Способ получения закаленных в прессе стальных деталей с покрытием с высокой производительностью

Способ получения закаленных в прессе стальных деталей с покрытием с высокой производительностью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу изготовления деталей из стальных листов с предварительно нанесенным покрытием, которые нагреваются, подергаются штамповке и затем закалке в процессе охлаждения, выполняемой посредством выдержки в прессовом инструменте; эти детали предназначаются для применения, среди прочего, в качестве элементов конструкции автотранспортных средств в целях реализации функций препятствованию проникновению или поглощения энергии. Комплектующие такого типа могут также применяться, например, для изготовления механизмов или частей сельскохозяйственных машин.

Задача изобретения заключается в обеспечении производства стальных деталей, которые сочетают высокую механическую прочность, хорошую коррозионную устойчивость и хорошую свариваемость. Также должна иметься возможность изготовления таких горячештампованных деталей с использованием высокопроизводительных способов. Эти требования применяются, в частности, в автомобильной промышленности, где цель состоит в том, чтобы значительно снизить массу транспортных средств. Вышеуказанные качества требуются для антиинтрузивных узлов или деталей, которые играют роль в обеспечении безопасности автомобильных транспортных средств, таких как, например, бамперы, усилители дверей или средние стойки. Эти свойства могут быть достигнуты, в частности, благодаря стальным деталям, микроструктура которых является мартенситной или бейнитно-мартенситной.

Изготовление комплектующих такого типа известно, в частности, из публикаций FR 2780984 и FR 2807447, согласно которым предназначаемая для термической обработки заготовка вырубается из стального листа, предварительно покрытого металлом или металлическим сплавом, нагревается в печи и затем подвергается горячей штамповке. Предварительное покрытие может состоять из алюминия или алюминиевого сплава, цинка или цинкового сплава. В процессе нагревания в печи это предварительное покрытие сплавляется со стальной подложкой для образования соединения, которое обеспечивает защиту поверхности стали от обезуглероживания и образования окалины. Это соединение является подходящим для горячего формования. Удержание детали в инструменте после формования позволяет выполнять быстрое охлаждение, которое приводит к получению в стальной подложке закаленных микроструктур, которые ассоциируются с хорошими механическими свойствами прочности и твердости. Этот способ известен как «закалка в прессе».

При способе такого типа заготовки обычно нагреваются в методических печах, при том, что заготовки продвигаются в этих печах на валиках. Эта стадия содержит этап нагревания, сопровождаемый термической выдержкой в печи, обычно в пределах температур 900-950°С. Температура выдержки и время выдержки являются, среди прочего, функцией толщины заготовок и типа предварительного покрытия на заготовках. Из соображений повышения производительности желательно использование способов, которые позволяют сократить этап нагревания в печи в максимально возможной степени. В этой связи публикация ЕР 2312005 раскрывает способ, при котором обеспечивается рулон стали с алюминиевым предварительным покрытием и затем отжигается при 600-750°С в течение времени в пределах от 1 часа до 200 часов. При этом происходит диффузия железа из подложки в предварительное покрытие до такого уровня, на котором образуется легированный продукт. После вырубки эти легированные заготовки могут нагреваться более быстро, в частности, из-за модификации излучательной способности, вызванной такой легирующей обработкой. Однако этот способ требует предварительного, продолжительного по времени отжига рулона.

Документ ЕР 2463395 также предлагает ускорить кинетику этапа нагревания посредством локального снижения отражательной способности заготовки с использованием различных способов: предварительного нанесения черной краски, модификации микрогеометрии поверхности дробейструйной обработкой, прокаткой, лазерным или иммерсионным травлением в кислом растворе. Этот документ также описывает примеры, в которых на цинковых предварительных покрытиях осаждаются пигменты, находящиеся в водной фазе, либо черный краситель на полиэфирной/меламиновой основе, представленный в фазе растворителя. Что касается стандартной нормы смешивания: 90-92% полиэфира и 8-10% меламина (C₁₅H₃₀N₆O₆) в красочном слое после высыхания с максимальной объемной концентрацией пигмента 30%, содержание азота в слое используемой в этих испытаниях краски после высыхания отвечает порядку от 1,7 к 2,4%. Однако этот способ совершенно не учитывает некоторые существенные вопросы, связанные с последующей эксплуатацией таких деталей. Детали после горячей штамповки должны быть пригодными для окраски методом катафореза, должны быть поддающимися сварке и коррозионностойкими. Однако, как будет показано ниже, нанесение стойкой к высоким температурам стандартной черной краски прежде выполнения горячей штамповки не позволяет обеспечить эти свойства.

