用于加压硬化钢的快速感应加热的预扩散Al-Si涂层制造技术

加压硬化钢构件及其生产方法。在一种实施形式中，将被成型为构件的工件包括涂层，该涂层预扩散以来自工件基材中的金属。该保护涂层的实例可以包括铝基涂层，以及铝硅组合。工件的预扩散允许其经受随后的加压硬化作业的高加热速度，而不会导致保护涂层的局部熔化或蒸发。

【技术实现步骤摘要】
用于加压硬化钢的快速感应加热的预扩散Al-Si涂层 本申请要求2011年8月12日提交的美国临时申请61/522887的优先权。
技术介绍
本专利技术涉及制备预涂覆的加压硬化钢(press-hardened steel)的方法,并更具体地涉及，具有铁基基材的涂层的预扩散(pre-diffusing)或与预合金化(pre-alloying),以使紧接在热压成型之前能快速加热坯体(blank)。用于汽车制造的钢及相关结构材料越来越需要同时具有降低的重量和改善的抗撞性(crash-worthiness)性能。一种生产能够最大化这些迄今是相互冲突的目标的钢材的方法是，使用高强度的加压硬化钢，其中构件的成型和硬化操作在同一步骤中进行。该方法可得到所需的性能，例如提供具有显著增加的强度重量比的结构钢部件。在加压硬化时，钢带、卷(roll)、剪切件(cut pieces)、还料或相关的工件被加热至奥氏体化温度,然后成型为最终(或近最终)形状，同时被冷却成最终马氏体显微组织。用于加压硬化钢的电流加热方法包括使用隧道式(辐射管)炉或立式箱型(电或辐射管)炉。在一种形式中，钢材工件可预涂覆，其中涂层例如铝基的涂层可用于为下面的钢材工件提供保护层。这种涂层的使用使得更简化的生产工艺成为可能，这是因为由于消除了氧化皮(scale)形成，从而不再需要惰性炉气氛和成型后的清理作业。此外，这种涂层改善了下面铁基工件的腐蚀抑制(barrier corrosion)性能。这种涂层的一种具体形式为招硅合金(Al-Si)，当置于铁基基材上并施加高温时，其允许铁从基材扩散到涂层中。不幸的是，在传统的加压硬化中的奥氏体化步骤中采用的缓慢加热速度，需要很大的炉容量和巨大的生产车间面积。此外，快速将钢坯加热至用于加压硬化的相对高温(通常超过880°C)的能力，被认为与低熔点涂层(其中，例如对于纯铝为大约660°C，或对于Al-Si共晶为大约577°C )优选的缓慢加热速度是不相容的，后者用于促进铁扩散进入涂层中作为避免有害的涂层局部融化的方式。同样，大体积汽车生产和相关的高强度重量比构件所需要的加压硬化中的 坯体奥氏体化步骤期间的高加热速度将破坏用于提供对铁基基材的保护的涂层。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，公开了制备可加压硬化钢构件的方法。该方法包括:通过将保护涂层结合至钢基材来形成涂覆的钢坯；在第一条件下加热所述涂覆钢坯以使至少一部分基材中存在的铁扩散进入所述涂层中，此后在第二条件下加热所述涂覆钢坯，所述第二条件经设计以使所述涂覆钢坯升温至奥氏体化温度，以及将所述涂覆钢坯成型为构件，同时在该过程中将其冷却或淬火，形成为硬化构件。在本专利技术中，第一和第二条件总体上对应于特定的加热参数，和尤其加热速度和温度。这样，有效的加热速度可由加热设备的性质(例如，感应，炉，激光或相关配置)以及控制温度来确定，从而建立适当的结合以避免涂层的熔化和破坏。例如，相应于第二条件的典型较慢加热速度的炉加热方法，可使工件经历至少2-3分钟达到大约900°C的温度，其平均加热速度为大约5°C /s至大约8°C /s(其中从约室温开始的初始加热速度趋于更快，例如为大约20°C /s，这是由于热量所带来的滞后作用)。在本专利技术中，平均加热速度考虑了可在过渡期期间发生的加热速度的变化；由此，它代表了与特定加热方法相关的标称值，例如基于炉，基于感应等的加热方法。相对而言，本专利技术相应于第二条件的加热方法包括更高得多的加热速度(例如，在大约50°C /s和优选更高，例如高达大约500°C /s(或更高)之间)，同时输入功率设定将决定奥氏体化的最高温度。优选地，该第二条件的加热方法通过使用基于感应的方法实现。因此在一个优选的实施形式中，第一条件(其优选对应于涂覆钢坯的预扩散)的炉加热方法可使用不同温度和时间，以使涂层充分的预扩散。在另一优选的实施形式中，与第一条件相关的感应加热方法可在一个或多个步骤中使用不同的输入功率设定，以在给定的高加热速度下控制温度来充分预扩散涂层。其他方法例如激光或电阻加热也可使用类似方法来提供充分的涂层预扩散。根据本专利技术的另一方面，公开了由铁基基材制成的坯体制备可加压硬化钢构件的方法，该铁基基材已经至少部分预扩散进入保护涂层中。该方法包括在一定加热速度下加热坯体，直至坯体达到奥氏体化温度。