本發明涉及一種為熱壓成型或作為熱壓成型的初始階段而導電加熱片狀的金屬部件的方法。

此外，本發明還涉及導電加熱的片狀的金屬部件，及用于導電加熱片狀的金屬部件的裝置。

通常，片狀的金屬部件，例如薄板材料，通過形狀硬化或熱成型而成型(umgeformt)。在此，部件被加熱至設定的成型溫度，且隨后例如，通過壓力使之變型為所希望的形狀。在片狀的部件的這種熱壓成型過程中，在成型(formgebung)前，成型溫度是達到最大變型度及為此所必需的成型力的主要標準。在較低溫時，由于被成型性降低會導致出現裂紋，因此，通常無法加工要求高的或復雜的幾何變型。此外，對于成型溫度，部件的冷卻速度在成型過程中成為決定性因素，以便實現馬氏體的材料結構。在處理中的靜置時間或處理持續時間將由成型溫度及部件的厚度確定。如果冷卻速度太小或太慢，則達不到所要求的強度和硬度值。相反，如果冷卻速度太快，則部件可能太脆及容易破裂。

前述的熱成型過程基于汽車工業，特別是輥底爐或多層批次爐在此，部件的溫度變化基于爐的熱輻射以及對流的優先級，且基于在很小范圍內在部件的材料內部通過熱傳導。針對每個部件的厚度和涂層，基于特定的材料屬性在爐內調整不同的溫度-時間-變化曲線，以便可以產生均勻的部件屬性。

在應用較大的板材厚度時，現有技術受到局限，或實施現有技術的成本非常高。這是因為，在較大部件厚度的情況下，加熱持續時間必須明顯增加。此外，已用于較薄部件厚度的爐不適用較大重量的部件。

背景技術：

在工業領域中，存在快速加熱金屬材料的多種可能性。特別是，公知常識中的感應和熱傳導方法。該方法通常僅用于相對較薄的板材部件，其中，部件完全被奧氏體化。由于通過局部產生的熱點使得部分地加熱存在困難，由此部件的幾何形狀通常是限制大小的。對于部件的熱膨脹或在部件內部熱分布所進行的主動調控，目前在現有技術中的方法是無法實現的。調整分級的部件屬性通常需要用被調整的元件在不同的工藝步驟中進行，例如，在回火站之間或質量減震器(absorbermassen)之間，將熱量從部件中散發出。

在de10212819a1中示出了一種加工金屬部件的方法，該方法通過加熱隨后硬化及快速冷卻，其中，在部件中存在未硬化的區域。在此提出，通過電阻加熱的方式加熱金屬部件，且在所述金屬部件的目標區域冷卻，或電動的或陶瓷的調和(überbrückt)，以便在所述區域的溫度保持在奧氏體化的溫度下。

在de102008062270a1中示出了一種裝置和一種方法，所述方法用于金屬材料塊的部分硬化。在此，提出具有批處理操作的電動的加熱線圈的加熱單元，其中，加熱線圈的形狀通過輥產生的輪廓的截面進行調整，使得僅在確定的區域沿著輪廓的長度加熱。

技術實現要素：

本發明的目的是，針對隨后部件的熱變型提出一種用于加熱片狀的金屬部件的方法，其中，該方法還可以針對具有較厚厚度的部件在較低成本情況下實施批量生產。

在此，根據本發明提出一種用于導電加熱片狀的金屬部件的方法。根據本發明的方法至少具有下列步驟：

a)彼此對置的金屬部件的狹窄側的兩個側表面與每個電極接觸。在此，第一電極相對于金屬部件的厚度或沿金屬部件的厚度僅部分地(abschnittsweise)與第一側表面接觸。第二電極相對于金屬部件的厚度或沿金屬部件的厚度同樣僅部分地與第二側面接觸；且

b)在兩個電極上通上電壓，這樣，使得電流通過金屬部件導入，金屬部件在第一區域加熱至第一溫度。在此，第一溫度高于材料特有的第一設定的溫度閥值，從該溫度閥值起，金屬部件的材料完全被奧氏體化。此外，金屬部件在第二區域加熱至第二溫度，其中，第二溫度低于材料特有的第一設定的溫度閥值。

根據本發明的方法可考慮作為針對熱成型方法的初始階段。金屬部件包括金屬的材料或由金屬的材料構成。金屬部件構建為片狀的，及優選地，具有恒定的厚度。片狀的形狀可理解為，金屬部件具有的長度和寬度都大于厚度。例如，金屬部件構造成板材。恒定的厚度可理解為，金屬部件在每個區域具有同樣的厚度。金屬部件可以涂層或不涂層。

根據本發明，金屬部件通過導電加熱方式加熱。導電加熱可以理解為直接的電阻加熱，其中，通過兩個電極在部件上或在部件的兩個對置的側面通電，且導電的部件作為電的導體。由此，電流從第一電極通過金屬部件流到第二電極。由于電流流過使得金屬部件被加熱。在此，兩個電極以這樣的方式在金屬部件上通電，在一個區域(第一區域)中金屬部件被加熱至高于所述金屬部件的奧氏體化溫度，其中，在第二區域中的金屬部件僅加熱至低于金屬部件的奧氏體化溫度的溫度。

