硬化部件的組件及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)包括至少兩個(gè)接合的金屬部件的組件的方法，至少一個(gè)部件由能熱處理的鋼構(gòu)成，其中，通過使用熱接合方法使部件彼此接合以形成組件。本發(fā)明還涉及一種包括至少兩個(gè)接合的金屬部件的組件，至少一個(gè)部件由能熱處理的鋼構(gòu)成，并且部件借助熱接合方法來彼此接合以形成組件。
【背景技術(shù)】
[0002]包括至少兩個(gè)接合的金屬部件的組件通常用于提供例如鋼等金屬的復(fù)雜構(gòu)造，這些金屬完全不能夠形成為一件或者僅能以非常費(fèi)力的方式形成為一件。然后，通常將部件熱焊接以形成組件，使得在要接合的部分之間產(chǎn)生具有高承載能力的一體接合的連接部。隨著減小相應(yīng)組件的重量的需求增長(例如，在汽車制造中)，使用可以通過熱處理方法而硬化的能熱處理的鋼，從而可以提供非常高的強(qiáng)度值。相應(yīng)的能熱處理的鋼的典型實(shí)例是錳硼鋼。雙相鋼或TRIP(相變誘導(dǎo)塑性)鋼同樣可以通過導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的熱處理來硬化，以形成硬化微觀結(jié)構(gòu)。在硬化之后，通常將硬化部件焊接以形成組件。然而，特別是對硬化材料而言，在組件的部件之間的焊縫導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變的重建和焊縫的區(qū)域中的弱化。然而，為了提供足夠的強(qiáng)度，到目前為止已經(jīng)使部件的壁厚具有更大的尺寸，以至于到目前為止不可能開發(fā)出對所使用高強(qiáng)度材料的完全的重量節(jié)省潛能。特別是在車輛制造中，例如，當(dāng)車輛結(jié)構(gòu)中設(shè)置有節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)，存在如下的附加因素:節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)常常受到較大的力，使得所使用高強(qiáng)度材料的壁厚尺寸特別重要。然而，由于節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜幾何形狀，所以一體式生產(chǎn)常常因必要數(shù)量的成形工序而被排除。
[0003]此外，大量的焊接連接部因熱量輸入而導(dǎo)致白車身扭曲，這僅可以利用高昂的設(shè)備花費(fèi)來進(jìn)行補(bǔ)償。
[0004]歐洲專利說明書EP1 809 776 B1公開了一種生產(chǎn)車輛部件的方法，其中，利用焊接法和/或釬焊法將硼合金的能熱處理的鋼的至少一個(gè)金屬板與雙相鋼或TRIP鋼的另一個(gè)金屬板連接，對連接好的板進(jìn)行熱成形處理，并且僅對連接部的硼合金部分進(jìn)行加壓硬化。因?yàn)樘貏e是在焊接區(qū)域中僅可以提供很低的強(qiáng)度，因此，不能夠以已知的方法生產(chǎn)例如車輛結(jié)構(gòu)中的具有均勻負(fù)載吸收能力的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)等復(fù)雜組件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)包括至少兩個(gè)接合的金屬部件的組件的方法，雖然在組件的單獨(dú)部件之間存在連接點(diǎn)，也可以利用該方法將相應(yīng)的組件特別地設(shè)定成均一的高強(qiáng)度。此外，提出相應(yīng)生產(chǎn)出的組件。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一教導(dǎo)，通過在接合之后使組件的局部區(qū)域硬化使得組件的至少一個(gè)接合的連接部具有至少局部硬化的微觀結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)所述目的。與從現(xiàn)有技術(shù)了解的方法不同的是，組件首先通過熱接合而從相應(yīng)的部件生產(chǎn)出來并隨后整體地進(jìn)行硬化處理。結(jié)果，現(xiàn)有的接合部也得到硬化，使得組件總體具有均勻的負(fù)載吸收能力或均勻分布的強(qiáng)度。因?yàn)樘貏e是所使用的部件的壁厚不再必須形成為與焊接的強(qiáng)度匹配，所以可以利用根據(jù)本發(fā)明的方法來完全地開發(fā)出所使用的能熱處理的鋼(例如，錳硼鋼)的減重潛能。根據(jù)本發(fā)明，這是因?yàn)楹缚p具有至少局部硬化的微觀結(jié)構(gòu)并因此有助于組件的整體強(qiáng)度。因?yàn)檫@還可能因熱效應(yīng)和后續(xù)的微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變而減小要接合的部分的強(qiáng)度，所以除了例如保護(hù)電弧焊接法、激光焊接法、激光復(fù)合焊接法等焊接法之外，釬焊法也被考慮作為熱接合方法?？梢岳美琰c(diǎn)焊法、步進(jìn)式接縫法和/或(連續(xù))接縫法將部件與搭接部或?qū)硬坷缃雍匣蚝附悠饋怼?br>[0007]根據(jù)本方法的第一改進(jìn)方式，通過至少一個(gè)冷成形處理來生產(chǎn)組件的部件?？紤]例如彎曲、深拉、拉伸、拉伸成形、沖壓或利用活性介質(zhì)成形作為冷成形方法。
