[发明专利]钢板的局部热处理工艺及产品

说明书

本申请要求2011年7月25日提交的美国临时专利申请No.61/511,283的优先权，该申请的全部内容通过参引的方式并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及具有定制的回火性能的金属板材部件，并且更具体地涉及一种用于基于激光束热处理而局部增强金属板材部件强度的工艺、一种用于实施该工艺的系统、以及用该系统生产的产品。

背景技术

在车辆构造的领域中，使用越来越多的由高强度钢和超高强度钢制成的车辆零件以满足关于轻质构造的标准。这应用于车体构造，其中，为了满足重量目标和安全要求，例如结构性元件和/或安全元件（例如门防撞梁、A柱和B柱、保险杠、纵梁以及横梁）越来越多地由拉伸强度大于1000Mpa的热成型和压模淬火钢以及UHSS（超高强度钢）来生产。

在机动车辆工程的不同应用中，成形零件在某些区域应具有高强度同时它们在其它区域应相对于上述区域具有较高延展性。以此方式“定制”成形零件的性能有利于后续的成形操作，例如对零件进行修整或者穿孔，并且产生能够通过变皱而将撞击能量转化成变形的区域。一个常规方法包括将金属板材坯件例如在炉中加热到其奥氏体化温度以上，然后将受加热的坯件迅速转移至冷轧机并且将坯件成形为所需形状。使用位于冲压机的成形表面内的加热嵌件或者隔热嵌件以用于在成形和冷却步骤中控制金属板材坯件的选定部分的冷却速度，使得选定部分获得较低的拉伸强度和/或较低的硬度。此方法适合于在本来会具有高拉伸强度和/或高硬度的部件内形成拉伸强度减小和/或硬度减小的局部区域。不幸的是，此方法具有与将整个零件加热至其奥氏体化温度相关的高能量成本，并且对成形工具产生严重磨损。此方法不是非常适合于生产高强度和/或硬度的区域相对较小的零件。另外，由于需要对零件之间的成形工具进行冷却，因此最大生产速度受到限制。

Jahn等人（Physics Procedia12（2011）431-441）描述了一种用于车体结构中的负载适应部件设计的钢板的局部强化的工艺。为了强化钢板，Jahn等人使用激光再熔化、随后自身自淬火从而产生选择性的材料强化作用的工艺。此再熔化区域是窄的焊缝并且周围材料能够作为大块材料从而从焊缝吸收热量。再熔化之后的再凝固产生具有良好微观结构的材料，其相对于原始材料具有较高强度。现有技术中已知大块材料的其它激光硬化工艺，其也依赖于自淬火来实现所需相变。自淬火作用通过所加热的材料附近的大块材料来提供，如参照Jahn等人的教导所述。不幸的是，这些方法需要足量的大块材料来产生自淬火作用，并且因此往往不适合于在用薄钢板制成的部件上使用。

因此，提供以下工艺和系统是有利的，它们能够克服现有技术的上述限制和劣势中的至少一部分。

发明内容

根据本发明的至少一个实施方式的方面，提供了一种用于由可硬化铁合金形成的钢板部件的局部热处理的工艺，包括：提供钢板部件；将激光束投射到钢板部件上；提供激光束与钢板部件之间的相对运动从而使激光束沿扫描方向扫描跨过钢板部件的预定部分，激光束具有以下功率：所述功率选择成将预定部分内的材料加热至奥氏体化转变的温度；在使激光束扫描跨过预定部分的过程中，向位于预定部分内、并且沿激光束的扫描方向紧随在激光束后面的材料应用外部冷却源，外部冷却源被选择为以足够快的速度冷却材料，从而形成基本上限定在预定部分内的局部硬化区域；并且在应用外部冷却源之后，允许钢板部件的预定部分内的材料冷却至环境温度。

根据本发明的至少一个实施方式的方面，提供了一种用于实施由可硬化铁合金形成的钢板部件的局部热处理的系统，包括：支撑结构，支撑结构用于在钢板部件的局部热处理过程中保持钢板部件；用于产生激光束的激光源，激光源能够相对于支撑结构移动从而使所产生的激光束扫描跨过钢板部件的预定部分，激光源具有以下输出功率：所述输出功率足以形成能够将预定部分内的材料加热至奥氏体化转变的温度的加热斑；以及外部冷却源，外部冷却源与激光源相邻地布置并且能够与激光源一起相对于底座移动，使得在使用中外部冷却源布置成冷却位于预定部分内、并且沿激光束的扫描方向紧随在由激光束产生的加热斑后面的材料。