兩個電極被設置在金屬部件的兩個彼此對置的狹窄側的側表面處。金屬部件的一個狹窄側具有寬度，該寬度對應于金屬部件的厚度。狹窄側的長度對應于例如金屬部件的長度或寬度。

由此，電極僅部分地相對于導電部件的厚度被設置在每個側表面處，未與金屬部件的整個厚度接觸或未與被接觸的狹窄側的整個寬度接觸。由此，在電極和側表面之間所產生的接觸面小于側表面本身，且具有特別地與部件厚度相比較更小的寬度。

第一溫度閥值為材料特有的常數，從所述第一溫度閥值起，金屬部件的材料完全被奧氏體化。根據不同的材料，所述溫度閥值是不相同的。例如，第一設定的溫度閥值為750℃。

根據本發明的方法，在金屬部件內的溫度分布在該金屬部件的截面上及可通過電流進行控制。電流沿著電極之間的直接連接，且由此在縱向和/或橫向方向通過金屬部件進行定向。由此，電流在水平方向通過金屬部件被定向。第一區域通過沿著電極之間的直接連的區域被限定，在該第一區域被加熱至第一溫度。該第一區域根據電極的布置僅在金屬部件部分厚度上延伸。

第二區域部分地通過電流，該第二區域僅被加熱至第二溫度，然而特別地，通過熱傳導部件的內部被加熱。

由此根據本發明的方法提出通過金屬部件的厚度進行直接電阻加熱。

因為在金屬部件中的第一區域被加熱至高于第一溫度閥值的第一溫度，在所述溫度閥值下，金屬部件的材料完全被奧氏體化，在金屬部件稍后的冷卻過程中，奧氏體轉變為馬氏體，由此導致硬度提高。優選地，這樣選擇處理持續時間、通電電壓及第一設定的溫度閥值，使得在第一區域中的起始原料的硬度被提高數倍。特別優選地，這樣選擇處理持續時間、通電電壓及第一設定的溫度閥值，使得在金屬部件冷卻后，根據維氏硬度在第一區域內硬度在400和575hv10之間。

第二區域，即，非被奧氏體化的區域，所述其二區域與第一區域相比較較軟，且在冷卻后由鐵素體-珠光體結構構成，其對應于在加熱前大約部件的初始狀態。

優選地，這樣選擇通電電壓、處理時間及針對第二區域的第二溫度的第二設定的溫度閥值，使得在區域中的根據維氏的硬度約為200hv10。

特別地，通過根據本發明的方法使得加熱具有較大厚度的，如超過3mm厚度的片狀的金屬部件，且使隨后的熱量轉換成為可能。此外，由于金屬部件不必完全被奧氏體化，因此，通過局部加熱需要很少的能量，即根據金屬部件厚度在至少兩個區域有區別地進行加熱。片狀的被限定的電接觸可以限定能量投入，實現調整在金屬部件內部的溫度梯度。由此，可以通過直接局部電阻加熱實現限定的調整金屬性能或結構。

優選地，在步驟a)中，兩個電極以這樣的方式在兩個側表面設置，在電極和側表面之間分別形成一個接觸面。優選地，每個接觸面延伸超過金屬部件的長度的至少50％或延伸超過金屬部件的寬度的至少50％。特別優選地，每個接觸面延伸超過金屬部件的長度的至少90％或延伸超過金屬部件的寬度的至少90％。例如，每個接觸面可能延伸超出金屬部件的整個長度或整個寬度。優選地，兩個彼此對置的接觸面被設置為一致的和在相同的高度或層。

此外，優選地，每個接觸面延伸少于金屬部件的厚度的至少75％。特別優選地，每個接觸面延伸少于金屬部件的厚度的至少50％。

還有優選地，在步驟a)和步驟b)中，金屬部件被構建為夾持裝置的裝置夾持在兩個電極之間。在此，構成夾持裝置的裝置同樣可以具有兩個電極。由此，夾持裝置側向地或在金屬部件對置的兩個狹窄側夾持金屬部件，使得在金屬部件的頂側和/或底側的區域內不必設置底座或支座。這種方式的底座或支座可通過金屬部件影響電流，及由此影響到金屬部件相關聯的加熱。夾持裝置在兩個對置的狹窄側與兩個電極擠壓，使得由此夾固整個金屬部件。

優選地，在步驟a)中，兩個電極相對于金屬部件厚度居中地被設置兩個側表面處。由此優選地，電流被定向通過部件的中間區域或通過部件的內核，及由此被定向水平地且居中通過金屬部件的內部。在此，第一區域被限定，所述區域被這樣地加熱，該區域完全被奧氏體化。第二區域，即在該區域中金屬部件未被加熱到如此高的溫度，該區域已完全被奧氏體化，由此，該區域形成在邊界區域或外部區域內，即在金屬部件的頂側和底側的區域。兩個部區域形成第二區域，該兩個外部區域如第一區域水平地通過金屬部件延伸。由此，第二區域或金屬部件的兩個邊界區域形成金屬部件的頂側和底側。

