本發(fā)明涉及一種用于制造被鍍層的、通過熱變形硬化的物體的方法，尤其用于制造機(jī)動車的車身構(gòu)件或者結(jié)構(gòu)構(gòu)件、例如b柱、a柱或者車門檻的方法，這些車身構(gòu)件或者結(jié)構(gòu)構(gòu)件由被金屬材料預(yù)先鍍層的原料體構(gòu)成，該原料體由金屬構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的方法在此并不局限于應(yīng)用在汽車領(lǐng)域，而是能夠應(yīng)用在所用的技術(shù)領(lǐng)域中，其中使用和/或制造熱加工件。

背景技術(shù)：

在能夠?qū)⑺纸鉃闅浜脱醯腻儗舆^程中存在這樣的危險(xiǎn)，該鍍層與在環(huán)境氣氛中存在的水、尤其以水蒸氣形式的水反應(yīng)生成原子氫。在這種情況下存在這樣的危險(xiǎn)，這種氫和/或已經(jīng)在環(huán)境氣氛中的氫侵入原料體的材料中，并且以不希望的方式導(dǎo)致原料體加載原子氫。對于被硬化的、由被氫加載的原料體制成的物體存在氫脆的危險(xiǎn)，因此例如明顯地降低了可承受的最大拉應(yīng)力。此外，還能夠例如在出于裝配或者接合、例如借助焊接而張緊時(shí)導(dǎo)致由原料體制成的、通過熱成型硬化的物體的氫感應(yīng)脆裂。

在原料體的材料中侵入原子氫的風(fēng)險(xiǎn)尤其在原料體的奧氏體化的方法步驟中發(fā)生，因?yàn)楸活A(yù)鍍層的原料體的加熱有利于鍍層與在環(huán)境氣氛中的水發(fā)生反應(yīng)生成原子氫。

在此方面，所有的金屬鍍層(能夠在溫度升高時(shí)，和他們例如在奧氏體化的方法步驟中一樣，在形成氫的情況下還原水蒸氣)在原料體的氫加載方面都視為是存在問題的。

通過鍍層與在環(huán)境中存在的水蒸氣反應(yīng)構(gòu)成原子氫的問題尤其在鋁鍍層或者含鋁的鍍層中、例如鋅鋁、鋁硅或者鋅鎂或者由鋅鋁和/或鎂組成的合金中出現(xiàn)，它們在加熱時(shí)將水蒸氣分解為氫和氧。

另一個(gè)問題尤其出現(xiàn)在含鋁的鍍層、例如鋁硅鍍層的板件中，其中，該鍍層在溫度升高時(shí)與另外的材料接觸。這例如是這種情況，奧氏體化的方法步驟和與之相關(guān)的對材料的加熱在貫通爐中進(jìn)行，并且該鍍層與爐子的優(yōu)選由陶瓷材料制成的輥?zhàn)酉嘟佑|。這種輥?zhàn)幽軌蚶缡莻魉洼伝蛘呤怯糜诩訅捍慊鸬妮佔(zhàn)?。由于鍍層的氧化層的較低的強(qiáng)度，在預(yù)先鍍層的原料體受到機(jī)械負(fù)荷的情況下能夠?qū)е洛儗拥难趸瘜悠屏?。此外，還能夠?qū)е洛儗硬糠直蝗刍?。由此輥?zhàn)优c熔化的鍍層接觸，因此還會導(dǎo)致熔化的鍍層滲入輥?zhàn)?。這種接觸尤其能夠在使用鋁硅鍍層的情況下導(dǎo)致傳輸輥損壞，并且最終導(dǎo)致輥?zhàn)悠茡p。

此外，在爐子中的氧化層破損的情況下鍍層與在爐子中的爐內(nèi)環(huán)境相接觸，這又會導(dǎo)致通過在爐內(nèi)環(huán)境中存在的水蒸氣與鍍層的熔融物反應(yīng)而生成氫，由此形成的、通過熱加工硬化的物體具有可擴(kuò)散的原子氫的不允許高的含量。這尤其在爐子中視為是關(guān)鍵的，其中在爐內(nèi)環(huán)境中存在大量的水蒸氣。

由ep2507503a2已知一種用于制造鍍層的、通過熱加工硬化的物體的方法，該物體由用金屬材料預(yù)先鍍層的原料體構(gòu)成，該原料體由金屬構(gòu)成，其中，預(yù)先鍍層的原料體在一個(gè)方法步驟中被奧氏體化。為了在降低氫脆的風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)保證鍍層的充分氧化，建議，設(shè)有鍍層的薄板在爐子中加熱，由此至少部分地在薄板上構(gòu)成金屬的合金層，其中，在爐子內(nèi)部的環(huán)境通過輸送被預(yù)處理的空氣而進(jìn)行調(diào)節(jié)，方法是，將該預(yù)處理的空氣在它被輸送前進(jìn)行干燥處理。因此以水蒸氣形式的分散的水的份額在爐內(nèi)環(huán)境中被降低，由此在爐子的環(huán)境中存在較少的可被分解的水。最后通過熱加工而硬化的薄板的可能通過侵入材料中的氫而引起的氫脆被降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，改進(jìn)用于制造鍍層的通過熱加工硬化的物體的方法，該物體由用金屬材料預(yù)先鍍層的原料體構(gòu)成，該原料體由金屬構(gòu)成，保證該鍍層被充分氧化，尤其保證氧化層的充分的機(jī)械穩(wěn)定性，并且避免在預(yù)先鍍層的原料體的奧氏體化過程中、尤其還在含水蒸汽的環(huán)境中構(gòu)成原子氫。

所述技術(shù)問題被一種用于制造被鍍層的、通過熱加工硬化的物體的方法所解決，所述物體由用金屬材料預(yù)先鍍層的原料體構(gòu)成，所述原料體由金屬構(gòu)成，其中，所述預(yù)先鍍層的原料體在一個(gè)方法步驟中被奧氏體化并且在奧氏體化之后通過熱加工硬化，其中，所述預(yù)先鍍層的原料體的鍍層在奧氏體化的方法步驟之前被人工氧化。

在根據(jù)本發(fā)明的用于制造鍍層的通過熱加工硬化的物體的方法(該物體由用金屬材料預(yù)先鍍層的原料體構(gòu)成，該原料體由金屬構(gòu)成)中規(guī)定，被預(yù)先鍍層的原料體在一個(gè)方法步驟中被奧氏體化，并且在奧氏體化之后通過熱加工被硬化，其中，被預(yù)先鍍層的原料體的鍍層在奧氏體化的方法步驟之前被人工氧化。

在此，所述氧化并不局限于金屬氧化物的構(gòu)成，而是描述了通常在鍍層中的基礎(chǔ)金屬的氧化數(shù)(oxidationsstufe)從氧化數(shù)0到正氧化數(shù)的變化。例如能夠在鋁氧化時(shí)生成鋁氧化物和/或鋁氫氧化物，其中，在之前所謂的化學(xué)鍵中鋁處于氧化數(shù)為+3的狀態(tài)中。

在奧氏體化過程中，原料體的組織結(jié)構(gòu)優(yōu)選被全部奧氏體化。但是，還可以考慮只進(jìn)行部分的奧氏體化。

通過熱加工的硬化例如通過奧氏體化的原料體的加壓淬火實(shí)現(xiàn)，其中，優(yōu)選使用用水冷卻的變型工具。尤其規(guī)定，在硬化時(shí)形成局部的或者全部的馬氏體和/或貝氏體組織結(jié)構(gòu)。

原料體的鍍層例如是基礎(chǔ)的鋁鍍層和/或含鋁的合金、例如鋁硅合金鍍層。但是還能夠考慮，用鎂和/或含鎂的合金為原料體鍍層。該原料體優(yōu)選是由鋼、尤其22mnb5鋼構(gòu)成的物體。該鍍層優(yōu)選借助熱浸鍍層、尤其熱滲鋁而涂鍍在原料體上。原料體還能夠是板材、由多個(gè)單板材制造的薄板、例如拼焊板(tailorweldedblank)、線圈，例如拼焊線圈，尤其鋼圈，或者是之前冷的預(yù)先成形的構(gòu)件。還能夠考慮，原料體通過靈活的輥壓在沒有焊縫的情況具有不同的厚度。

