本發(fā)明涉及一種由鋼板制成的工件，所述工件的表面包括局部通過熔合附加成分而形成的硬化區(qū)域和未硬化區(qū)域。

背景技術(shù)：

DE 196 50 258 A1描述了一種方法，其中，鋼板的表面的耐磨強(qiáng)度被局部提高，方法是，通過向鋼板導(dǎo)入以桿或絲形式的附加物并且借助激光通過局部加熱板件而使得附加物熔合，在鋼板內(nèi)形成硬化區(qū)域。

在DE 196 50 258 A1中并沒有描述硬化區(qū)域在鋼板的表面上的分布，因?yàn)楸砻娴倪@種區(qū)域(在其上需要涂層)在每種情況下由于摩擦應(yīng)力的分布而已經(jīng)被預(yù)先確定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種由鋼板構(gòu)成的工件，其中，力承載能力，尤其拉力承載能力通過局部硬化而被改進(jìn)。這樣的工件能夠尤其有利地應(yīng)用在機(jī)動(dòng)車車身結(jié)構(gòu)中，以便改進(jìn)車身的負(fù)荷能力或者在不改變負(fù)荷能力的情況下降低車身的重量并且因此降低材料消耗和燃料消耗。

安裝在終端產(chǎn)品、例如機(jī)動(dòng)車車身上的板材工件在此對(duì)應(yīng)各自的安裝位置承受特有的應(yīng)力模型。當(dāng)板材工件承受的作用力超過它的負(fù)荷極限時(shí)，工件在受力特別高的位置、多數(shù)是它的邊緣上開始撕裂。一旦裂紋已經(jīng)形成，負(fù)荷就集中在裂紋尖端上，并且該裂紋快速地?cái)U(kuò)展，直至它到達(dá)工件的相對(duì)置的邊緣上。

因此，所述技術(shù)問題按照本發(fā)明通過一種由鋼板制成的工件解決，所述工件的表面包括局部通過熔合附加成分而形成的硬化區(qū)域和未硬化區(qū)域，至少一個(gè)硬化區(qū)域在裂紋起始區(qū)域和未硬化區(qū)域之間延伸。通過硬化區(qū)域承受相對(duì)較大部分的拉力負(fù)荷，使得硬化區(qū)域減輕了裂紋起始區(qū)域的負(fù)荷并且因此抵抗裂紋形成。

在實(shí)踐中，所述裂紋起始區(qū)域例如是在工件的邊緣內(nèi)的凹口。為了使凹口減輕負(fù)荷，所述硬化區(qū)域沿著所述邊緣并繞著所述凹口延伸。

如果裂紋起始區(qū)域不在工件的邊緣上，則它通常是孔或者凹部，例如容納鉚釘?shù)臄U(kuò)展端部的凹部，通過該鉚釘將第一工件鉚接在第二工件上。在這種情況下，硬化區(qū)域能夠適宜地繞著裂紋起始區(qū)域延伸。

所述硬化區(qū)域優(yōu)選構(gòu)成圍繞所述裂紋起始區(qū)域的封閉的環(huán)。

裂紋起始區(qū)域通?？梢允堑诙ぜ诘谝还ぜ系墓潭c(diǎn)，無論固定的形式，從第二工件向第一工件傳遞的作用在固定點(diǎn)上的力會(huì)導(dǎo)致在第一工件上超負(fù)荷，并且因此導(dǎo)致從固定點(diǎn)開始形成裂紋。

根據(jù)本發(fā)明的另外優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，硬化區(qū)域的朝向裂紋起始區(qū)域的邊緣以傾斜的角度與線相交，所述線從所述裂紋起始區(qū)域朝著工件的遠(yuǎn)離裂紋起始區(qū)域的邊緣延伸。這個(gè)特征使得在已經(jīng)形成裂紋時(shí)，必要時(shí)仍可避免工件的完全損壞，至少能明顯地提高工件至完全損壞所能承受的能量，方法是，即如果裂紋碰到硬化區(qū)域的邊緣，則形成的裂紋向旁邊轉(zhuǎn)向。因此，至少使得裂紋直至工件最終損壞所需的長(zhǎng)度被延長(zhǎng)，并且也提高了直至工件損壞用于形成裂紋所必須消耗的能量。

