从铝-硅到钢板的向内扩散制造技术

本发明专利技术涉及一种用于将铝-硅(Al-Si)扩散到铝-硅镀层的钢板表面中的装置与方法。钢板先被传送至可被加热到扩散温度的炉，然后非接触地穿过加热至扩散温度的炉。在这个过程中，钢板被加热至扩散温度，其中，Al-Si扩散至钢板表面中。Al-Si扩散至其表面中的钢板接着以小于大约25K/sec的速率被冷却。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于将铝-硅(Al-Si)扩散到铝-硅镀层的钢板表面中的装置与方法，在其中，通过扩散产生高熔点的铝-硅-铁合金。
技术介绍
在现有技术中，在不同行业的许多应用中，存在对具有轻质量特性的高强度的金属板元件的需求。例如在汽车工业中，努力降低机动车燃料的消耗量及减少二氧化碳的排放量，并与此同时提高乘员的安全性。因此，对具有良好的强度质量比的车身部件的需求越来越多。特别是A柱和B柱、门里的侧面冲撞保护架、增音器、框架件、保险杆捕捉器、用于底板与顶盖的横梁、前部与后部纵梁属于这类部件。在现代机动车中，配有保护外壳的车身通常由具有强度为大约1.55Mpa的硬化钢板构成。这可通过所谓的加压淬火的工艺来完成。在此，钢板件被加热到大约800-1000℃，接着在冷却的模具中成形并淬火。部件的硬度由此提高到大约三倍。出于工艺安全性与经济性的考虑，需使用用于热处理的连续式加热炉。其中，待处理的金属部件被连续传送并穿过炉。替选地，还可使用箱式炉，其中，金属部件被成批地送入箱式炉中，并在此处加热，接着又被取出。加压淬火基本上分为直接方法和间接方法。在间接方法中，板坯由钢板带模压制成、冷却成形，随后这样预成形的部件被运送去热处理。在经过热处理之后，热的部件被运送去压床(Presse)，在间接冷却的模具中加压淬火。接着，部件再次被修整，并被喷砂从而除去可能存在的铁鳞(Verzunderungen)。在直接方法中，板坯同样由钢板带模压制成，不过没有经过预成形，而是直接将板坯传送到炉中。在经过热处理之后，热的板坯被运送去压床，并在间接水冷却的模具中成形，同时加压淬火。接着，如必要则部件将再次被修整。出于工艺安全性与经济性的考虑，针对这两种方法，使用所谓的滚平炉。被称为步进式加热炉，例如可作为替选的炉构造形式，其中，金属件借助于起重横梁运输通过炉。多层箱式炉也变得越来越重要。由于部件在间接过程中被预成形，考虑到其结构的复杂性必须在承物载体上被传送通过炉或被置于炉腔中。此外，针对这种方法的连续式加热炉通常配备有进出口闸门，因为在间接方法中未镀层的部件必须进行热处理。为了避免部件表面铁鳞，必须使用带有保护气体的炉。进出口闸门用于避免气体进入炉。针对这种方法的箱式炉同样配备有闸门。然而，在该炉构造形式中也可以是，针对每个循环而交换炉式箱中的环境。针对这种方法的连续式加热炉必须配备有承物载体返回传送系统，从而保证货物的循环运输。在炉中采用陶瓷传送辊。只有进出料台及承物载体返回传送装置配备有金属传送辊。在针对直接方法的连续式加热炉中不需要使用承物载体。因此，构造会比针对间接过程的连续式加热炉更简单。代替借助于承物载体传送，板坯在直接方法中直接被放置在陶瓷传送辊上并被传送通过炉。运行炉时，可以有保护气体也可没有。在此，炉外壳也是按照标准气密地被焊接。这种结构形式另一个优点是传送辊在均匀加热待处理的金属部件方面的积极影响：待处理的金属部件借由已加热的固定式辊穿过炉加热装置，通过辐射与热传导被加热，由于金属部件在辊上进行运输，因此与辊直接接触的金属部件进一步被加热。除此之外，炉在运行时能量消耗明显更低，因为没有承物载体，其在出了炉之后的回运过程中会冷却，所以在重新运入炉时必须再次被加热。因此优选地，采用直接方法时使用连续式加热炉。在汽车构造中使用的板应尽可能不生锈。加工过程中的铁鳞也应避免，因为到了再加工过程时，最晚在焊接或涂漆过程之前，必须将铁鳞除掉，但十分费事且费用昂贵。但由于未处理的钢板在需要的高温下加压淬火时，因氧气的存在，生锈是不可避免的，所以通常使用镀层板，和/或热处理过程在没有氧气的情况下进行。通常情况下，在汽车产业中，铝-硅(Al-Si)镀层板被用于固化成形的部件。镀层避免了板生锈，也避免了在热板在由炉到压床过程中产生的铁鳞。Al-Si涂层在将板坯加热到淬火温度时扩散至钢表面中，并保护母体金属避免生成铁鳞。使用硼合金调质钢作为母体金属，例如22MnB5(材料编号1.5528)或30MnB5(材料编号1.5531)。在上述的辊式炉中的直接加压淬火工艺的一个显著缺点在于，Al-Si镀层板坯直接放置在陶瓷传送辊上，这将导致Al-Si镀层与陶瓷辊之间发生强烈的热化学反应。所述方法的另一个显著缺点在于周期时间，绝大部分炉时间将消耗在Al-Si在表面熔化的过程中和Al-Si在基材表面扩散的过程中，由此，达到理想的焊接、腐蚀与涂漆附着力的特性。当前在辊式炉中所使用的辊为由烧结莫来石(3Al2O3·2SiO2)制成的空心辊及由石英制成的实心辊。石英辊由超过99％的SiO2构成，且使用限制为约1100℃，这将带来如下缺点：石英辊在大约700℃到800℃时由于自重而弯折。