Поэтому были предприняты попытки определения способа, позволяющего одновременно увеличить производительность процесса горячей штамповки и управлять этим процессом таким образом, чтобы горячештампованные и закаленные детали, полученные с его помощью, были совместимыми со стандартными условиями производства, то есть чтобы они не требовали, например, модификации существующих настроек машин для точечной сварки, применяемых при сборке этих комплектующих. Этот способ также должен быть совместимым с изготовлением сварных заготовок, несущих предварительное алюминиевое покрытие, которое требует заблаговременной абляции участка предварительного покрытия на периферии заготовки, как описано в документе ЕР 2007545.

Также были предприняты попытки определения способа, который являлся бы относительно нечувствительным к некоторым возможным изменениям условий производства. В частности, были сделаны попытки разработки способа, результаты которого были бы относительно нечувствительными к условиям получения заготовки с предварительным покрытием.

Кроме того, ведется поиск способа, позволяющего обеспечивать высокую устойчивость к замедленному трещинообразованию. Известно, что закалка в прессе позволяет получать детали с чрезвычайно высокой механической прочностью, микроструктура которых из-за присутствия водорода может быть чувствительной к растрескиванию под воздействием напряжений, возникающих, например, при резании таких деталей. Поэтому были предприняты попытки определения способа, который не представлял бы какого-либо повышенного риска замедленного трещинообразования или даже позволял бы снизить чувствительность к такому риску.

Делались дополнительные попытки определения способа, позволяющего изготавливать сварные заготовки из листов различной толщины, который не приводил бы к значительным различиям в скоростях нагревания на различных участках этих сварных заготовок.

Наконец, предпринимались попытки разработки способа, составные этапы и физические элементы которого делали бы возможной реализацию такого способа без того, чтобы приводить к непомерно высоким издержкам.

Авторы данного изобретения неожиданно показали, что упомянутые выше проблемы могут быть решены экономичным способом благодаря осаждению перед горячей штамповкой полимеризованного слоя на предварительном покрытии, содержащем по меньшей мере один слой алюминия или алюминиевого сплава, при том, что такой полимеризованный слой состоит из особого полимера, содержащего углеродные пигменты в количестве между 3 и 30 масс. %.

В этой связи первая цель изобретения представляет лист или заготовку с предварительным покрытием, содержащие стальную подложку для термической обработки 1, перекрываемую поверх по меньшей мере одного участка по меньшей мере одной из ее основных поверхностей предварительным покрытием 2, содержащим по меньшей мере один слой алюминия или алюминиевого сплава, покрываемого поверх по меньшей мере одного участка предварительного покрытия полимеризованным слоем 3, имеющим толщину между 2 и 30 мкм и состоящим из полимера, который не содержит кремний и содержание азота в котором составляет менее 1 масс. % в выражении по отношению к массе данного слоя, при том, что полимеризованный слой содержит углеродсодержащие пигменты в количестве между 3 и 30 масс. % в выражении по отношению к массе слоя.

Предпочтительно элементы полимера выбираются из списка, состоящего из С, Н, О, N.

В одном предпочтительном воплощении полимеризованный слой получают из смолы в форме дисперсии или эмульсии в водной фазе.

Согласно другому предпочтительному воплощению, полимеризованный слой является образуемым из смолы в форме раствора в неводном растворителе.

В еще одном предпочтительном воплощении полимеризованный слой состоит из пленки, которая соединяется с подложкой посредством прокатки.

Предпочтительно данный полимеризованный слой является получаемым из смолы акрилового типа.

Согласно одному предпочтительному воплощению, полимеризованный слой является получаемым из смолы эпоксидного или акрилового типа в форме раствора в неводном растворителе.

В другом предпочтительном воплощении полимеризованный слой состоит из полиэтилентерефталатной, или полиэтиленовой, или полипропиленовой, или полибутилентерефталатной пленки.