通過獨(dú)立的氧化的方法步驟保證了，用作為惰性層的鍍層的形成的氧化層以足夠的品質(zhì)構(gòu)成，并且因此避免了尤其在隨后的奧氏體化方法步驟中滲入或者形成原子氫。還能夠考慮，鍍層的氧化層還用作為還原劑，并且氧化現(xiàn)有的、與鍍層接觸的氫而形成水。氧化的方法步驟因此能夠?qū)崿F(xiàn)的是，隨后的方法步驟、尤其奧氏體化能夠在大氣環(huán)境下進(jìn)行，從而省去了在奧氏體過程中對圍繞原料體的環(huán)境進(jìn)行昂貴的處理，尤其對環(huán)境進(jìn)行干燥。在這種情況下，沒有必要在借助爐子內(nèi)的加熱進(jìn)行奧氏體化時(shí)耗費(fèi)能量和成本地、例如借助露點(diǎn)測量來控制爐內(nèi)環(huán)境，并且輸送預(yù)處理的空氣，例如干燥的空氣。這樣被氧化的原料體尤其對于在爐內(nèi)環(huán)境內(nèi)的露點(diǎn)升高或露點(diǎn)的突然升高不敏感。

通過將鍍層的氧化的方法步驟與隨后的奧氏體化相分離，使得氧化層的形成與奧氏體化的方法步驟無關(guān)，并且能夠不對奧氏體化、例如方法速度產(chǎn)生負(fù)面影響。

符合目的的是，原料體的鍍層在氧化的方法步驟之后具有配備0.05μm至30μm、優(yōu)選0.1μm至10μm的厚度的氧化層。氧化層的這樣形成的厚度保證了，在機(jī)械負(fù)荷下、例如在傳輸期間、尤其在貫通爐的傳輸輥上傳輸期間避免氧化層的損壞。因此避免形成破損處(在該破損處上會導(dǎo)致形成原子氫)和由此形成的對原料體的氫加載。

此外，避免了在傳輸裝置和鍍層、尤其和原料體的鍍層的熔融物之間的直接接觸，這種直接接觸例如會導(dǎo)致較強(qiáng)的熱化學(xué)反應(yīng)和/或通過未氧化的鍍層對傳輸設(shè)備的滲入。因此，氧化層例如保護(hù)了貫通爐的陶瓷輥免于被滲入。這種保護(hù)例如在鋁硅鍍層的原料體和具有陶瓷輥的輥動平爐中被視為是有利的。此外，通過所述厚度還避免了在奧氏體的方法步驟和/或加壓淬火時(shí)在機(jī)械負(fù)荷下氧化層的破損。

預(yù)先鍍層的原料體的鍍層優(yōu)選被這樣氧化，即原料體的鍍層在氧化的方法步驟之后具有氧化層，該氧化層具有比自然或正常的氧化層更大的厚度。通常天然的氧化層(如它在環(huán)境氣氛下和必要時(shí)在爐子內(nèi)的熱效應(yīng)下)例如在奧氏體化的過程中形成，但是非常薄，因而這種氧化層通過外力的作用，例如在貫通爐內(nèi)傳輸預(yù)先鍍層的原料體時(shí)會很容易被損壞，從而在破損的區(qū)域內(nèi)不會起到氧化層的保護(hù)作用。

尤其設(shè)定，在含鋁層的人工氧化過程中構(gòu)成氧化鋁層，它具有至少0.1μm的層厚度，并且因此是天然氧化層的厚度的數(shù)倍。在鋁硅鍍層中它的厚度通常是0.01μm。