由烧结莫来石制成的辊在使用时可承受接近1350℃的温度，而不会导致明显的弯折。这两种材料的显著优点是对温度变化的高稳定性。不过，这两种材料都具有非常高的亲合性，可与熔融的铝反应生成不同的硅酸铝甚至是硅化物。在加热到扩散需要的大约930℃，通过Al-Si镀层导致经过在大约670℃时的镀层熔融阶段。镀层短暂的熔化导致炉辊上遭受极大的损害，且会在不利的情况下几天内被损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供可避免所述缺点的一种方法和一种装置，使铝-硅可扩散到钢板表面中，并通过经这样处理过的钢板制造出在加压淬火工艺中固化成形的钢板部件。根据本专利技术，所述目的通过具有独立权利要求1中的特征的方法解决。从属权利要求2-8中为所述方法的有利的扩展方案。此外，所述目的可通过根据权利要求9的装置解决。从属权利要求10-16中为该装置的有利的实施例。根据本专利技术的用于扩散Al-Si到Al-Si镀层的钢板表面中的方法，其特征在于下述步骤：首先，钢板被运送至可加热到扩散温度的炉，随后，无接触地穿过所述加热到扩散温度的炉。在此，钢板被加热到扩散温度，其中，Al-Si扩散到钢板的表面中。同时，基体钢板中的铁也扩散到钢板的表面的Al-Si镀层中。在钢板表面上形成高熔点的铝-硅-铁合金。接着钢板以小于大约25K/sec的速率冷却，从而产生铁素体或珠光体结构。在此产生了经过处理的钢板，从中可制造出在之后的处理步骤中借助于加压淬火工艺固化成形的钢板部件。例如，首先可在模压过程中由已处理的软钢板切割成钢板坯，其针对加压淬火工艺例如在一般的辊式炉中可被加热至马氏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将铝‑硅(Al‑Si)扩散到铝‑硅镀层的钢板(300)表面中的方法，其中，固化成形的钢板部件可由经过处理的钢板(300)通过加压淬火工艺制造，其特征在于，包括下述步骤：a.输送钢板(300)至可被加热至扩散温度的炉(100)；b.Al‑Si镀层的钢板(300)无接触地穿过被加热至扩散温度的炉(100)，在此过程中，钢板(300)被加热到扩散温度，且Al‑Si扩散至钢板(300)的表面中；c.Al‑Si已扩散至表面中的钢板(300)以小于大约25K/sec的速率冷却至马氏体温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.25 EP 13173619.11.一种用于将铝-硅(Al-Si)扩散到铝-硅镀层的钢板(300)表
面中的方法，其中，固化成形的钢板部件可由经过处理的钢板(300)
通过加压淬火工艺制造，其特征在于，包括下述步骤：
a.输送钢板(300)至可被加热至扩散温度的炉(100)；
b.Al-Si镀层的钢板(300)无接触地穿过被加热至扩散温度的
炉(100)，在此过程中，钢板(300)被加热到扩散温度，且Al-Si
扩散至钢板(300)的表面中；
c.Al-Si已扩散至表面中的钢板(300)以小于大约25K/sec的速
率冷却至马氏体温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
钢板(300)两侧镀有Al-Si，且Al-Si扩散至两侧中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
钢板(300)从第一钢板卷(310)中抽出。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
钢板(300)在穿过炉(100)并冷却至可产生铁素体或珠光体结
构的温度之后，缠绕到第二卷取机(320)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
钢板(300)在第一炉部分(110)中加热至扩散温度，并在同一
炉的第二炉部分中在Al-Si扩散至钢板(300)表面中之后以小于
25K/sec的冷却速率冷却至可产生铁素体或珠光体结构的温度范围。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
钢板(300)在热空气垫(165)上无接触地穿过炉(100)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
钢板(300)借助于施加拉力被引导穿过炉(100)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
炉(100)基本上是垂直放置的，且钢板(300)由上至下穿过炉
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗尔夫约瑟夫·施瓦兹，
申请(专利权)人：施瓦兹有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE