓淬火工具。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于可將該單獨(dú)的工具構(gòu)造 為基本上平面的工具，其具有基本上平面的加熱板或冷卻板。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0059] 本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、特征、特性和方面由后續(xù)說明示意性地給出。這有利于簡單地 理解本發(fā)明。附圖如下：
[0060] 圖1示出按本發(fā)明的具有第一類區(qū)域、過渡區(qū)域和第二類區(qū)域的縱梁的局部圖；
[0061] 圖2示出按本發(fā)明的縱梁；
[0062] 圖3示出用于實(shí)施本發(fā)明方法的ZTU圖（時間一溫度轉(zhuǎn)化圖）；
[0063] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的縱梁組件。

【具體實(shí)施方式】
[0064] 附圖中為相同或相似部件使用相同附圖標(biāo)記，盡管出于簡化原因省略了重復(fù)的說 明。
[0065] 圖1示出縱梁1的局部。在此從周圍可看出，在第二類區(qū)域3中構(gòu)造按本發(fā)明的 第一類區(qū)域2。在第一類區(qū)域2和第二類區(qū)域3之間設(shè)置過渡區(qū)域4。在第一類區(qū)域2中 形成趨于延展性的材料組織，在第二類區(qū)域3中形成硬的材料組織。在本發(fā)明的范疇中，過 渡區(qū)域4大致具有寬度a，其與第一類區(qū)域2相比特別小。
[0066] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的縱梁1?？v梁1具有加強(qiáng)筋5,空隙6和凹坑7。此外，根 據(jù)本發(fā)明的縱梁1在其邊緣區(qū)域中具有接合法蘭8。加強(qiáng)筋5、空隙6、凹坑7和接合法蘭8 分別根據(jù)要求構(gòu)造為第一類區(qū)域，縱梁1的其余區(qū)域相反構(gòu)造為第二區(qū)域。
[0067] 圖3示出示例性的鋼的ZTU圖，其不限制本發(fā)明的范圍。圖中示出在冷卻速度下隨 溫度在材料中產(chǎn)生的不同組織結(jié)構(gòu)。在視圖下部區(qū)域中示出馬氏體形成。在其上方，即在 視圖中部區(qū)域中示出貝氏體形成，并且在貝氏體上方示出珠光體形成或者說鐵素體形成。
[0068] 在此所示的實(shí)施例中，示出三條用于不同冷卻過程的曲線。曲線K1示出用于按本 發(fā)明的第一區(qū)域的溫度曲線，該第一區(qū)域首先被加熱到超過AC3溫度的溫度。從該溫度起 以一定的冷卻速度冷卻到約520°C的中間溫度，該冷卻速度在該情況下大于圖中所示材料 的形成貝氏體的上臨界冷卻速度〇K。在達(dá)到中間冷卻的約520°C的冷卻溫度時，第一區(qū)域 在時間段tl上基本上等溫保持在一定的溫度上，該溫度在此例如由于熱輻射、對流或傳熱 形式的散熱從約520°C下降到約480°C。因此在中間冷卻的時間點(diǎn)Z1上產(chǎn)生奧氏體組織并 且在時間點(diǎn)P1上（在第一種方案中的加壓淬火的起點(diǎn)）產(chǎn)生貝氏體一奧氏體混合組織。
[0069] 接下來在第一種方案中從時間點(diǎn)P1開始通過加壓淬火過程進(jìn)行淬火，使得第一 區(qū)域中的貝氏體一奧氏體混合組織轉(zhuǎn)化為貝氏體一馬氏體混合組織。與此并行地，按本發(fā) 明的第二區(qū)域從高于AC3的溫度起通過加壓淬火進(jìn)行淬火，從而直接由奧氏體組織產(chǎn)生馬 氏體組織，為整體概況性起見在此并未詳細(xì)示出這點(diǎn)。
[0070] 本發(fā)明方法的第二種方案借助第一區(qū)域的根據(jù)曲線2的冷卻過程來示出。曲線2 的冷卻過程類似于曲線K1的冷卻過程，其中從時間點(diǎn)Z2 (與Z1相同）起，冷卻溫度保持更 長的時間，使得加壓淬火過程開始于時間點(diǎn)P2,因而時間間隔t2大于tl。第一區(qū)域中的組 織在時間點(diǎn)P2上完全轉(zhuǎn)化為貝氏體并且因此在時間點(diǎn)P2后不再通過冷卻速度進(jìn)行進(jìn)一步 的組織轉(zhuǎn)化。
[0071] 在本發(fā)明的第三種方案中，根據(jù)曲線3從高于AC3溫度的溫度選擇一定的冷卻速 度，使得在中間冷卻的冷卻過程中直接轉(zhuǎn)化為貝氏體中間組織。在此在第一區(qū)域中產(chǎn)生 奧氏體一貝氏體中間組織，由此在時間點(diǎn)P3上進(jìn)行加壓淬火過程時在第一區(qū)域中該貝氏 體一奧氏體混合組織轉(zhuǎn)化為貝氏體一馬氏體混合組織。在根據(jù)曲線2和3的方案中，第二 區(qū)域--其在中間冷卻期間始終保持在AC3溫度之上--通過在加壓淬火過程期間的冷卻 從奧氏體直接轉(zhuǎn)化為馬氏體。在根據(jù)曲線3的方案中，按本發(fā)明總是選擇大于相應(yīng)所用材 料的下臨界冷卻速度uK的溫度。
[0072] 圖4示出縱梁組件9,其由縱梁1以及熱處理的構(gòu)件10構(gòu)成?？v梁1在此在中部 區(qū)域中構(gòu)造為第二類區(qū)域以及在外部區(qū)域中構(gòu)造為第一類區(qū)域?？v梁1和該構(gòu)件分別在其 兩個側(cè)面區(qū)域通過接合法蘭8彼此耦聯(lián)。縱梁1本身的接合法蘭8在此構(gòu)造為具有更加延 展的材料特性的第一類區(qū)域。因此在例如受到碰撞發(fā)生變形的情況下通過縱梁1本身保證 基本剛度?；诟友诱沟牟牧咸匦员苊鈹嗔?。這兩個構(gòu)件在耦聯(lián)位置11中彼此連接。
[0073] 附圖標(biāo)記列表
[0074] 1 縱梁
[0075] 2 第一類區(qū)域
[0076] 3 第二類區(qū)域
[0077] 4 過渡區(qū)域
