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以高生產(chǎn)率生產(chǎn)經(jīng)壓制硬化并涂覆的鋼部件的方法與流程

文檔序號(hào):11849734閱讀:190來(lái)源:國(guó)知局
在這類應(yīng)用中,目的是制造結(jié)合了高機(jī)械強(qiáng)度、良好耐腐蝕性和良好可焊接性的鋼部件。還必須能夠使用高生產(chǎn)力方法制造這些熱沖壓部件。這些要求特別適用于汽車行業(yè),其中目的是顯著降低車輛的重量。例如,防撞入的部件或在機(jī)動(dòng)車安全方面發(fā)揮作用的部件如保險(xiǎn)杠、門加強(qiáng)件或中柱均需要上述品質(zhì)。這些品質(zhì)可特別地通過(guò)顯微組織為馬氏體或貝氏體-馬氏體的鋼部件而獲得。已知此類部件的制造特別地來(lái)自于公開(kāi)FR2780984和FR2807447,根據(jù)所述公開(kāi),將由鋼板切割而成用于熱處理、預(yù)涂覆有金屬或金屬合金的板坯在爐中加熱并且然后熱沖壓。預(yù)涂層可以是鋁或鋁合金、鋅或鋅合金。在爐內(nèi)加熱期間,該預(yù)涂層與鋼基材合金化以形成為鋼表面提供保護(hù)使其免于脫碳和形成氧化皮(scalet)的化合物。該化合物適于熱成形。在成形之后將工件保持在工具中使得能夠快速冷卻,這導(dǎo)致在鋼基材中獲得與強(qiáng)度和硬度的良好機(jī)械特征有關(guān)的硬化顯微組織。該方法被稱作“壓制硬化”。在此類方法中,板坯一般在連續(xù)爐中進(jìn)行加熱,由此所述板坯在這些爐中在輥上向前移動(dòng)。該階段包括加熱步驟,隨后是在加熱爐內(nèi)保持溫度,一般為約900℃至950℃。保持溫度和保持時(shí)間是板坯厚度和板坯上預(yù)涂層類型等的函數(shù)。出于生產(chǎn)力的原因,期望使用能夠盡可能地縮短在爐內(nèi)加熱步驟的方法。在這點(diǎn)上,公開(kāi)EP2312005公開(kāi)了一種這樣的方法,其中提供具有鋁預(yù)涂層的鋼線圈,并且然后在600℃至750℃下退火1小時(shí)至200小時(shí)的時(shí)間段。發(fā)生鐵從基材向預(yù)涂層的擴(kuò)散,到達(dá)獲得預(yù)合金產(chǎn)物的程度。在切割之后,可更快速地加熱這些預(yù)合金的板坯,特別由于由預(yù)合金處理引起的發(fā)射率改變。然而,該方法需要對(duì)線圈進(jìn)行預(yù)先、耗時(shí)的退火。文獻(xiàn)EP2463395也提出了借助多種方法局部地降低板坯的反射率以加速加熱階段的動(dòng)力學(xué):預(yù)先施加黑漆,通過(guò)噴丸清理、軋制、激光或在酸溶液中浸漬蝕刻來(lái)改變表面粗糙度。該文獻(xiàn)還描述了這樣的實(shí)施例:其中水相中的顏料和溶劑相中基于聚酯/三聚氰胺的黑漆已經(jīng)沉積在鍍鋅的預(yù)涂層上??紤]到常規(guī)的混合速率:在干燥之后漆層中90%至92%的聚酯和8%至10%的三聚氰胺(C12H30N6O6),并且按體積計(jì)30%的最大顏料濃度,在干燥之后用于這些測(cè)試的漆層中的氮含量的量級(jí)為1.7至2.4%%。然而,該方法完全忽視了與這些部件的后續(xù)使用相關(guān)的某些基本問(wèn)題。在熱沖壓之后,所述部件必須適用于通過(guò)電泳的涂漆,必須可焊接并耐腐蝕。然而,將如下所示,在熱沖壓之前施加耐高溫的常規(guī)黑漆不可能獲得這些特性。因此已經(jīng)進(jìn)行了嘗試來(lái)確定這樣的方法:其能夠同時(shí)地提高熱沖壓過(guò)程的生產(chǎn)力并控制該過(guò)程以使由此獲得的經(jīng)熱沖壓和硬化的部件與常規(guī)工業(yè)生產(chǎn)條件相容,即例如,他們不需要改變用于這些部件裝配的電阻點(diǎn)焊機(jī)的現(xiàn)有設(shè)置。該方法還必須與用鋁涂層預(yù)涂覆的焊接板坯的制造相容,所述制造需要在板坯邊緣上預(yù)先去除預(yù)涂層的一部分,如文獻(xiàn)EP2007545中所述。還進(jìn)行了嘗試以確定這樣的方法:其對(duì)制造條件的某些潛在變化相對(duì)不敏感。特別地,已經(jīng)進(jìn)行了嘗試以設(shè)計(jì)一種方法,所述方法的結(jié)果對(duì)預(yù)涂覆板坯的制備條件相對(duì)不敏感。此外,尋找這樣的方法:其將能夠獲得對(duì)延遲開(kāi)裂的優(yōu)異抗性。已知的是壓制硬化能夠獲得具有極高機(jī)械強(qiáng)度的部件,所述部件的顯微組織可在應(yīng)力存在下由于氫的存在對(duì)開(kāi)裂敏感,例如由切割部件得到的那些。因此已經(jīng)進(jìn)行了嘗試以限定這樣的方法:其對(duì)延遲開(kāi)裂不存在任何增加風(fēng)險(xiǎn)或?qū)⑸踔聊軌蚪档蛯?duì)該風(fēng)險(xiǎn)的敏感度。已經(jīng)進(jìn)行了另外的嘗試限定這樣的方法:其能夠由不同厚度的板制造焊接板坯,所述不同厚度的板將不會(huì)在這些焊接板坯的不同部分中產(chǎn)生顯著不同的加熱速率。最后,已經(jīng)進(jìn)行了嘗試來(lái)設(shè)計(jì)這樣的方法:其中組成步驟和物理元件使得該方法能夠得以實(shí)施而不會(huì)導(dǎo)致高成本增加。令人驚奇地,本發(fā)明人已經(jīng)示出可由于在熱沖壓之前將聚合層沉積在包括至少一個(gè)鋁層或鋁合金層的預(yù)涂層上來(lái)經(jīng)濟(jì)地解決上述提到的問(wèn)題,其中聚合層由包含量為3重量%至30重量%的碳顏料的特定聚合物構(gòu)成。為此,本發(fā)明的第一目的是包括用于熱處理的鋼基材1的預(yù)涂覆板或板坯,所述鋼基材至少一個(gè)主面的至少一部分被預(yù)涂層2所覆蓋,所述預(yù)涂層包括至少一個(gè)鋁層或鋁合金層,所述預(yù)涂層的至少一部分被聚合層3所覆蓋,所述聚合層3的厚度為2μm至30μm,由不含硅并且相對(duì)于所述層氮含量小于1重量%的聚合物組成,其中相對(duì)于所述層,所述聚合物層包含量為3重量%至30重量%的碳顏料。優(yōu)選地,聚合物的元素選自C、H、O、N。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,聚合層由在水相中的分散體或乳液形式的樹脂獲得。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案,聚合層由在非水性溶劑中的溶液形式的樹脂獲得。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,聚合層由與基材輥壓接合的膜組成。優(yōu)選地,聚合層由丙烯酸型樹脂獲得。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,聚合層由在非水性溶劑中為溶液形式的環(huán)氧型樹脂或丙烯酸型樹脂獲得。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,聚合層由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚乙烯或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯或聚丙烯膜組成。顏料優(yōu)選至少部分地由活性炭構(gòu)成。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,顏料至少部分地由石墨構(gòu)成。相對(duì)于層按重量表示,聚合物層中活性炭的量?jī)?yōu)選少于5%。優(yōu)選地,鋁層或鋁合金層構(gòu)成預(yù)涂層厚度的多于50%。本發(fā)明的另一個(gè)目的是根據(jù)上述實(shí)施方案之一的板或板坯,其特征在于預(yù)涂層包括接觸基材1的金屬間合金層4,所述金屬間合金層被金屬鋁合金層5所覆蓋,并且特征在于,在所述板的至少一個(gè)預(yù)涂覆表面上,聚合層和金屬合金層不存在于區(qū)域6中,其中該區(qū)域位于所述板或所述板坯的邊緣上。本發(fā)明的又一個(gè)目的是通過(guò)焊接至少兩個(gè)板坯獲得的焊接板坯,其中板坯7中的至少之一是厚度e7的根據(jù)上述特征中任一者的板坯,并且所述板坯中的至少之一是厚度e8的板坯8,板坯8由通過(guò)被與所述板坯7相同的鋁層或鋁合金層涂覆的鋼基材構(gòu)成,其中板坯7和8的厚度使得:板坯(7)優(yōu)選為涂覆在聚合層3的整個(gè)預(yù)涂層上的板坯,并且厚度e7和e8使得:本發(fā)明的再一個(gè)目的是部件9,所述部件9通過(guò)以下步驟獲得:使具有包括至少一個(gè)鋁層或鋁合金層的預(yù)涂層的板或板坯奧氏體化,隨后通過(guò)保持在沖壓工具中熱沖壓并硬化,其中所述部件的基材10的顯微組織包含馬氏體和/或貝氏體,其中基材的至少一個(gè)主表面被涂層11所覆蓋,涂層11由鋼基材和預(yù)涂層之間的相互擴(kuò)散得到,其中涂層11被氧化物層12所覆蓋,其中在所述部件表面之下0μm至0.01μm之間氧的平均百分?jǐn)?shù)小于25重量%,并且在所述表面之下0.1μm至0.2μm之間氧的平均百分?jǐn)?shù)小于10重量%。本發(fā)明的另一個(gè)目的是一種用于制造經(jīng)壓制硬化的部件的方法,所述方法包括依次進(jìn)行的以下步驟:-提供用于熱處理的鋼板或板坯基材,-施加預(yù)涂層,所述預(yù)涂層包括在板或板坯至少一個(gè)主面上接觸鋼基材的至少一個(gè)鋁層或鋁合金層,然后,-在所述預(yù)涂層上,沉積厚度為2μm至30μm的聚合層3,所述聚合層由不含硅并且氮含量為相對(duì)所述層小于1重量%的聚合物組成,其中所述聚合層包含相對(duì)于所述層量為3重量%至30重量%的碳顏料,然后-對(duì)所述板坯或板進(jìn)行加熱以在鋼基材與預(yù)涂層之間實(shí)現(xiàn)相互擴(kuò)散,以使所述鋼具有部分或完全奧氏體組織,然后-對(duì)板坯或板進(jìn)行熱沖壓以獲得部件,然后-通過(guò)所述部件將保持在沖壓工具中對(duì)其進(jìn)行冷卻,使得在所述部件的至少一部分中鋼基材的顯微組織包含奧氏體和/或貝氏體。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,板或板坯的厚度為1mm至2mm,并且板坯或板在50℃至500℃之間的加熱速率為15℃/s至35℃/s。優(yōu)選地,鋁層或鋁合金層占預(yù)涂層厚度的多于50%。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,聚合物的元素選自C、H、O、N。