Пигменты предпочтительно по меньшей мере частично состоят из активированного угля.

В одном предпочтительном воплощении пигменты по меньшей мере частично состоят из графита.

Количество активированного угля в полимеризованном слое предпочтительно составляет менее 5% в выражении по отношении к массе слоя.

Предпочтительно слой алюминия или алюминиевого сплава составляет более 50% толщины предварительного покрытия.

Дополнительная цель изобретения представляет лист или заготовку согласно одному из описанных выше воплощений, отличающиеся тем, что предварительное покрытие содержит слой интерметаллического сплава 4, находящегося в контакте с подложкой 1, перекрываемой слоем металлического алюминиевого сплава 5, и тем, что на по меньшей мере одной несущей предварительное покрытие поверхности листа в зоне 6, расположенной на периферии листа или заготовки, полимеризованный слой и слой металлического сплава отсутствуют. Дополнительную цель изобретения представляет сварная заготовка, получаемая сваркой по меньшей мере двух заготовок, при том, что по меньшей мере одна из заготовок 7 является заготовкой, отвечающей любой из указанных выше характеристик, имеющей толщину e₇, и по меньшей мере одна из заготовок является заготовкой 8, имеющий толщину e₈, составленную стальной подложкой, покрытой слоем алюминия или алюминиевого сплава, идентичного слою на заготовке 7, при том, что толщины заготовок 7 и 8 являются такими, что удовлетворяют условию .

Заготовка (7) предпочтительно является заготовкой, покрытой по всему предварительному покрытию полимеризованным слоем 3, и толщины e₇ и e₈ являются такими что .

Дополнительной целью изобретения является деталь 9, получаемая с применением аустенизации, сопровождаемой горячей штамповкой и закалкой при выдержке в штамповочном инструменте листа или заготовки, несущих предварительное покрытие, содержащее по меньшей мере один слой алюминия или алюминиевого сплава, при том, что микроструктура подложки 10 данной детали содержат мартенсит и/или бейнит, при том, что данная подложка перекрывается по меньшей мере поверх одной из ее основных поверхностей покрытием 11, образующимся в результате взаимной диффузии между стальной подложкой и предварительным покрытием, при том, что покрытие 11 перекрывается оксидной пленкой 12 и при том, что средняя массовая процентная доля содержания кислорода на расстоянии между 0 и 0,01 мкм ниже поверхности детали составляет менее 25%, а средняя массовая процентная доля кислорода на расстоянии между 0,1 и 0,2 мкм ниже поверхности составляет менее 10%.

Дополнительной целью изобретения является способ изготовления закаливаемых в прессе деталей, последовательно содержащий следующие этапы:

- обеспечения предназначаемой для термической обработки подложки, представленной стальным листом или заготовкой,

- нанесения предварительного покрытия, содержащего по меньшей мере один слой алюминия или алюминиевого сплава в контакте со стальной подложкой, на по меньшей мере одну из основных поверхностей листа или заготовки, затем

- осаждения на данном предварительном покрытии полимеризованного слоя 3, имеющего толщину между 2 и 30 мкм и составленного из полимера, который не содержит кремния и содержание азота в котором составляет менее 1 масс. % в выражении по отношению к данному слою, при том, что данный полимеризованный слой содержит углерод со держащие пигменты в количестве между 3 и 30 масс. % в выражении по отношению к массе слоя,

- нагревания затем заготовки или листа для обеспечения взаимной диффузии между стальной подложкой и предварительным покрытием с получением в стали частично или полностью аустенитной структуры, далее

- подвергания заготовки или листа горячей штамповке для получения детали и затем

- охлаждения детали в штамповочном инструменте таким образом, чтобы микроструктура стальной подложки содержала по меньшей мере на одном участке детали мартенсит и/или бейнит.

В одном предпочтительном воплощении толщина листа или заготовки составляет между 1 и 2 мм и скорость нагревания заготовки или листа в диапазоне между 50 и 500°С составляет между 15 и 35°С/с.

Предпочтительно слой алюминия или алюминиевого сплава занимает более 50% толщины предварительного покрытия.

В одном предпочтительном воплощении элементы полимера выбираются из списка, состоящего из С, Н, О, N.