此后，该坯体成型为构件，同时将其冷却成为硬化构件。值得注意的是，为了达到奥氏体化温度而施加于该坯体的高加热速度是足够大的，使得如果其被施加于尚未预扩散的坯体时，将导致保护涂层的至少部分熔化(例如前述的局部熔化)。与先前的方面相同，作为以优选的、可控的方式向涂覆坯体施加热能的方法，可以调节加热速度和温度中之一或两者。在本专利技术中，高加热速度是明显高于前述的加热速度。例如，作为加热坯体至奥氏体化温度(其用于随后的加压硬化操作)的方法，该高加热速度可在大约50°C /s-500°C /s之间。尽管本专利技术人已经验证了加热速度仅高至500°C /s，但能够相信的是，高至700°C /s的速度在本方法中也是可行的；由此，在充分的事先预扩散的情况下，即使更高的加热速度也应认为在本专利技术的范围内。根据本专利技术的又一方面，公开了制备可加压硬化钢构件的方法。该方法包括在第一条件下加热包含结合至钢基材的保护涂层的工件，以使至少一部分存在于所述基材中的铁扩散进入所述涂层；在足以使所述 工件升温至奥氏体化温度的第二条件下加热所述工件，该奥氏体化温度对应于这样的加热速度，该加热速度使得源自所述第一条件的所述扩散避免了在所述第二条件过程中对所述保护涂层的熔融-相关的破坏；以及将所述工件成型为所述构件。该方法另外可包括冷却该构件至低于马氏体转变温度的温度，并更具体以超过所述马氏体转变的临界冷却速度的冷却速度冷却。本专利技术的涉及如下方面: 1、制备可加压硬化钢构件的方法，所述方法包括: 通过将保护涂层结合到钢基材来形成涂覆的钢坯； 在第一条件下加热所述涂覆钢坯以使至少一部分存在于所述基材中的铁扩散进入所述涂层中； 然后在第二条件下加热所述涂覆钢坯，所述第二条件经设计以使所述涂覆钢坯升温至奥氏体化温度；以及 将所述涂覆钢坯成型为所述构件，并基本上同时冷却所述涂覆钢坯。 2、方面I所述的方法，其中所述第二条件对应于高于所述第一条件的温度的温度。 3、方面I所述的方法，其中所述第二条件对应于高于所述第一条件的加热速度的加热速度。 4、方面I所述的方法，其中所述第二条件通过感应加热实现。 5、方面3所述的方法，其中所述第二条件对应于达到大约500°C/s的加热速度。 6、方面I所述的方法，其中所述保护涂层含有铝。 7、方面6所述的方法，其中所述保护涂层为铝硅。 8、方面6所述的方法，其中所述第一条件导致，当所述扩散通过炉加热实施时，所述保护涂层中的温度不超过大约950°C的温度，且加热速度等于或低于20°C /s，或当所述扩散通过感应加热实施时，所述保护涂层中的温度不超过大约577°C的初始温度，且初始加热速度高于大约25°C /s。 9、方面I所述的方法，其中所述奥氏体化温度为至少大约880°C。 10、方面I所述的方法，进一步包括在成型模具中保持所述成型构件，直至对所述构件完成充分冷却。本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备可加压硬化钢构件的方法，所述方法包括：通过将保护涂层结合到钢基材来形成涂覆的钢坯；在第一条件下加热所述涂覆钢坯以使至少一部分存在于所述基材中的铁扩散进入所述涂层中；然后在第二条件下加热所述涂覆钢坯，所述第二条件经设计以使所述涂覆钢坯升温至奥氏体化温度；以及将所述涂覆钢坯成型为所述构件，并基本上同时冷却所述涂覆钢坯。

【技术特征摘要】
2011.08.12 US 61/522,887;2012.07.26 US 13/558,4721.备可加压硬化钢构件的方法，所述方法包括: 通过将保护涂层结合到钢基材来形成涂覆的钢坯； 在第一条件下加热所述涂覆钢坯以使至少一部分存在于所述基材中的铁扩散进入所述涂层中； 然后在第二条件下加热所述涂覆钢坯，所述第二条件经设计以使所述涂覆钢坯升温至奥氏体化温度；以及 将所述涂覆钢坯成型为所述构件，并基本上同时冷却所述涂覆钢坯。2.权利要求1所述的方 法，其中所述第二条件对应的温度高于所述第一条件的温度。3.权利要求1所述的方法，其中所述第二条件对应的加热速度高于所述第一条件的加热速度。4.权利要求1所述的方法，其中所述第二条件通过感应加热实现。5.权利要求3所述的方法，其中所述第二条件对应的加热速度达到大约500°C/S。6.权利要求1所述的方法，其中所述保护涂层含有铝。7.权利要求6所述的方法，其中所述第一条件导致，当所述扩散经炉腔加热实施时，所述保护涂层中的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·科里尔，P·J·贝朗格，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：