本發(fā)明的又一個(gè)目的是一種用于制造經(jīng)熱沖壓并壓制硬化的焊接板坯的方法,所述方法包括依次進(jìn)行的以下步驟:-提供通過(guò)焊接至少兩個(gè)板坯產(chǎn)生的焊接板坯,其包括-至少一個(gè)厚度為e7的根據(jù)上述特征任一者的板坯7,-至少一個(gè)厚度為e8的板坯8,所述板坯8由涂覆有與所述板坯7相同的預(yù)涂層的鋁層或鋁合金層的鋼基材構(gòu)成,-其中板坯7和8的厚度使得-對(duì)所述焊接板坯進(jìn)行加熱以影響鋼基材與預(yù)涂層之間的相互擴(kuò)散并且使鋼具有部分或完全奧氏體組織,然后-對(duì)所述焊接板坯進(jìn)行沖壓以獲得經(jīng)熱沖壓的焊接板坯,然后-通過(guò)將經(jīng)熱沖壓的焊接板坯保持在沖壓工具中對(duì)其進(jìn)行冷卻以在經(jīng)熱沖壓的焊接板坯的基材的至少一部分中獲得馬氏體和/或貝氏體。優(yōu)選地,根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)熱沖壓和硬化的焊接板坯的特征在于,板坯7被聚合層3涂覆在整個(gè)預(yù)涂層上,并且特征在于:本發(fā)明的另一些特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下描述中變得顯而易見(jiàn),該描述參考附圖借助實(shí)施例給出,其中:圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的預(yù)涂覆板或板坯在熱沖壓之前的示意性實(shí)例。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明焊接的板坯的示意性實(shí)例,其中兩個(gè)板坯不具有相同的厚度。圖3示出了意在經(jīng)激光焊接然后經(jīng)熱沖壓的根據(jù)本發(fā)明的板坯的示意性實(shí)例。圖4是在根據(jù)本發(fā)明的熱沖壓件上觀察到的層構(gòu)成的實(shí)例的示意性說(shuō)明。應(yīng)注意的是,這些圖無(wú)意于按比例重現(xiàn)不同構(gòu)成元件的相對(duì)尺寸。圖5示出了在加熱至900℃隨后熱沖壓并壓制硬化之后氧含量的表面曲線分析。圖6示出了在加熱至900℃隨后熱沖壓并壓制硬化之后碳含量的表面曲線分析。圖7示出了不是根據(jù)本發(fā)明的預(yù)涂覆板坯在900℃下處理隨后熱沖壓并壓制硬化之后碳、氧和硅的表面曲線分析。圖8示出了與不包含具有碳顏料的聚合物層的預(yù)先沉積物的經(jīng)熱沖壓的部件相比根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)熱沖壓的部件的表面外觀,其中前者示于圖9中。用于根據(jù)本發(fā)明的方法的鋼板的厚度優(yōu)選為約0.5mm至4mm,該厚度范圍特別地用于制造機(jī)動(dòng)車行業(yè)用的結(jié)構(gòu)部件或加強(qiáng)部件。基材的鋼是用于熱處理的鋼,即能夠在奧氏體化之后硬化并通過(guò)淬火快速冷卻的鋼。通過(guò)舉例的方式,所述鋼有利地包含以下元素,其中組成按重量百分比表示:-碳含量:0.07重量%至0.5重量%、優(yōu)選0.09重量%至0.38重量%、并且非常優(yōu)選0.15重量%至0.25重量%。該元素在奧氏體化處理后的冷卻之后獲得的硬化性和機(jī)械強(qiáng)度方面發(fā)揮重要作用。含量低于0.07重量%時(shí),對(duì)硬化的合適性降低并且壓制硬化后的機(jī)械拉伸強(qiáng)度不足。0.15%的C含量能夠確保最高熱加工區(qū)中的充分硬化性。含量大于0.5重量%時(shí),在硬化期間形成缺陷的風(fēng)險(xiǎn)增加,特別是對(duì)于最厚的部件而言。也變得難以確保在壓制硬化后在部件彎曲期間的延展性。0.09%至0.38%的碳含量能夠在部件的顯微組織完全馬氏體化時(shí)獲得大約1000MPa至2050Mpa的拉伸強(qiáng)度Rm。–錳除了其脫氧作用之外,還對(duì)硬化性具有重要影響,特別是當(dāng)以大于0.5重量%,并且優(yōu)選大于0.8重量%的量存在時(shí)。然而,優(yōu)選地將其添加量限制到3重量%,非常優(yōu)選地將其限制到1.5重量%以避免過(guò)度偏析(segregation)。–鋼的硅含量必須為0.02重量%至0.5重量%,并且優(yōu)選為0.1重量%至0.35重量%。該元素除了在鋼水脫氧中的作用之外,還有利于鋼的硬化,但是仍必須對(duì)其濃度進(jìn)行限制以防止氧化物的過(guò)量形成以及避免對(duì)可熱浸涂性的任何不利影響。-在大于0.01%的濃度之上,鉻增加硬化性并且有助于在熱成形操作之后獲得高強(qiáng)度。在等于1%(優(yōu)選0.3%)的濃度之上,鉻對(duì)部件中機(jī)械特性均勻性的影響飽和。–鋁是促進(jìn)氮的氧化和沉淀的元素。在煉鋼期間形成過(guò)量的粗的鋁酸鹽,這傾向于降低延展性,因此將鋁含量限制到0.25重量%。0.001%的最低濃度能夠在加工期間使液態(tài)的鋼氧化。-過(guò)量的硫和磷導(dǎo)致脆性增加。這是優(yōu)選將這些元素的水平分別限制到0.05重量%和0.1重量%的原因。-硼是在硬化性方面起重要作用的元素,其含量必須為0.0005重量%至0.010重量%,并且優(yōu)選為0.002重量%至0.005重量%。含量低于0.0005重量%時(shí),則無(wú)法獲得對(duì)硬化性的充分效果。含量為0.002重量%時(shí),則獲得完全效果。最大硼含量必須低于0.010重量%,并且優(yōu)選為0.005重量%,以免對(duì)韌性產(chǎn)生不利影響。–鈦對(duì)氮具有強(qiáng)親和力。其保護(hù)硼使得該元素呈游離形式,從而使其能夠?qū)τ不援a(chǎn)生完全作用。然而,高于0.2%時(shí),鋼水中存在形成粗的氮化鈦的風(fēng)險(xiǎn),從而對(duì)韌性具有負(fù)面影響。鈦含量?jī)?yōu)選為0.02%至0.1%。-任選地,鋼還可包含量為0.001重量%至0.3重量%的鎢。由于形成碳化物,示出量的該元素增加了硬化性和對(duì)硬化的適合性。-任選地,鋼還可包含量為0.0005%至0.005%的鈣。通過(guò)與氧和硫結(jié)合,鈣防止了大的夾雜物的形成,所述大的夾雜物對(duì)由其制造的板或部件的延展性具有不期望的影響。鋼組成的余量由鐵和加工中產(chǎn)生的不可避免的雜質(zhì)組成。優(yōu)選地,將使用22MnB5鋼,其以重量百分?jǐn)?shù)為單位包含以下成分:0.20%至0.25%的C、1.1%至1.35%的Mn、0.15%至0.35%的Si、0.02%至0.06%的Al、0.02%至0.05%的Ti、0.02%至0.25%的Cr、0.002%至0.004%的B,余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)組成。鋼基材包括鋁或鋁合金的預(yù)涂層。在鋁合金預(yù)涂層的情況下,涂層因此包含含量大于50重量%的鋁。這種優(yōu)選地通過(guò)連續(xù)熱浸工藝施加的預(yù)涂層有利地為鋁-硅合金,所述鋁-硅合金包含7重量%至15重量%的硅、2重量%至4重量%的鐵、任選地15ppm至30ppm的鈣,余量由鋁和加工中產(chǎn)生的不可避免的雜質(zhì)組成。預(yù)涂層還可以是這樣的鋁合金:包含40%至45%的Zn、3%至10%的Fe、1%至3%的Si,余量由鋁和加工中產(chǎn)生的不可避免的雜質(zhì)組成。預(yù)涂層還可由以順序步驟沉積的層的疊置構(gòu)成,這些層中的至少一者為鋁或鋁合金。鋁或鋁合金層(或者,如果存在多個(gè)這種類型的層,則這些層的厚度總和)優(yōu)選地占預(yù)涂層厚度的多于50%。該預(yù)涂層在板至少一個(gè)主要表面上被包含碳顏料的聚合層所覆蓋。所述層可沉積在整個(gè)金屬預(yù)涂層上或僅被沉積在其一部分上。在僅被沉積在其一部分上的情況下,在所述層存在的區(qū)域中獲得下述的被該層賦予的效應(yīng)。特別是關(guān)于該層的熱效應(yīng),在與已經(jīng)沉積所述層的位置相鄰的區(qū)域中也較小程度上賦予了該熱效應(yīng)。該聚合層可特別地通過(guò)以下步驟獲得:-以在水相中的分散體或乳液形式的樹脂開(kāi)始。特別地,可使用丙烯酸型樹脂。-以在非水性溶劑中的溶液形式的樹脂開(kāi)始。特別地,可使用環(huán)氧型樹脂,例如,環(huán)氧苯酚或丙烯酸樹脂。-以輥壓接合至基材板的熱塑性聚合物膜開(kāi)始。特別地,可使用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚乙烯或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯或聚丙烯膜。出于生產(chǎn)力和厚度規(guī)則性的原因,該層可優(yōu)選地通過(guò)輥涂沉積。在聚合和/或干燥之后,獲得聚合層,其厚度為2μm至30μm。小于2μm的厚度使得不可能獲得實(shí)施所述方法的足夠的覆蓋率。大于30μm的厚度導(dǎo)致在隨后加熱期間增加爐污染的風(fēng)險(xiǎn)。板或預(yù)涂覆板坯在圖1中示意性地示出。圖1示出了被金屬預(yù)涂層2覆蓋的用于熱處理的鋼基材1,所述金屬預(yù)涂層2其本身被包含碳顏料的聚合層3所覆蓋。在該階段,鋼基材仍未硬化,即其不含任何由硬化所得的組成部分或至少僅含一些由硬化所得的組成部分,例如少于10%的馬氏體。板或板坯具有基本上平坦的形狀。在壓制硬化方法中,將鋼基材加熱到溫度Tγ,至少部分地導(dǎo)致其奧氏體化以在隨后冷卻期間實(shí)現(xiàn)馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變。如果將用漆涂覆的板加熱至這樣的溫度,則然后將自然地選擇耐受高于Tγ的溫度T的漆,即其中對(duì)于漆中顏料,粘合劑保持其功能性的漆。已知的是,耐高溫的顏料一般為由此含硅的硅酮或聚硅氧烷樹脂。實(shí)際上,其基于含非常穩(wěn)定的鍵并耐高溫的Si-O-Si鏈。然而,本發(fā)明人已經(jīng)出乎意料地發(fā)現(xiàn),使用不含硅的聚合物是必要的。當(dāng)所述聚合物的組成元素選自碳、氫、氧或氮時(shí),獲得了以下闡明的有益效果。在加熱期間,這些聚合物在低于Tγ的溫度下分解并且部分地與爐氣氛的氧結(jié)合。然后可期望的是,失去粘合劑的漆的顏料將不再粘附于基材并將變得不連接。在加熱之后還可能擔(dān)心的是,將存在源自漆分解的層,其將妨礙電泳或電阻焊接的后續(xù)實(shí)施。然而,本發(fā)明人已經(jīng)出乎意料地示出,這些不期望的后果不會(huì)發(fā)生在本發(fā)明的條件下。聚合層3的氮含量必須被限制到1%,優(yōu)選0.5%,并且非常優(yōu)選0.2%,否則出現(xiàn)在加熱至沖壓所需的溫度期間形成HCN型化合物或過(guò)量氨的不利后果。相對(duì)于聚合層3,碳顏料的含量為3重量%至30重量%。低于3重量%時(shí),則加熱周期時(shí)間的減少是不足的。高于30重量%時(shí),則混合物的黏度不適合于施用。在該含量范圍內(nèi),在熱沖壓之后獲得的部件幾乎沒(méi)有碳的表面富集,如下文所示。碳顏料可以為石墨或活性炭形式。通過(guò)高溫碳化步驟獲得的活性炭形式的碳顏料具有無(wú)定形結(jié)構(gòu)和賦予其高吸附能力的大比表面積。相對(duì)于沉積層,活性炭的含量必須小于5重量%以適用于與聚合物混合。包括金屬預(yù)涂層和含碳顆粒的聚合物層的板坯在常溫至溫度Tγ(常規(guī)大約為900℃)的普通氣氛下在爐內(nèi)進(jìn)行加熱,這使得后續(xù)熱沖壓成為可能。在加熱期間,所述層中的碳存在于板坯表面上用于該加熱步驟的最大部分,即其對(duì)反射率的影響施加于該步驟的大部分,并且其因此有助于非常顯著地降低所述步驟的持續(xù)時(shí)間。在本發(fā)明的條件下,本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn),所述碳在加熱期間在爐內(nèi)逐步與氧結(jié)合,并且當(dāng)板坯達(dá)到溫度Tγ時(shí)幾乎完全消失。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn),施加根據(jù)本發(fā)明的漆不需要后續(xù)噴砂處理來(lái)消除潛在的氧化物層,所述氧化物層可通過(guò)電泳對(duì)后續(xù)涂漆產(chǎn)生不利影響。施加根據(jù)本發(fā)明的漆不改變部件在沖壓之后的電阻焊接的適合性,使得沒(méi)有必要改變焊接機(jī)的設(shè)置。此外,將如以下所示,由于可擴(kuò)散氫含量的降低,根據(jù)本發(fā)明的方法能夠增加對(duì)經(jīng)熱沖壓的部件的延遲開(kāi)裂的抗性。施加根據(jù)本發(fā)明的漆不會(huì)降低經(jīng)熱沖壓的部件的耐腐蝕性。可以以圖2中示出的一種具體方式實(shí)施本發(fā)明,圖2示意性示出了包括具有相應(yīng)厚度e7和e8()的兩個(gè)板坯7和8的焊接板坯。這兩個(gè)板坯包括預(yù)涂覆有鋁或鋁合金的鋼基材,其中預(yù)涂層在兩個(gè)板坯上是相同的。焊接接頭可通過(guò)任意合適的方法產(chǎn)生,特別是通過(guò)弧焊或激光焊接。如果加熱這種類型的焊縫用于熱沖壓,則組成部件的不同厚度在兩個(gè)部件中產(chǎn)生不同的加熱動(dòng)力學(xué),其中板坯7加熱得比較薄的板坯8慢。這進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致在熱沖壓之后基材以及部件7和8的涂層中的不同顯微組織和不同特性。在某些情況下,無(wú)法確定令人滿意的操作條件(如加熱溫度和保持時(shí)間)以在焊接接頭的不同組成區(qū)域中獲得期望的特性。本發(fā)明教導(dǎo)了,沉積上述聚合物層以在較厚板坯7上獲得包含3%至30%碳顏料的聚合層。較薄板坯8在鋁或鋁合金預(yù)涂層上不具有這樣的層。根據(jù)經(jīng)熱沖壓的部件上的期望均勻特性,可在整個(gè)板坯7上或僅在其一部分上沉積所述層。然后將焊接板坯放置于爐內(nèi)。預(yù)先施加漆層能夠增加板坯7的發(fā)射率并縮小由兩個(gè)板坯7和8的厚度差異導(dǎo)致的兩個(gè)板坯7與8之間加熱速率的差異。本發(fā)明人已經(jīng)示出,當(dāng)以的方式提供板坯時(shí),在部件7和8中加熱持續(xù)時(shí)間幾乎相同,因?yàn)槭┘痈鶕?jù)本發(fā)明的漆層改變了發(fā)射率從而幾乎完全抵消了板坯7與8厚度之間的差異對(duì)加熱周期的影響,這確保了熱沖壓和壓制硬化之后部件特性的優(yōu)良均勻性。例如,可利用鋁硅合金(包含7重量%至15重量%的硅、2重量%至4重量%的鐵、任選15ppm至30ppm的鈣,剩余物由鋁和加工中產(chǎn)生的不可避免的雜質(zhì)組成)預(yù)涂覆板坯7和8。在這些條件下,如圖3示意性地示出的,預(yù)涂層2包括接觸鋼基材1的幾微米厚的金屬間合金層4,所述金屬間合金層主要包含F(xiàn)e2Al3、Fe2Al5和FexAlySiz。該金屬間層4被金屬合金Al-Si-Fe層5覆蓋。在較厚板坯7上,該層5本身被包含3%至30%碳顏料的上述聚合物層3所覆蓋。為了防止在焊接期間在熔融區(qū)域中形成脆性金屬間化合物,將金屬合金層5移動(dòng)至板坯的邊緣上,將金屬間合金的薄層4留在原位。這種局部燒蝕可通過(guò)任意方式進(jìn)行,特別是通過(guò)使用脈沖激光的熔融和汽化。本發(fā)明人已經(jīng)示出,具有碳顏料的聚合物層的存在不妨礙燒蝕,其可在令人滿意的生產(chǎn)力條件下進(jìn)行。通過(guò)舉例,可使用50W至1.5kW的激光功率、量級(jí)為3m/mn至6m/mn的燒蝕速率和300nm至1500nm的波長(zhǎng)獲得期望的結(jié)果。圖3示出了如下一個(gè)實(shí)例,其中已經(jīng)將漆層3和金屬合金層5移動(dòng)至預(yù)涂覆涂漆板坯的一個(gè)邊緣上。因此,金屬間涂層4在該燒蝕之后暴露在表面6上。圖3示出了如下實(shí)例,其中已經(jīng)在板坯的單個(gè)表面上進(jìn)行了燒蝕。當(dāng)期望使通過(guò)再熔融引入到熔融焊接金屬中的鋁的量最小化時(shí),還可在兩個(gè)面上進(jìn)行這種燒蝕。沿著已經(jīng)進(jìn)行燒蝕的邊緣焊接板坯。然后對(duì)所述板坯進(jìn)行加熱、熱沖壓并壓制硬化。本發(fā)明人已經(jīng)示出,根據(jù)本發(fā)明的方法能夠制造經(jīng)熱沖壓的部件,所述部件具有良好的點(diǎn)焊和通過(guò)電泳涂漆的適合性、良好的耐腐蝕性和延遲開(kāi)裂抗性。通過(guò)非限制性實(shí)例,以下實(shí)施方案說(shuō)明了通過(guò)本發(fā)明獲得的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例1:提供了由具有按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)的以下組成的鋼制成的1mm厚板坯:0.228%C、1.189%Mn、0.014%P、0.001%S、0.275%Si、0.028%Al、0.034%Ti、0.003%B、0.177%Cr,余量為鐵和加工產(chǎn)生的雜質(zhì)。這些板坯在各表面上包括24μm厚的預(yù)涂層,所述預(yù)涂層包含9重量%的硅、3重量%的鐵,余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)。在這些板坯的一些上,然后在示于下表的不同條件下在水相中通過(guò)輥涂在全部?jī)蓚€(gè)表面上沉積由聚合物和碳顏料構(gòu)成的層。在沉積層上丙烯酸苯氧基樹脂包含少于0.2%的氮。在這些輥涂的層中碳顏料按重量百分?jǐn)?shù)示于下表1中。使所沉積的層通過(guò)70℃的干燥室5分鐘對(duì)其進(jìn)行干燥。表1.試驗(yàn)條件(I=本發(fā)明,R=參比)熱重分析示出,大多數(shù)丙烯酸樹脂在大約400℃下分解。在普通氣氛下在爐內(nèi)將在上表中所示的條件下制備的鋼板坯從常溫加熱至900℃,在該溫度下保持一分鐘,然后通過(guò)將鋼板坯保持在沖壓工具中對(duì)其熱沖壓并回火硬化。由此獲得的快速冷卻轉(zhuǎn)變了鋼基材上的馬氏體組織。機(jī)械強(qiáng)度Rm為約1500MPa。熱循環(huán)引起基材的鐵與涂層的合金化,從而獲得基本上包含鋁、鐵和硅的金屬間合金。在每個(gè)上述條件中,使用熱電偶測(cè)量加熱的持續(xù)時(shí)間即板坯為常溫時(shí)并且其達(dá)到900℃時(shí)的時(shí)刻之間流逝的時(shí)間。結(jié)果列于表2中。表2-從20℃加熱至900℃的持續(xù)時(shí)間只與金屬預(yù)涂層(試驗(yàn)R2)相比,施加含碳顏料的聚合層(試驗(yàn)I1至I5和R1)能夠?qū)⒓訜釙r(shí)間減少多于50%。還在厚度為1mm至2mm于條件I3和R2下制備的板坯上測(cè)量在50℃至500℃之間加熱期間獲得的平均速率。表3列出了所得到的結(jié)果。表3:50℃至500℃之間的加熱速率在本發(fā)明的條件下,因此顯示出,可在50℃至500℃之間在整個(gè)厚度范圍實(shí)現(xiàn)15℃/s至40℃/s的加熱速率,但是在參比條件R2下該速率保持低于12℃/s。圖5示出了對(duì)加熱至900℃并且然后硬化的板坯上進(jìn)行的通過(guò)輝光放電光譜儀的氧分析。這些分析表示了氧含量按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)作為從壓制硬化部件表面開(kāi)始的厚度函數(shù)的變化。關(guān)于參比試驗(yàn)R1(聚硅氧烷類涂層)和R2(沒(méi)有施加漆的金屬預(yù)涂層),施加根據(jù)本發(fā)明的樹脂和碳顏料(I3)導(dǎo)致外表面上氧化物層的減少。在試驗(yàn)I3的情況下,在表面之下0μm至0.01μm之間所測(cè)量的平均氧含量為16.7%,而對(duì)于試驗(yàn)R2來(lái)說(shuō)其為30.3%。平均表面氧含量的這種減少能夠減小接觸電阻,提高了電阻點(diǎn)焊的適合性。不局限于特定理論,認(rèn)為使根據(jù)本發(fā)明的聚合物層沉積至一定程度,保護(hù)了下面的鋁合金層并降低了氧化鋁在所述表面上的形成。在另一些試驗(yàn)I4和I5中,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氧含量作為深度函數(shù)的變化非常類似于圖5中I3所示出的。在試驗(yàn)R1的情況下,使用聚硅氧烷類聚合物導(dǎo)致了厚氧化物層的形成。在表面之下0.1μm至0.2μm之間所測(cè)量的平均氧含量為18%,而在本發(fā)明條件下平均氧含量小于10%:試驗(yàn)I3中為3.8%、試驗(yàn)I4中為3%、試驗(yàn)I5為4.8%。在試驗(yàn)R1的情況下,為了進(jìn)行后續(xù)通過(guò)電泳的涂漆,有必要通過(guò)昂貴的噴砂或噴丸處理移除氧化物層,而這些處理在本發(fā)明的情況下是不必要的,因?yàn)檠趸飳泳哂酗@著更低的厚度。在根據(jù)本發(fā)明的試驗(yàn)I3至I5中,在壓制硬化之后的表面氧含量相對(duì)獨(dú)立于沉積在預(yù)涂層上的聚合層的厚度,如下表所示。表4:表面上的氧含量作為預(yù)涂層上聚合物沉積物厚度函數(shù)的特征這意味著,可以以一定的厚度容差進(jìn)行使具有碳顆粒的聚合物層沉積的起始步驟,并因此不需要進(jìn)行特定昂貴的施加方法。