Дополнительной целью изобретения является способ изготовления сварной заготовки, подвергаемой горячей штамповке и закалке в прессе, последовательно содержащий следующие этапы:

- обеспечения сварной заготовки, создаваемой сваркой по меньшей мере двух заготовок, содержащих

- по меньшей мере одну заготовку 7, отвечающую одной из указанных выше характеристик и имеющую толщину e₇,

- по меньшей мере одну заготовку 8, имеющую толщину e₈, составленную стальной подложкой, покрытой слоем алюминия или алюминиевого сплава предварительного покрытия, идентичного покрытию заготовки 7,

- при том, что толщина заготовок 7 и 8 является отвечающей условию ,

- нагревания сварной заготовки до эффекта взаимной диффузии между стальной подложкой и предварительным покрытием и придания стали частично или полностью аустенитной структуры, затем

- подвергания сварной заготовки штамповке для получения горячештампованной сварной заготовки, и далее

- охлаждения горячештампованной сварной заготовки выдерживанием [ее] в штамповочном инструменте для получения по меньшей мере на одном участке подложки горячештампованной сварной заготовки мартенсита и/или бейнита.

Предпочтительно сварная заготовка, подвергнутая горячей штамповке и закалке согласно [данному изобретению], отличается тем, что заготовка 7 по всему предварительному покрытию покрывается полимеризованным слоем 3 и при этом .

Дополнительные особенности и преимущества данного изобретения будут очевидны из следующего описании, которое представляется посредством примера с обращением к сопутствующим фигурам, на которых:

фиг. 1 схематически иллюстрирует пример листа или заготовки с предварительным покрытием согласно изобретению перед горячей штамповкой;

фиг. 2 схематически иллюстрирует пример заготовки, сваренной согласно изобретению, при том, что толщина этих двух сваренных заготовок не является одинаковой;

фиг. 3 схематически иллюстрирует пример заготовки согласно изобретению, предназначенной для сварки лазером с последующей горячей штамповкой;

фиг. 4 является схематическим изображением примера структуры слоев, наблюдаемой на горячештампованной детали согласно изобретению.

Следует заметить, что эти схемы не пытаются воспроизвести относительные размеры различных структурных элементов в масштабе.

Фиг. 5 иллюстрирует результаты исследования содержания кислорода по профилю поверхности после нагревания до 900°С, сопровождаемого горячей штамповкой и закалкой в прессе.

Фиг. 6 иллюстрирует результаты исследования содержания углерода по профилю поверхности после нагревания до 900°С, сопровождаемого горячей штамповкой и закалкой в прессе.

Фиг. 7 иллюстрирует результаты исследования содержания углерода, кислорода и кремния по профилю поверхности не соответствующей данному изобретению заготовки с предварительным покрытием, подвергнутой обработке при 900°С, сопровождаемой горячей штамповкой и закалкой в прессе.

Фиг. 8 показывает внешний вид поверхности горячештампованной детали согласно изобретению в сравнении с горячештампованной деталью, которая не содержит предварительно осажденного полимерного слоя с углеродсодержащими пигментами, при том, что последняя иллюстрируется фиг. 9.

Толщина листовой стали, используемой при способе согласно изобретению предпочтительно составляет приблизительно между 0,5 и 4 мм, что соответствует диапазону толщин, применяемых, в частности, при изготовлении конструкционных или усиливающих элементов в автомобильной промышленности.

Сталь подложки представлена сталью для термической обработки, то есть сталью, способной принимать закалку после аустенизации и быстрого охлаждения.

Как пример, сталь предпочтительно содержит следующие элементы, при том, что ее композиция выражается в массовых процентах:

- Содержание углерода между 0,07 и 0,5 масс. %, предпочтительно между 0,09 и 0,38 масс. % и более предпочтительно между 0,15 и 0,25 масс. %. Этот элемент играет основную роль в способности принимать закалку и в механической прочности, достигаемой после охлаждения, следующего за аустенизирующей обработкой. При его содержании ниже 0,07 масс. % пригодность для закалки снижается, а механическая прочность при растяжении после закалки в прессе оказывается недостаточной. Содержание С в 0,15% позволяет гарантировать достаточную способность принимать закалку в наиболее сильно деформируемых в горячем состоянии зонах. Выше содержания в 0,5 масс. % возрастает риск образования дефектов в ходе закалки, в частности, в случае деталей с самыми большими толщинами. Также становится трудно гарантировать пластичность в процессе гибки деталей после закалки в прессе. Содержание углерода между 0,09 и 0,38% позволяет получать прочность при растяжении Rm между приблизительно 1000 и 2050 МПа, когда микроструктура детали оказывается полностью мартенситной.