[0078] 5 加強(qiáng)筋
[0079] 6 空隙
[0080] 7 凹坑
[0081] 8 接合法蘭
[0082] 9 縱梁組件
[0083] 10熱處理的構(gòu)件
[0084] 11耦聯(lián)位置
[0085] a 寬度
[0086] P1加壓淬火起始時間點(diǎn)
[0087] P2加壓淬火起始時間點(diǎn)
[0088] P3加壓淬火起始時間點(diǎn)
[0089] oK上臨界冷卻速度
[0090] uK下臨界冷卻速度
[0091] tl中間冷卻溫度的保持時間
[0092] t2中間冷卻溫度的保持時間
[0093] Z1中間冷卻的時間點(diǎn)
[0094] Z2中間冷卻的時間點(diǎn)
[0095] Z3中間冷卻的時間點(diǎn)
[0096] K1 曲線 1
[0097] K2 曲線 2
[0098] K3 曲線 3
【權(quán)利要求】
1. 縱梁（1)，其通過熱成形以及加壓淬火制成，該縱梁（1)在加壓淬火之后具有至少 兩個不同強(qiáng)度的區(qū)域，其特征在于，第一類區(qū)域（2)具有主要為貝氏體的組織，第二類區(qū)域 (3)具有主要為馬氏體的組織，在第一類區(qū)域（2)和第二類區(qū)域（3)之間的過渡區(qū)域（4)小 于80mm，所述第一類區(qū)域（2)構(gòu)造在縱梁（1)的、在碰撞情況下應(yīng)受到特別強(qiáng)的變形和/或 應(yīng)通過變形卸除碰撞能量的區(qū)域中，所述第一類區(qū)域（2)具有10?30%之間的延伸性能 A50,在過渡區(qū)域（4)中的屈服極限和/或抗拉強(qiáng)度以每10mm大于100N/mm2的梯度遞減或 遞增，所述第二類區(qū)域（3)具有大于1000N/mm 2的強(qiáng)度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的縱梁，其特征在于，所述過渡區(qū)域（4)小于50mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的縱梁，其特征在于，所述過渡區(qū)域（4)小于30mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的縱梁，其特征在于，所述過渡區(qū)域（4)小于20mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，所述第二類區(qū)域（3)具有馬氏體組織 作為主要組織成分，其它組織成分小于50%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的縱梁，其特征在于，所述其它組織成分小于30%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的縱梁，其特征在于，所述其它組織成分小于15%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5的縱梁，其特征在于，在所述第二類區(qū)域（3)中存在貝氏體作為其它 組織成分。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)具有貝氏體作為 主要組織成分，其它組織成分小于50%。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的縱梁，其特征在于，所述其它組織成分小于30 %。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的縱梁，其特征在于，所述其它組織成分小于15%。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)被第二類區(qū)域 (3)至少部分地包圍。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)被第二類區(qū)域（3)完全 包圍。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)構(gòu)造成點(diǎn)狀的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)具有小于40mm的直徑。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)具有小于20mm的直徑。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)具有小于10mm的直徑。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)構(gòu)造成用于其 它構(gòu)件在縱梁（1)上的耦聯(lián)點(diǎn)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)比第二類區(qū)域 (3)具有提商的壁厚。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，在所述第一類區(qū)域（2)中能形成穿 通部和/或在熱成形之后能形成倒角。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)具有12?20% 之間的延伸性能A50。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)具有12?16%之間的 延伸性能A50。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)具有14?16%之間的 延伸性能A50。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)具有500? 1000N/mm2之間的抗拉強(qiáng)度。