由于在奧氏體化的方法步驟之前進(jìn)行氧化的方法步驟，還可以考慮在大氣壓下在第一爐中進(jìn)行奧氏體化。尤其設(shè)定，在溫度700℃至1050℃下、優(yōu)選在880℃至980℃下、特別優(yōu)選在910℃至950℃下和尤其在10秒至10分鐘、優(yōu)選在5至7分鐘的爐內(nèi)時(shí)間下進(jìn)行奧氏體化。通過加入另外的金屬能夠改變奧氏體化溫度區(qū)域。例如向鋼中加入錳通常會導(dǎo)致奧氏體化溫度區(qū)域移向更低的溫度。還能夠考慮，將爐子設(shè)計(jì)為感應(yīng)爐。因此功率密度與在表面上的熱傳遞不再相關(guān)，由此能夠?qū)崿F(xiàn)較高的功率密度和由此能夠?qū)崿F(xiàn)加快的反應(yīng)速度，而不會是表面過熱。此外，在感應(yīng)加熱的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)先鍍層的原料體的局部區(qū)域的選擇性加熱。因?yàn)閷︻A(yù)先鍍層的原料體的加熱能夠在大氣壓下進(jìn)行，所以不需要對爐內(nèi)環(huán)境進(jìn)行昂貴的處理和控制。通過鍍層的氧化層可以避免滲入原子氫和/或鍍層與在爐內(nèi)環(huán)境內(nèi)存在的水蒸氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而生成氫。因此，能夠省去之前所述的對空氣的干燥和露點(diǎn)測量以及耗費(fèi)成本的露點(diǎn)調(diào)節(jié)。在爐內(nèi)環(huán)境中大量水蒸氣的形成(和它例如在貫通爐內(nèi)在氣體加熱的鋼管破損時(shí)會出現(xiàn)一樣)是無關(guān)緊要的，因?yàn)檠趸瘜颖苊饬藲涞臐B入和/或在與非氧化層發(fā)生反應(yīng)的情況下原子氫的形成。

在有利的改進(jìn)方案中設(shè)定，奧氏體化的方法步驟在設(shè)計(jì)為多層箱式爐的第一爐內(nèi)進(jìn)行。多層箱式爐的特征在于較低的空間和能量需求。當(dāng)然，在多層箱式爐中通常完全不能或只能非常昂貴的控制和/或調(diào)配爐內(nèi)環(huán)境，從而根據(jù)本發(fā)明建議的、之前所述的氧化是使用通常的多層箱式爐的前提。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中設(shè)定，氧化在第二爐內(nèi)、在含氧的氣氛下、優(yōu)選在環(huán)境氣氛下進(jìn)行。

但是完全能夠考慮，第二爐的爐內(nèi)環(huán)境具有比環(huán)境空氣更高的空氣濕度。

優(yōu)選的是，第二爐的溫度在基礎(chǔ)鍍層的情況下小于或等于鍍層金屬的熔化溫度，并且在鍍層由金屬合金構(gòu)成的情況下小于或等于合金的固相溫度。因此，保證了在足夠的厚度下鍍層被均勻的氧化。

優(yōu)選的是，在第二爐內(nèi)含氧的環(huán)境具有比環(huán)境氣氛下更高的氧含量。尤其設(shè)定，氧含量大于18體積百分?jǐn)?shù)，尤其為19至50體積百分?jǐn)?shù)。但是，也能夠考慮100體積百分?jǐn)?shù)。

在本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案中設(shè)定，在第二爐內(nèi)加熱之后和在預(yù)先鍍層的原料體的奧氏體化方法步驟之前在10秒至1200分鐘的時(shí)間內(nèi)冷卻到溫度20℃至200℃。超過200℃不再考慮扭曲變形。出于在奧氏體化時(shí)節(jié)省能量和時(shí)間，原料體優(yōu)選被冷卻到比室內(nèi)溫度更高的溫度。

在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中設(shè)定，借助陽極氧化、優(yōu)選借助陽極氧化處理(陽極電鍍)進(jìn)行。陽極氧化保證了鍍層可被簡單的和均勻的氧化。此外，在陽極氧化方法中不僅厚度而且氧化層的成分都以簡單的方式和方式被影響和控制。尤其在含鋁的鍍層中通過陽極氧化、尤其通過鋁陽極氧化處理能夠?qū)崿F(xiàn)氧化層的厚度在1μm至30μm，并且因此能夠?qū)崿F(xiàn)比這種鍍層的天然的氧化層厚的多的厚度。

陽極氧化優(yōu)選在電解池中進(jìn)行，其中，尤其使用酸浴、優(yōu)選使用硫酸浴。

還能夠考慮，陽極氧化的方法步驟在連續(xù)式方法中和/或浸液鍍層法中進(jìn)行。

在方法的備選的實(shí)施方式中設(shè)定，借助鍍層與化學(xué)氧化劑、尤其高錳酸鹽化合物、優(yōu)選高錳酸鉀的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行氧化。