將在圖6中觀察到,相比較于參比情況R2,在本發(fā)明的條件(試驗(yàn)I3和I5)下沉積碳顏料與聚合物不會(huì)導(dǎo)致顯著的碳表面富集。與已經(jīng)預(yù)期的相反,本發(fā)明人已經(jīng)示出,在壓制硬化處理之后,碳顏料的添加甚至?xí)p少外表面上的碳含量。這表明在爐內(nèi)板坯的加熱階段期間,幾乎完全地發(fā)生了碳與氧在大氣中的反應(yīng)。在本發(fā)明的條件下,在加熱期間在不同溫度下中斷的試驗(yàn)示出,在該步驟的大部分中碳仍存在于板坯的表面上,即在加熱周期的很大一部分期間直接產(chǎn)生所述碳對(duì)反射率的影響。但是,如上所述,大氣氧與碳的逐步組合導(dǎo)致當(dāng)板坯溫度達(dá)到900℃時(shí)碳元素幾乎完全消失。在參比條件(R1)下設(shè)置沉積物的情況下,圖7示出了在通過(guò)加熱至900℃、在該溫度下保持一分鐘、繼而熱沖壓并壓制硬化獲得的按重量計(jì)部件上所測(cè)量的碳、氧和硅含量的變化。除了比根據(jù)本發(fā)明的I3至I5試驗(yàn)更高的氧含量以外,表面硅含量也有顯著增加,所述硅以氧化物的形式存在,所述氧化物由于接觸電阻(大于1.5毫歐)的急劇增加改變了電阻焊接的適合性。通過(guò)在350daN焊接力下進(jìn)行點(diǎn)焊來(lái)評(píng)估根據(jù)條件I2和R2得到的部件的電阻點(diǎn)焊的適合性??珊附有苑秶膶挾韧ㄟ^(guò)最小強(qiáng)度Imin(能夠獲得與令人滿意的機(jī)械強(qiáng)度相關(guān)的6mm的點(diǎn)直徑)和最大強(qiáng)度Imax(超過(guò)該最大強(qiáng)度Imax在焊接期間液體金屬的排出)之差來(lái)評(píng)估??珊附有苑秶膶挾?Imax至Imin)為約1500A,對(duì)于條件I2和R2是相等的。同樣地,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)焊上的橫向拉伸試驗(yàn)的結(jié)果是相同的。對(duì)于焊接強(qiáng)度Imin而言,機(jī)械強(qiáng)度等于3370N(條件R2)和3300N(條件I2)。對(duì)于焊接強(qiáng)度Imax而言,機(jī)械強(qiáng)度等于4290N(條件R2)和4127N(條件I2)。因此,施加根據(jù)本發(fā)明的聚合物和碳顆粒不會(huì)改變點(diǎn)焊的適合性??蓪?shí)施本發(fā)明而不改變焊接機(jī)的設(shè)置??珊附宇A(yù)涂覆有具有根據(jù)本發(fā)明的聚合物和碳沉積物的鋁或鋁合金的板以及僅被預(yù)涂覆的板,確保所述焊接條件將完全適合于這兩種類型的板。在掃描電子顯微鏡下觀察在條件I1至I3和R2下經(jīng)熱沖壓并硬化的部件表面的頂部(zenith)。在參比條件(R2,圖8)下,表面粗糙度是顯著的,其通過(guò)后續(xù)電泳確保了良好的可涂漆性。圖9示出在本發(fā)明的條件(I2)下制造的部件的表面粗糙度是相似的。對(duì)條件I1和I3進(jìn)行相同的觀察。因?yàn)橐陨现赋觯鶕?jù)本發(fā)明制造的部件的表面沒(méi)有富集碳,這確保了電泳適應(yīng)性不會(huì)通過(guò)預(yù)先施加聚合物和碳顏料而降低。實(shí)施例2:根據(jù)來(lái)自表1的條件I2(根據(jù)本發(fā)明的AlSi預(yù)涂層和漆層)和R2(只有AlSi預(yù)涂層)評(píng)估對(duì)所制造的經(jīng)熱沖壓并壓制硬化的部件的不同形式腐蝕的抗性。在以下條件下測(cè)定耐化妝品(cosmetic)腐蝕性:制造不同深度的刮痕,僅影響經(jīng)熱沖壓的部件的涂層(條件A)或還影響基材(條件B)。在其本身公知的“NewVDATest233-102”中所述的條件下,這些部件在鹽霧中經(jīng)歷溫度和濕度的循環(huán)六周。然后測(cè)量刮痕的水平下起泡的寬度。結(jié)果呈現(xiàn)于表5中。表5-化妝品腐蝕的結(jié)果相比于參比試驗(yàn)2,發(fā)現(xiàn)施加根據(jù)本發(fā)明的漆不會(huì)降低耐化妝品腐蝕性。在上述“NewVDA”試驗(yàn)條件下,通過(guò)超過(guò)12周進(jìn)行的試驗(yàn)評(píng)估耐穿孔腐蝕性。測(cè)量的在條件I2和R2下制造的部件的重量損失如下:重量損失(g/m2)I2170R2180表6-化妝品腐蝕的結(jié)果相比于參比試驗(yàn)R2,施加根據(jù)本發(fā)明的漆不會(huì)降低耐穿孔腐蝕性。根據(jù)條件I2和R2熱沖壓并制造的1mm部件經(jīng)歷通過(guò)電泳的涂漆。測(cè)量方格圖案中在刮痕之后該電泳層的粘附,隨后浸入50℃的水中10天。發(fā)現(xiàn)施加根據(jù)本發(fā)明的漆不會(huì)降低電泳層的粘附。實(shí)施例3:獲得1.5mm和2mm厚由22MnB5鋼制成的板坯,所述板坯在其兩側(cè)包括23μm厚的預(yù)涂層,所述預(yù)涂層包含9%Si和3%Fe,余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)。在一些板坯上,在示于表1中的根據(jù)本發(fā)明的條件I2下,通過(guò)輥涂在全部?jī)蓚€(gè)主表面上使由聚合物和碳顏料組成的層沉積。不對(duì)其他板坯進(jìn)行涂漆(條件R)。將板坯加熱至900℃,在該溫度下保持一分鐘,然后通過(guò)將其保持在沖壓工具中來(lái)熱沖壓并硬化。使用本身已知的熱解吸分析法測(cè)量可擴(kuò)散氫含量。這些板坯的可擴(kuò)散氫含量列于表7中。涂層板坯的厚度(mm)可擴(kuò)散氫含量(ppm)I21.50.15R1.50.21I220.17R20.25表7-可擴(kuò)散氫含量根據(jù)本發(fā)明的特定漆的沉積物能夠非常顯著地減小可擴(kuò)散氫的含量。不受限于理論,本發(fā)明人認(rèn)為,施加根據(jù)本發(fā)明的沉積物縮短可以吸收氫期間(沖壓之前的加熱步驟期間)的時(shí)間長(zhǎng)度。因此,本發(fā)明能夠顯著降低對(duì)經(jīng)熱沖壓并硬化的部件的延遲開(kāi)裂的敏感度。因此,實(shí)施本發(fā)明能夠使用包含較高水平的合金元素并在熱沖壓之后導(dǎo)致較高機(jī)械強(qiáng)度的鋼,全都沒(méi)有增加關(guān)于延遲開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)施例4:獲得1mm、2mm和2.5mm厚由22MnB5鋼制成的板坯,所述板坯在其兩側(cè)包括23μm厚的預(yù)涂層,所述預(yù)涂層包含9%Si和3%Fe,余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)。預(yù)涂層由接觸鋼基材的約4μm厚薄的金屬間合金層組成,所述金屬間合金層主要由Fe2Al3、Fe2Al5和FexAlySiz組成。該金屬間層被19μm厚的Ai-Si金屬合金層所覆蓋。在表1所示的條件I2下,在一些板坯上通過(guò)輥涂在全部?jī)蓚€(gè)主表面上沉積由聚合物和碳顏料組成的層。將這些板坯加熱至900℃。通過(guò)熱電偶測(cè)量的熱循環(huán)能夠確定熱發(fā)射率。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明涂漆的板而言,熱發(fā)射率在加熱周期期間從約0.6降至0.3。對(duì)于未被涂漆的參比板而言,發(fā)射率在加熱周期期間從約0.2降至0.1。參考示意圖2,板坯通過(guò)激光焊接組裝,其中這些板坯是不同厚度的兩種板坯。厚度為e8標(biāo)識(shí)為8的較薄板坯由預(yù)涂覆有以上鋁合金的板組成。厚度為e7標(biāo)識(shí)為7的較薄板坯由預(yù)涂覆有根據(jù)以上條件I2的相同鋁合金和聚合層的板組成。為了防止在焊接期間熔融的區(qū)域中形成金屬間化合物,使用脈沖激光通過(guò)在兩個(gè)表面上從板坯的邊緣燒蝕掉1.1mm的寬度以移除金屬Al-Si-Fe合金涂層,將薄的金屬間合金層留在原位。在未被涂漆的預(yù)涂覆板坯的情況下,僅移除金屬合金層;在具有聚合層的預(yù)涂覆板坯的情況下,移除上述寬度的金屬合金層以及聚合層。3m/mn的燒蝕速率能夠獲得期望的結(jié)果。然后通過(guò)使用放置于焊接板坯(厚度為e7和e8的板坯)的兩個(gè)部件7和8的每個(gè)中的熱電偶測(cè)量溫度將這些焊接板坯加熱至900℃。由此測(cè)定部件7和8中每個(gè)的加熱時(shí)間以及在加熱的每個(gè)瞬間這兩個(gè)部件之間的溫度差。加熱周期期間的最大溫度差以及列于表8中。然后對(duì)焊接板坯進(jìn)行熱沖壓并壓制硬化。表8通過(guò)比較,表9呈現(xiàn)了在加熱由各自厚度為2mm和1mm的預(yù)涂覆有Al-Si合金、未被漆涂的兩個(gè)板坯組成的焊接板坯期間獲得的結(jié)果。表9在本發(fā)明的條件(試驗(yàn)I4和I5)下,加熱時(shí)間在組成焊接接頭的兩個(gè)部件7和8中非常相似。這能夠確保在焊接接頭的部件7和8中,奧氏體化之后的鋼基材和通過(guò)相互擴(kuò)散獲得的涂層的顯微組織將非常相似。通過(guò)比較,參比試驗(yàn)R3產(chǎn)生了這樣的情況,其中將焊接板坯的較厚部件加熱至900℃比薄部件慢得多。因此如果需要將焊接接頭的薄部件保持在900℃持續(xù)190s以便厚部件達(dá)到900℃的溫度,則這會(huì)導(dǎo)致較薄部件的鋼基材中不期望的奧氏體晶粒生長(zhǎng),或者在該部件中預(yù)涂層與基材之間過(guò)度的相互擴(kuò)散。根據(jù)本發(fā)明的方法能夠防止這些問(wèn)題。在試驗(yàn)I5中,當(dāng)之比等于2.5時(shí),在加熱周期中任意點(diǎn)處焊接接頭的兩個(gè)部件之間的溫度差特別低,小于2℃,然而在試驗(yàn)I4中其等于44℃。當(dāng)目的為焊接板坯加熱期間最大可能的熱均勻性時(shí),將選擇這種厚度比為2.2至2.6的優(yōu)選模式。因此,本發(fā)明盡可能在提高生產(chǎn)力的條件下生產(chǎn)經(jīng)熱沖壓的部件,表現(xiàn)出對(duì)點(diǎn)焊接和通過(guò)電泳涂漆的良好適合性、高的耐腐蝕性和對(duì)延遲開(kāi)裂的抗性。這些部件可有利地被用作機(jī)動(dòng)車結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的結(jié)構(gòu)部件或加強(qiáng)件。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 
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