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)具有550?800N/mm2 之間的抗拉強(qiáng)度。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，在過渡區(qū)域（4)中的屈服極限和/ 或抗拉強(qiáng)度以每l〇mm大于200N/mm 2的梯度遞減或遞增。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26的縱梁，其特征在于，在過渡區(qū)域⑷中的屈服極限和/或抗拉強(qiáng) 度以每10mm大于400N/mm2的梯度遞減或遞增。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，所述第二類區(qū)域（3)具有大于 1200N/mm2 的強(qiáng)度。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28的縱梁，其特征在于，所述第二類區(qū)域（3)具有大于1400N/mm2的 強(qiáng)度。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)具有200? 800N/mm2之間的屈服極限。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)具有250?600N/mm2 之間的屈服極限。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)具有250?500N/mm2 之間的屈服極限。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32的縱梁，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)具有300?500N/mm2 之間的屈服極限。
34. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，使用拼焊板或連續(xù)變截面輥軋板用 于制造縱梁。
35. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的縱梁，其特征在于，第一類區(qū)域和第二類區(qū)域在縱梁的 長度上沿車輛方向依次排列，使得縱梁在碰撞情況下能夠呈手風(fēng)琴狀地折疊。
36. 用于制造縱梁（1)的方法，其中，縱梁（1)具有至少兩個不同硬度的區(qū)域，其特征在 于下述方法特征： 提供可淬火的金屬板坯或者說半成品，將該金屬板坯或者說半成品至少加熱到奧氏體 化溫度； 中間冷卻金屬板坯或者說半成品的第一類區(qū)域，冷卻速度選擇得大于該金屬板坯或者 說半成品的材料的下臨界冷卻速度（uK); 在加壓淬火工具中將金屬板坯或者說半成品熱成形且加壓淬火成縱梁（1)。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其特征在于，將第二類區(qū)域（3)保持得高于奧氏體化溫 度，直到輸送到該加壓淬火工具中。
38. 根據(jù)權(quán)利要求36或37的方法，其特征在于，選擇中間冷卻第一類區(qū)域（2)時的冷 卻速度，使得獲得貝氏體組織。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，第一類區(qū)域（2)中間冷卻到600?400°C之 間的溫度。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其特征在于，第一類區(qū)域（2)中間冷卻到500°C的溫度。
41. 根據(jù)權(quán)利要求36或37的方法，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)在中間冷卻的冷 卻溫度上保持可預(yù)定的時間。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)在中間冷卻的冷卻溫度 上等溫保持可預(yù)定的時間。
43. 根據(jù)權(quán)利要求36或37的方法，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)在加壓淬火工具 中從貝氏體組織轉(zhuǎn)化階段淬火，使得在第一類區(qū)域（2)中產(chǎn)生由馬氏體和貝氏體構(gòu)成的混 合組織或由馬氏體、貝氏體以及鐵素體和/或珠光體構(gòu)成的混合組織。
44. 根據(jù)權(quán)利要求36或37的方法，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)保持等溫，使得通 過加壓淬火構(gòu)成基本上純貝氏體的組織。
45. 根據(jù)權(quán)利要求36或37的方法，其特征在于，中間冷卻的冷卻速度選擇得大于上臨 界冷卻速度（〇K)。
46. 根據(jù)權(quán)利要求36或37的方法，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)的中間冷卻在加 壓淬火工具中進(jìn)行。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其特征在于，所述第一類區(qū)域（2)的中間冷卻通過設(shè)置在 加壓淬火工具中的冷卻板進(jìn)行。
48. 根據(jù)權(quán)利要求36或37的方法，其特征在于，將所述金屬板坯冷預(yù)成形為半成品并 且緊接著至少加熱到奧氏體化溫度。
【文檔編號】C21D1/20GK104250677SQ201410283021
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2010年10月15日
【發(fā)明者】A·齊默曼, J·丁格曼斯, M·佩爾曼, J·伯克 申請人:本特勒爾汽車技術(shù)有限公司