因此，硬化區(qū)域的邊緣能夠使延展的裂紋轉(zhuǎn)向，使得裂紋不再平行于裂紋起始區(qū)域與工件的邊緣的連接直線，但是也不能與該直線垂直。合適地是，邊緣與直線之間的角度是30°至60°，優(yōu)選是40°至50°。

優(yōu)選地，朝向裂紋起始區(qū)域的邊緣和背離裂紋起始區(qū)域的邊緣本身或者第二硬化區(qū)域的邊緣限定出條形的未硬化區(qū)域，在該區(qū)域中裂紋能夠擴(kuò)展。

此外適宜的是，多個(gè)條形的未硬化區(qū)域與所述線相交。因此，當(dāng)裂紋離開一個(gè)未硬化區(qū)域并且要進(jìn)入硬化區(qū)域時(shí)，能夠以很高的概率被之后的未硬化區(qū)域攔截并且再次被轉(zhuǎn)向旁邊。

附圖說明

本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)結(jié)合所附示圖由下面的說明給出。附圖為：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的工件的俯視圖；

圖2示出根據(jù)第二實(shí)施例的工件的俯視圖；

圖3示出根據(jù)第三實(shí)施例的剖切兩個(gè)工件所得的剖視圖；

圖4示出根據(jù)第四實(shí)施例的兩個(gè)工件的立體圖；和

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的工件的俯視圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明能夠應(yīng)用在任意幾何結(jié)構(gòu)的工件上，該工件能夠平面地或者三維形狀地成型，并且該工件能夠具有任意延展的邊緣。因此，作為工件在下述附圖所示中以矩形的板條作為示例，它的特別之處在于，例如在圖1所示的工件1的情況下在縱向延伸的邊緣3內(nèi)的凹口2，它在任意不同成型的工件中也能出現(xiàn)。

在通常的具有均勻的材料特性的板件中，如果該板件承受較高的拉力荷載，則在凹口2上會(huì)形成裂紋，并且從凹口2出發(fā)這種裂紋最終會(huì)延展至板件的相對(duì)置的邊緣，并且該板件會(huì)被撕裂為兩個(gè)部件。

在根據(jù)本發(fā)明的工件1中，沿著邊緣3通過熔合待硬化的附加成分而構(gòu)成被硬化的區(qū)域4。這種熔合可通過激光熔合實(shí)現(xiàn)，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中所公開的方法進(jìn)行，并且因此不需要再進(jìn)一步闡述。作為待硬化的附加成分可熔合例如碳、氮、錳、硅或者鉻。被硬化的區(qū)域4沿著邊緣3在凹口2的兩側(cè)延伸并且繞著凹口進(jìn)入平坦的弓部中。作用在工件1的端部上的拉應(yīng)力被環(huán)繞凹口2的硬化區(qū)域4和緊鄰該硬化區(qū)域的周圍區(qū)域5傳導(dǎo)。從在凹口2上形成裂紋起，拉應(yīng)力因此可分別根據(jù)凹口2的和硬化區(qū)域4的幾何尺寸被明顯提高，或者因?yàn)樵诎伎?之前或之后的未硬化的區(qū)域6中的材料被撕裂，所以可能不再形成所述的拉應(yīng)力。

相應(yīng)的效果在圖2所示的工件1上實(shí)現(xiàn)，方法是，硬化區(qū)域4環(huán)形地圍繞孔7構(gòu)造。工件1通過孔7的材料弱化能夠被硬化區(qū)域4補(bǔ)償，或者甚至被過度補(bǔ)償，從而該工件在過度負(fù)載時(shí)不會(huì)在孔7上、而是會(huì)在未硬化的區(qū)域6內(nèi)開裂，該區(qū)域6包圍環(huán)形的硬化區(qū)域4。

圖3示出剖切兩個(gè)工件1、1’所得的剖面圖，這兩個(gè)工件如在圖3中所示都設(shè)有環(huán)形的硬化區(qū)域4、4’，在它們的被硬化區(qū)域4、4’圍繞未硬化的區(qū)域5、5’中未被鉆孔。設(shè)有上部工件1的區(qū)域5，以便被上方的在剖面圖中所示的半空鉚釘8從工件1上沖壓或沖裁、從此處移動(dòng)并且被壓入工件1’的未硬化區(qū)域5’中。在擠壓過程中，半空鉚釘8的桿被擴(kuò)展，理想地如此擴(kuò)展，使得它在工件1’內(nèi)作用在硬化區(qū)域4’后面；由此形成的形狀配合式連接的強(qiáng)度得益于周圍的硬化區(qū)域4、4’的強(qiáng)度。

在工件1’內(nèi)通過壓入鉚釘8構(gòu)成的凹部9會(huì)在均勻的板件中在拉負(fù)載下形成裂紋的起始點(diǎn)。但是以相同的方式，如在圖2所示的實(shí)施例中所述，硬化區(qū)域4’起到降低拉應(yīng)力的作用，該拉應(yīng)力繞著凹部9傳導(dǎo)并且防止形成裂紋。

圖4示出兩個(gè)工件1、1’、在此為平坦的板件的立體圖，它們沿著各自的邊緣3、3’通過焊點(diǎn)10相連接。工件1沿著它的邊緣3設(shè)有硬化區(qū)域4，在該硬化區(qū)域中留空出區(qū)域5。在這些未硬化的區(qū)域5中分別設(shè)置焊點(diǎn)10，以便與硬化區(qū)域4相比利用它們更好的焊接性質(zhì)。焊接連接的彎曲負(fù)荷能力由此被提高，通過硬化區(qū)域在有彎曲力矩作用在焊點(diǎn)10的情況下降低工件1的撓性。

圖5再次示出條形工件1的俯視圖。多個(gè)條形的硬化區(qū)域4傾斜地延伸，在此在工件1上與邊緣3成大約45°角地延伸。在受到較高的拉應(yīng)力的情況下能夠在未硬化區(qū)域5、6以及在具有均勻的材料特性的普通工件內(nèi)構(gòu)成裂紋，該裂紋從邊緣3擴(kuò)展到工件1中。如果這種裂紋11到達(dá)硬化區(qū)域4的邊緣，則該裂紋要想繼續(xù)進(jìn)入該區(qū)域4中需要比該裂紋11繼續(xù)在未硬化區(qū)域5中延伸更多的能量。因此裂紋11傾向于，追隨未硬化區(qū)域5進(jìn)行延展。因此，裂紋11會(huì)更長(zhǎng)，并且直至完全撕開工件1所消耗的能量比使用相同形狀的各向同性的板件的情況消耗更多的能量，在使用相同形狀的各向同性的板件的情況中裂紋會(huì)相應(yīng)地從起始邊緣3到與它對(duì)置的邊緣12以最短的路徑、沿著線13延伸。

在圖5所示的情況中，硬化的和未硬化的區(qū)域4、5如此狹窄地分布，使得它們中的多個(gè)區(qū)域與在兩個(gè)邊緣3、12之間的最短線13相交。因此存在這種可能性，當(dāng)裂紋12應(yīng)該穿過硬化區(qū)域4時(shí)，該裂紋自身再次進(jìn)入緊鄰的未硬化區(qū)域5并且被轉(zhuǎn)向傾斜于線13地延伸。

應(yīng)該理解到，雖然上述詳細(xì)說明和附圖展示了本發(fā)明特定的示例性設(shè)計(jì)方案，但是它們只起到說明作用，并且不應(yīng)該限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。所述設(shè)計(jì)方案的變型是可行的，只要不超過權(quán)利要求的保護(hù)范圍。尤其還存在權(quán)利要求中未提及的由說明書和附圖中得到的實(shí)施例的特征。這些特征也可以在另外的在此特定公開的組合中出現(xiàn)。實(shí)際上，大多數(shù)這種特征都已經(jīng)以相同的語句或其它的結(jié)合上下文的方式被提及，因此所述特征只在特定公開的組合中出現(xiàn)是不正確的；反而，原則上還能夠減少或改變多個(gè)所述特征，只要其不涉及本發(fā)明的功能特性。

附圖標(biāo)記列表

1 工件

2 凹口

3 邊緣

4 硬化區(qū)域

5 未硬化區(qū)域

6 未硬化區(qū)域

7 孔

8 鉚釘

9 凹部

10 焊點(diǎn)

11 裂紋

12 邊緣

13 線