[0008]根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，在硬化之前，優(yōu)選地將組件的至少局部區(qū)域加熱至組件的一個(gè)部件或組件的所有部件的要被硬化的能熱處理的鋼的AC1溫度點(diǎn)以上(優(yōu)選地為Ac3溫度點(diǎn)以上)的溫度，并以限定的冷卻速度進(jìn)行冷卻，從而產(chǎn)生至少局部硬化的微觀結(jié)構(gòu)。把在相應(yīng)材料的AC1溫度以上(優(yōu)選地為Ac3溫度以上)存在的奧氏體結(jié)構(gòu)特定地轉(zhuǎn)變成馬氏體結(jié)構(gòu)具有顯著地提高組件的強(qiáng)度的作用。當(dāng)然，以上也適用于接合的連接部的同樣至少局部形成馬氏體結(jié)構(gòu)的區(qū)域。如上所述，就這方面而言，焊縫因此同樣具有高強(qiáng)度值。
[0009]在使組件硬化期間，通過在硬化期間在組件的局部區(qū)域中產(chǎn)生與所發(fā)生的負(fù)載相適應(yīng)且選擇性地在不同區(qū)域之間變化的硬化微觀結(jié)構(gòu)比例，可以附加地允許在后續(xù)使用中在組件上發(fā)生不同的負(fù)載。結(jié)果，可以提供包括具有不同強(qiáng)度的不同區(qū)域的組件并由此最佳地適合于特定的應(yīng)用。例如，應(yīng)用可以要求:組件必須具有一方面為易延展、較柔軟的區(qū)域以及另一方面為高強(qiáng)度的區(qū)域。獨(dú)立于組件的部件之間的相應(yīng)接合的連接部的位置，可以利用根據(jù)本發(fā)明的方法獨(dú)立地設(shè)定以上內(nèi)容。
[0010]根據(jù)另一個(gè)改進(jìn)方式，可以通過在溫度受控的硬化用模具中進(jìn)行硬化來尤其精確地設(shè)定要生產(chǎn)的組件的強(qiáng)度，從而可以利用在不同區(qū)域之間變化的模具溫度來實(shí)現(xiàn)組件的在不同區(qū)域之間變化的冷卻速度。冷卻速度的變化允許影響馬氏體結(jié)構(gòu)的形成。因此，可以容易地通過改變模具溫度來設(shè)定冷卻速度以在區(qū)域中得到期望比例的馬氏體結(jié)構(gòu)。不言而喻，還可以利用溫度控制的硬化用模具來實(shí)現(xiàn)遍及整個(gè)組件的大致恒定的冷卻速度。
[0011]作為選擇，根據(jù)另一個(gè)改進(jìn)方式，可以在不同區(qū)域之間差異化地加熱要生產(chǎn)的組件，以在組件中設(shè)定不同的強(qiáng)度，要設(shè)定為低強(qiáng)度的區(qū)域例如不被加熱至組件的一個(gè)部件或組件的所有部件的要被硬化的能熱處理的鋼的AC1溫度點(diǎn)以上。差異化加熱的組件被轉(zhuǎn)移到硬化用模具中，并使因加熱而形成奧氏體結(jié)構(gòu)的區(qū)域硬化。
[0012]根據(jù)本方法的進(jìn)一步的改進(jìn)方式，在硬化期間，在硬化用模具中將組件熱成形和/或校準(zhǔn)。利用該改進(jìn)方式，使得例如在處于溫?zé)釥顟B(tài)下的材料的度以上(優(yōu)選地為Ac3溫度以上)的溫度，可以更容易地形成奧氏體結(jié)構(gòu)。此外，可以容易地將跨越多個(gè)部件的例如焊道、沖壓成形部或其他二次成形元件等變形引入到組件中。附加的校準(zhǔn)步驟允許在硬化之后提供具有特別小的尺寸公差的組件。
[0013]優(yōu)選地通過將至少一個(gè)型材熱接合至另一個(gè)部件來生產(chǎn)組件。為了能夠使用組件，通常必須將型材(特別是局部閉口型材)熱接合至另一個(gè)部件，使得包括通過熱接合而連接至另一個(gè)部件的型材在內(nèi)的組件特別地從本方法中獲益。這是因?yàn)榘ń雍系男筒牡慕M件可以容易地具有均勻的強(qiáng)度分布。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)方式，以上特別應(yīng)用于生產(chǎn)至少兩個(gè)型材的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)作為組件且型材的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)被至少局部硬化的情況。型材的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)常常表示為布置有接合的連接部且因此對節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的壁厚的尺寸產(chǎn)生影響的區(qū)域。例如，特別是在汽車中需要相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