- В дополнение к своей роли раскислителя марганец также демонстрирует значительный эффект влияния на способность принимать закалку, в частности, когда он присутствует в количествах более 0,5 масс. % и предпочтительно более 0,8 масс. %. Однако для препятствования чрезмерной сегрегации предпочтительно ограничивать его добавки 3 масс. % и особенно предпочтительно его ограничение 1,5 масс. %.

- Содержание в стали кремния должно составлять между 0,02 и 0,5 масс. % и предпочтительно между 0,1 и 0,35 масс. %. В дополнение к его участию в раскислении жидкой стали этот элемент вносит вклад в закалку стали, хотя его концентрация должна ограничиваться, чтобы не допускать чрезмерного образования оксидов и препятствовать любым неблагоприятным эффектам в отношении способности к восприятию покрытий при их нанесении способом горячего окунания.

- В концентрации более 0,01% хром увеличивает способность принимать закалку и вносит вклад в достижение высокой прочности после операции горячей обработки. Выше концентрации в 1%, предпочтительно 0,3% эффект хрома на однородность механических свойств детали выходит на насыщение.

- Алюминий является элементом, который способствует окислению и выделению азота. При его чрезмерных количествах в процессе производства стали образуются крупнозернистые алюминаты, которое проявляют тенденцию к снижению пластичности, вследствие чего содержание алюминия ограничивается 0,25 масс. %. Минимальная концентрация 0,001% позволяет окислять сталь в жидком состоянии в процессе обработки.

- В чрезмерных количествах сера и фосфор приводят к повышенной хрупкости. Поэтому предпочтительно ограничивать уровни содержания этих элементов 0,05 и 0,1 масс. %, соответственно.

- Бор, содержание которого должно находиться между 0,0005 и 0,010 масс. % и предпочтительно между 0,002 и 0,005 масс. %, является элементом, который играет важную роль в отношении способности принимать закалку. При содержании ниже 0,0005% достаточного воздействия на способность принимать закалку не достигается. Полный эффект обеспечивается при содержании в 0,002%. Чтобы избегнуть неблагоприятного воздействия на ударную вязкость, максимальное содержание бора должно составлять менее 0,010% и предпочтительно 0,005%.

- Титан обладает сильным сродством с азотом. Он защищает бор таким образом, что этот элемент находится в свободной форме, которая позволяет полностью реализовать его эффект воздействия на способность принимать закалку. Однако при концентрациях выше 0,2% существует риск образования в жидкой стали крупнозернистых нитридов титана, которые проявляют отрицательное воздействие на ударную вязкость. Предпочтительно содержание титана находится между 0,02 и 0,1%.

- Необязательно сталь может также содержать вольфрам в количестве между 0,001 и 0,3 масс. %. В указанных количествах этот элемент увеличивает способность принимать закалку и пригодность к закалке вследствие образования карбидов.

- Необязательно сталь может также содержать кальций в количестве между 0,0005 и 0,005 масс. %. Благодаря соединению с кислородом и серой кальций препятствует образованию крупных включений, которые оказывают нежелательное влияние на пластичность листов или изготавливаемых из них деталей.

Остальное в композиции стали состоит из железа и неизбежных примесей, появляющихся в результате обработки.

Предпочтительно может применяться сталь 22MnВ5, которая содержит в массовых процентах 0,20-0,25% С, 1,1-1,35% Mn, 0,15-0,35% Si, 0,02-0,06% Al, 0,02-0,05% Ti, 0,02-0,25% Cr, 0,002-0,004% В с остальным, состоящим из железа и неизбежных примесей.

Стальная подложка имеет предварительное покрытие из алюминия или алюминиевого сплава. При этом в последнем случае покрытие содержит алюминий в концентрации, превышающей 50 масс. %. Это предварительное покрытие, которое предпочтительно наносится непрерывным способом погружения в расплав, предпочтительно является алюминиево-кремниевым сплавом, содержащим 7-15 масс. % кремния, от 2 до 4 масс. % железа, необязательно между 15 и 30 ч./млн кальция с остальным, состоящим из алюминия и неизбежных примесей, появляющихся при обработке.

Такое предварительное покрытие также может быть алюминиевым сплавом, содержащим 40-45% Zn, 3-10% Fe, 1-3% Si с остальным, состоящим из алюминия и неизбежных примесей, появляющихся вследствие обработки.

Предварительное покрытие может также состоять из наложения слоев, осаждаемых в ходе последовательных этапов, при том, что по меньшей мере один из таких слоев является алюминием или алюминиевым сплавом. Слой алюминия или алюминиевого сплава (или, в случае множества слоев такого типа, сумма толщин этих слоев) предпочтительно занимает более 50% толщины предварительного покрытия.

Это предварительное покрытие поверх по меньшей мере одной из основных поверхностей листа перекрывается полимеризованным слоем, содержащим углеродсодержащие пигменты. Этот слой может быть осажден поверх всего металлического предварительного покрытия или только на одном его участке. В этом последнем случае сообщаемые этим слоем и описываемые ниже эффекты обеспечиваются в зонах, где присутствует слой. Что касается, в частности, тепловых эффектов этого слоя, то они также приложимы, хотя и меньшей степени, к зонам, на локальном уровне смежным с теми, на которых выполнялось осаждение слоя.

Этот полимеризованный слой, в частности, может быть получен следующими этапами:

- старт со смолы в форме дисперсии или эмульсии в водной фазе. В частности, может применяться смола акрилового типа.

- старт со смолы в форме раствора в неводном растворителе. В частности, может применяться смола эпоксидного типа, например, эпоксифенольная или акриловая смола.

- старт с термопластичной полимерной пленки, сцепливаемой с листом подложки посредством прокатки. В частности, могут применяться полиэтилентерефталатная, или полиэтиленовая, или полибутилентерефталатная, или полипропиленовая пленка.

В целях обеспечения производительности и постоянства толщины этот слой может предпочтительно наноситься с помощью валиков. После полимеризации и/или сушки получается полимеризованный слой, толщина которого составляет между 2 и 30 мкм. Толщина менее 2 мкм не позволяет достичь степени укрывистости, достаточной для реализации данного способа. Толщина более 30 мкм приводит к повышенному риску загрязнения печей в ходе последующего нагревания.

Лист или заготовка с предварительным покрытием схематично иллюстрируются на фиг. 1. Фиг. 1 отображает стальную подложку для термической обработки 1, покрытую металлическим предварительным покрытием 2, которое само перекрывается сверху полимеризованным слоем 3, содержащим углеродсодержащие пигменты.

На данном этапе стальная подложка еще не закалена, то есть не содержит компонентов, или по меньшей мере содержит только несколько компонентов, образующихся в результате закалки, например, менее 10% мартенсита. Лист или заготовка имеют по существу плоскую форму.

При способе закалки в прессе стальная подложка нагревается до температуры Тγ, что приводит к ее аустенизации с по меньшей мере частичным достижением мартенситного или бейнитного превращения в течение последующего охлаждения. Если покрытый краской лист должен нагреваться до такой температуры, то естественным был бы выбор краски, стойкой до температуры Т более Тγ, то есть такой, у которой связующее сохраняет свою функцию по отношению к пигментам в краске. Известно, что пигменты, которые являются стойкими к высоким температурам, обычно представлены кремнийорганическими или полисилоксановыми смолами, которые, соответственно, содержат кремний. Фактически они основываются на цепочечных звеньях Si-O-Si, которые имеют очень устойчивые связи и проявляют стойкость к высоким температурам. Однако авторы данного изобретения с удивлением обнаружили, что необходимо использовать полимеры, которые не содержат кремний. Полезные эффекты, поясняемые ниже, достигаются, когда составные элементы полимеров выбираются из числа углерода, водорода, кислорода или азота. В течение нагревания эти полимеры разрушаются при температуре ниже Тγ и частично соединяются с кислородом атмосферы печи. Можно было бы ожидать, что после этого пигменты краски, лишенной связующего вещества, больше не стали бы удерживаться на подложке и начали бы отделяться. Также может быть повод опасаться того, что после нагревания вследствие разложения краски образуется слой, препятствующий последующему выполнению катафореза или электросварки. Однако авторы данного изобретения показали, что, как ни удивительно, эти нежелательные последствия в условиях изобретения не происходят.