在鍍層的人工氧化時(shí)優(yōu)選在鍍層中形成金屬化合物，其中，該金屬化合物在奧氏體化的方法步驟中是熱穩(wěn)定的。尤其設(shè)定，氧化層具有金屬氧化物、優(yōu)選鋁氧化物和/或金屬磷酸鹽，優(yōu)選磷酸鋁。視為特別有利的是，在氧化時(shí)形成正磷酸鋁鹽。氧化鋁和正磷酸鋁鹽的特征在于非常高的熔點(diǎn)。在使用氧化鋁的情況下，熔點(diǎn)會超過2000℃，并且在使用正磷酸鋁鹽的情況下熔點(diǎn)會超過1500℃，因而這種氧化層由于它的熱穩(wěn)定性可以忍受接下來的在一個(gè)或多個(gè)隨后的加熱過程中的熱處理。這兩個(gè)鋁化合物的熔點(diǎn)大于用于通常用作為原料體的金屬材料的奧氏體化溫度。例如，22mnb5鋼的奧氏體化理論上在溫度800℃至1000℃進(jìn)行，并且因此低于氧化鋁和正磷酸鋁鹽的熔化溫度。

在方法的有利的改進(jìn)方案中設(shè)定，在鍍層氧化時(shí)在鍍層中形成金屬化合物，其中，該金屬化合物在奧氏體化的隨后的方法步驟中進(jìn)行熱分解，其中，形成熱穩(wěn)定的金屬化合物。能夠考慮的是，在氧化時(shí)形成金屬氫氧化物，優(yōu)選鋁氫氧化物或者金屬碳酸鹽、優(yōu)選碳酸鋅或者金屬硫酸鹽。

總之，視為特別有利的是，在熱不穩(wěn)定的金屬化合物進(jìn)行熱分解時(shí)形成保護(hù)氣體。這尤其有利的是，在奧氏體化過程中進(jìn)行熱分解。在熱分解時(shí)形成的保護(hù)氣體排擠當(dāng)前的環(huán)境氣氛，例如爐內(nèi)環(huán)境進(jìn)入靠近原料體和/或鍍層的區(qū)域內(nèi)，從而鍍層和/或原料體與當(dāng)前環(huán)境氣氛的接觸被完全避免或者至少減少。因此，使得原子氫的形成(該原子氫會導(dǎo)致由原料體制造的、通過熱變形硬化的物體的氫脆)或者水蒸氣與鍍層反應(yīng)生成氫變得困難。作為金屬化合物(它在熱分解時(shí)分解出保護(hù)氣體)例如還能夠考慮金屬碳酸鹽。碳酸鋅例如在大于300℃下分解為氧化鋅和保護(hù)氣體二氧化碳。

鍍層優(yōu)選在氧化的方法步驟和/或奧氏體化的方法步驟后具有氧化層，該氧化層是耐氧化的和/或耐腐蝕的。

還能夠考慮，原料體的鍍層設(shè)在原料體的局部區(qū)域上和/或?qū)⒃象w的鍍層的局部區(qū)域氧化和/或?qū)⒃象w的局部區(qū)域奧氏體化。

借助上述方法之一制造的、通過熱加工硬化的和具有氧化層的物體具有厚度為0.05μm至30μm、優(yōu)選0.1μm至10μm的氧化層。

附圖說明

在下面對實(shí)施例的說明中結(jié)合附圖闡述所述方法的其它目的、特征以及有利的設(shè)計(jì)方案。附圖為：

圖1示出用于制造被涂層的、通過熱變形硬化的物體的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)圖1所示的流程圖設(shè)定，在第一步驟1中制成用金屬材料預(yù)先鍍層的、由金屬構(gòu)成的原料體。在隨后的步驟2中，將該鍍層人工氧化，以便在隨后的對原料體的奧氏體化的方法步驟(步驟3)和通過熱變形對原料體進(jìn)行硬化的方法步驟(步驟4)中避免原料體的氫加載。

所示實(shí)施方式僅示出本發(fā)明的一些可能的構(gòu)造方式，而其他大量變形方式都是可以考慮的并且屬于本發(fā)明的范圍。在此示例性示出的實(shí)施例絕不應(yīng)解釋為對于本發(fā)明范圍、適用性或者可行配置方式形成限制。上述說明僅向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供一些實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的可行方式。因此對所述部件的功能和設(shè)置方式可以進(jìn)行各種各樣的變型修改，只要不脫離本申請權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍或其等同保護(hù)范圍即可。