[0015]因此，根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例，組件優(yōu)選地為汽車的A柱、B柱或C柱，利用硬化步驟將具有變化強(qiáng)度的區(qū)域引入到組件中。結(jié)果，可以容易地使組件適應(yīng)在特定應(yīng)用中發(fā)生的負(fù)載。因此，例如，B柱的頂部區(qū)域和中間區(qū)域設(shè)置有最大強(qiáng)度的微觀結(jié)構(gòu)，而柔軟的B柱基座可以吸收沖擊能。
[0016]根據(jù)基于本發(fā)明的方法的另一個(gè)改進(jìn)方式，還可以創(chuàng)造如下的條件:允許通過在組件中的具有硬化微觀結(jié)構(gòu)的兩個(gè)區(qū)域之間產(chǎn)生具有低強(qiáng)度的柔軟區(qū)域來幫助分離組件，例如，分離組件的型材?？梢栽诶鏐柱中設(shè)置柔軟、易延展的區(qū)域，于是，在發(fā)生事故的情況下，救援團(tuán)隊(duì)可以更容易地移除B柱。
[0017]最后，汽車的框架結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)(特別是由型材狀的車頂架、車頂橫梁部件型材和/或柱式型材構(gòu)成的車頂架的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu))優(yōu)選地形成作為組件。車輛的例如車頂架等框架結(jié)構(gòu)(特別是在節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中)必須吸收并轉(zhuǎn)移非常大的力，從而可以使用高強(qiáng)度、硬化的微觀結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)顯著的減重。例如焊縫等關(guān)鍵熱接合部特別地具有硬化微觀結(jié)構(gòu)，使得關(guān)鍵熱接合部可以有助于高負(fù)載吸收能力。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第二教導(dǎo)，利用包括至少兩個(gè)接合的金屬部件的組件來實(shí)現(xiàn)上述目的，至少一個(gè)部件由能熱處理的鋼構(gòu)成，并且所述部件使用熱接合方法而彼此接合以形成組件。通過在接合之后使組件的至少局部區(qū)域硬化來實(shí)現(xiàn)上述目的，并且至少一個(gè)接合的連接部具有至少局部硬化的微觀結(jié)構(gòu)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的組件與常規(guī)的組件的不同之處在于:利用焊接法(特別是激光焊接法)或釬焊法產(chǎn)生的熱接合部通過隨后的硬化處理而同樣設(shè)置有硬化微觀結(jié)構(gòu)。這意味著接合區(qū)域也可以有助于期望的負(fù)載吸收能力。因此，對組件的例如跨越多個(gè)部件的局部區(qū)域執(zhí)行硬化，使得接合的連接部的區(qū)域以及兩個(gè)部件的區(qū)域從轉(zhuǎn)變成硬化微觀結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變中獲益。
[0020]根據(jù)組件的另一個(gè)改進(jìn)方式，組件包括至少一個(gè)型材或至少兩個(gè)型材的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。型材(至少局部閉口或開口的型材)常常用于吸收較大的力。型材通常借助于熱接合部(特別是焊縫)彼此連接。節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)表示受到特別大的負(fù)載的區(qū)域(例如車架結(jié)構(gòu))，因?yàn)樵诠?jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中必須吸收并轉(zhuǎn)移多個(gè)型材的力，所以使得在接合的連接部中設(shè)置硬化微觀結(jié)構(gòu)提供了特別大的減重潛能。
[0021]為了在就汽車中的負(fù)載承載功能而言不做出任何巨大犧牲的情況下在汽車的B柱中設(shè)置可以分離B柱的區(qū)域，組件包括位于兩個(gè)硬化區(qū)域之間的具有低強(qiáng)度的柔軟區(qū)域。在發(fā)生事故的情況下，該非硬化區(qū)域這時(shí)可以用于例如分離B柱以救援乘客。此外，還存在其他應(yīng)用可能性，其中，位于兩個(gè)硬化區(qū)域之間的更柔軟、更易延展的微觀結(jié)構(gòu)的布置是必需的。
[0022]根據(jù)另一個(gè)改進(jìn)方式，組件優(yōu)選地為汽車的A柱、B柱或C柱并包括具有變化強(qiáng)度的區(qū)域。在上文中已經(jīng)說明了汽車的相應(yīng)設(shè)計(jì)出的A柱、B柱或C柱的優(yōu)點(diǎn)。
[0023]根據(jù)組件的另一個(gè)改進(jìn)方式，組件具有位于汽車的框架結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。如上所述，汽車的框架結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)受到特別大的力。在根據(jù)本發(fā)明的組件的實(shí)施例中不存在通常存在的具有較小強(qiáng)度的焊縫，使得在相同的力吸收能力的情況下顯著地減小壁厚成為可能。結(jié)果，這使很大的