Вследствие опасности образования соединений типа HCN или чрезмерных количеств аммиака в ходе нагревания до температуры, необходимой для штамповки, содержание азота в полимеризованном слое 3 должно быть ограничено 1%, предпочтительно 0,5% и более предпочтительно 0,2%.

Массовая доля содержания углеродсодержащих пигментов в выражении по отношению к массе полимеризованного слоя 3 составляет между 3 и 30%. Ниже 3% оказывается недостаточным уменьшение времени нагрева. Выше 30% вязкость смеси оказывается неподходящей для применения. Ниже будет показано, что в этом диапазоне концентраций получаемая после горячей штамповки деталь фактически не имеет никакого поверхностного обогащения углеродом.

Углеродсодержащие пигменты могут быть представлены в форме графита или активированного угля. Последний, который получается в ходе этапа высокотемпературной карбонизации, имеет аморфную структуру и большую удельную поверхность, которая придает ему высокую адсорбционную способность. Массовая концентрация активированного угля, чтобы быть подходящей для смешивания с полимером, в выражении по отношению к массе осаждаемого слоя должна составлять менее 5%.

Заготовки, содержащие металлическое предварительное покрытие и слой полимера, содержащего частицы углерода, нагреваются в печи под обычной атмосферой от температуры окружающей среды до температуры Тγ, обычно близкой к 900°С, что обеспечивает возможность последующей горячей штамповки. Во время нагревания углерод в слое продолжает присутствовать на поверхности заготовки в течение большей части этапа нагревания, то есть на протяжении большей части этого этапа проявляется его эффект воздействия на отражательную способность и поэтому вносится вклад в весьма значительное сокращение продолжительности данного этапа. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что под условиями изобретения он постепенно соединяется с кислородом в печи во время нагревания и исчезает почти полностью, когда заготовка достигает температуры Тγ. Авторы изобретения также обнаружили, что нанесение краски согласно изобретению не требует последующей пескоструйной обработки для удаления потенциального оксидного слоя, способного оказывать неблагоприятное воздействие на последующее катафорезное окрашивание. Нанесение краски согласно изобретению не изменяет пригодность к электросварке деталей после горячей штамповки, вследствие чего не возникает необходимости в модифицировании настроек сварочных машин. Кроме того, как будет показано ниже, способ согласно изобретению позволяет увеличить устойчивость горячештампованных деталей к замедленному трещинообразованию в силу снижения содержания диффундирующего водорода. Нанесение краски согласно изобретению не уменьшает коррозионную устойчивость горячештампованных деталей.

Изобретение может быть осуществлено одним конкретным способом, который иллюстрируется на фиг. 2, где схематично показана сварная заготовка, содержащая две заготовки 7 и 8 с соответствующими толщинами e₇ и e₈, такими, что . Эти две заготовки содержат стальную подложку с нанесенным на ней предварительным покрытием из алюминия или алюминиевого сплава, при том, что данное предварительное покрытие идентично на обеих заготовках. Сварное соединение может быть выполнено любым подходящим способом, в частности, дуговой сваркой или лазерной сваркой. Если сварной шов этого типа нагревается для горячей штамповки, различные толщины составных частей приводят к различной кинетике нагревания этих двух частей, когда заготовка 7 нагревается менее быстро, чем более тонкая заготовка 8. Это, в свою очередь, может привести к различным микроструктурам и к различиям в свойствах подложки и покрытия частей 7 и 8 после горячей штамповки. В некоторых случаях оказывается невозможным определение удовлетворительных рабочих режимов, таких как температура нагревания и время выдержки, для получения желательных свойств в различных составляющих зонах сварного соединения.

Данное изобретение указывает, что слой описанного выше полимера осаждается для получения полимеризованного слоя, содержащего в более толстой заготовке 7 от 3 до 30% углеродсодержащих пигментов. Более тонкая заготовка 8 не имеет такого слоя на предварительном покрытии из алюминиевого сплава или алюминия. В зависимости от желательной однородности свойств по горячештампованной детали, возможно осаждение слоя по всей заготовке 7 или только по одному ее участку. Затем сварная заготовка помещается в печь. Предварительное нанесение слоя краски позволяет увеличить коэффициент излучения заготовки 7 и снизить различия в скорости нагревания между этими двумя заготовками 7 и 8, возникающие в результате различий в их толщине.

Авторы данного изобретения показали, что, когда заготовки обеспечиваются в такой форме, что выполняется условие , продолжительность нагревания в частях 7 и 8 фактически оказывается одинаковой, поскольку нанесение слоя краски согласно изобретению модифицирует излучательную способность с обеспечением почти полного компенсирования эффекта различий между толщинами заготовок 7 и 8 при нагревании, что гарантирует превосходную однородность свойств детали после горячей штамповки и закалки в прессе.

На заготовки 7 и 8 может быть нанесено предварительное покрытие из, например, алюминиево-кремниевого сплава, содержащего 7-15 масс. % кремния, от 2 до 4 масс. % железа, необязательно между 15 и 30 ч./млн кальция с остальным, состоящим из алюминия и неизбежных примесей, появляющихся при обработке. Под этими условиями, как схематично иллюстрируется фиг. 3, предварительное покрытие 2 содержит слой интерметаллического сплава 4 в несколько микрометров толщиной, содержащий в основном Fe₂Al₃, Fe₂Al₅ и Fe_xAl_ySi_z в контакте со стальной подложкой 1. Этот интерметаллический слой 4 покрывается сверху слоем металлического сплава Al-Si-Fe 5. На более толстой заготовке 7 этот слой 5 в свою очередь сам перекрывается описанным выше слоем полимера 3, содержащим 3% углеродсодержащих пигментов. Для препятствованию образования хрупких интерметаллических соединений в зоне расплавления при сварке слой металлического сплава 5 удаляется на периферии заготовок с оставлением в этом месте тонкого слоя интерметаллического сплава 4. Эта местная абляция может быть выполнена любым способом, в частности, расплавлением и испарением с помощью импульсного лазера. Авторы данного изобретения показали, что присутствие полимерного слоя с углеродсодержащими пигментами не препятствует абляции, которая может выполняться под удовлетворительными с точки зрения производительности условиями. В качестве примера, желательные результаты могут быть получены при использовании мощности лазера от 50 Вт до 1,5 кВт, скорости абляции порядка 3-6 м/мин и на длине волны от 300 до 1500 нм.

Фиг. 3 иллюстрирует один пример, при котором слой краски 3 и слой металлического сплава 5 были удалены на одном краю несущей предварительное покрытие, окрашенной заготовки. Поэтому после такой абляции на поверхности 6 было обнажено интерметаллическое покрытие 4. Фиг. 3 иллюстрирует пример, при котором абляция была проведена на единственной поверхности заготовки. Также возможно выполнение такой абляции на обеих поверхностях, когда желательно минимизировать количество алюминия, вводимого в расплавленный наплавной металл при переплаве.

Заготовки свариваются вдоль края, на котором была выполнена абляция. Затем заготовки нагреваются, подвергаются горячей штамповке и закалке в прессе.

Авторы данного изобретения показали, что способ согласно изобретению позволяет изготавливать горячештампованные детали, которые обладают хорошей пригодностью для точечной сварки и окраски катафорезом, хорошей устойчивостью к коррозии и замедленному трещинообразованию.

Посредством неограничивающих примеров следующими воплощениями иллюстрируются преимущества, достигаемые в соответствии с настоящим изобретением.

Пример 1

Были обеспечены заготовки толщиной 1 мкм, изготовленные из стали, имеющей следующую композицию в массовых процентах: 0,228% С, 1,189% Mn, 0,014% P, 0,001% S, 0,275% Si, 0,028% Al, 0,034% Ti, 0,003% В, 0,177% Cr с остальным, являющимся железом и примесями, образующимися в результате обработки. Эти заготовки на каждой поверхности имеют предварительное покрытие толщиной 24 мкм, содержащее 9 масс. % кремния, 3 масс. % железа с остальным, являющимся алюминием и неизбежными примесями. Затем при различных условиях, указанных в таблице ниже, на некоторых из этих заготовок с помощью валика полностью по обеим их поверхностям был нанесен слой, состоящий из находящихся в во