優選地，方法以這樣的方式被調控，第二溫度不僅低于第一設定的溫度閥值，而且還低于材料特有的第二設定的溫度閥值，其中，第二設定的溫度閥值低于第一設定的溫度閥值。在第二設定的溫度閥值時為類似在第一設定的溫度閥值時材料特有的常量。優選地，第二設定的溫度閥值是一個溫度，在該溫度下，金屬部件的材料開始奧氏體形成(阿爾法-伽馬-轉換)，然而在該溫度下，材料還未完全被奧氏體化。例如，第二設定的溫度閥值可設置在700℃至750℃之間。特別優選地，第二設定的溫度閥值低于第一設定的溫度閥值至少25℃。

此外，優選地，在第一設定的溫度閥值之上，第一溫度保持設定的時間段。優選地，第二溫度同樣在第二設定的溫度閥值之下保持同樣設定的時間段。特別優選地，第二溫度在任何時候上升超過第二設定的溫度閥值。在此，控制溫度分布還可通過處理時間或設定的時間段完成。

優選地，以這樣的方式選擇處理時間或保持時間，根據在第一區域和第二區域之間的熱傳導，第二溫度未超過第二設定的溫度閥值。

此外，根據本發明的金屬部件，其根據前述的方法進行導電加熱。

優選地，金屬部件的厚度常量通常超過2mm，特別優選地，超過3mm，特別優選地，超過4mm。數據顯示在加熱前金屬部件的初始狀態和/或在加熱后但是在進一步加工前(例如變型)的狀態。

此外，優選地，金屬部件具有基本的長方體的形狀。

此外，根據本發明提供一種根據前述方法用于導電加熱的裝置。

優選地，裝置具有兩個電極，其中，電極分別具有在金屬部件的每個側表面處設置每個電極的結構側(anlageseite)。在此，電極的結構側可構建為片狀的，特別是構建為平的及與金屬部件的側表面平行的。替選地，結構側可構建為縱向的邊，例如沿著金屬部件的側表面長度的邊。由此，這種方式的電極的截面呈尖狀延伸。構建為縱向邊的結構側形成沿線沿金屬部件的側表面的長度的狹窄或薄的接觸面此外，電極的接觸面可被構建為凸起的。

優選地，裝置被構建為用于在裝置的兩個電極之間夾持金屬部件的夾持裝置。

附圖說明

本發明在下面將根據優選實施例以示例的方式進行描述。

示出如下：

圖1：具有被側向布置的電極的金屬部件的立體圖；

圖2a和2b：通過在圖1中示出的布置的剖面圖；

圖3：具有與處理時間相關的溫度變化的圖表；

圖4：電極或電極的結構側的不同的設計方案；

圖5：通過在加熱后和在完成熱壓成型或冷卻后的金屬部件的剖面圖。

具體實施方式

圖1示出具有設置在兩個彼此對置的狹窄側(10、11)的電極(14、15)處的金屬部件100的立體圖。在此，電極(14、15)的結構側25被設置在金屬部件100的整個長度23上在相對于金屬部件100的厚度16的中間。在電極(14、15)和彼此對置的狹窄側(10、11)的側表面之間形成的接觸面(21、22)是狹窄的，或具有很小的寬度，該寬度作為金屬部件100的厚度16。

由此，電極(14、15)未被設置在金屬部件100的全部厚度16上，而僅在金屬部件100的側表面(10、11)處的中間及一部分上，在兩個電極(14、15)通電后，產生的電流18通過金屬部件100水平及在中間定向。圖2a示出電流18在水平方向從中間通過金屬部件100的內核。

圖2b示出由此產生金屬部件100的加熱。在中間區域或在金屬部件的內核，由于電流18使得第一溫度t1實現高于第一設定溫度閥值ts1。在此，構建為第一區域19，在該區域內，由于達到第一溫度t1，使得金屬部件100的材料完全被奧氏體化。在邊界區域或外部區域內，到達低于第二設定溫度閥值ts2的第二溫度t2。由此，可確保在該由此形成的第二區域20內的材料未完全被奧氏體化。

圖3示出具有兩個設定的溫度閥值ts1和ts2的時間圖表。在第一區域19中的第一溫度t1對于在設定的時間區間超過材料特有的第一設定的溫度閥值ts1，從該溫度閥值ts1開始，金屬部件100的材料完全被奧氏體化。第二溫度t2在整個處理過程中保持低于材料特有的第二設定的溫度閥值ts2。被材料特有的第二設定的溫度閥值ts2限定的溫度，從該溫度開始，金屬部件100的材料開始形成奧氏體(阿爾法-伽馬-轉換)，然而未完全被奧氏體化。

圖4示出電極(14、15)不同的設計方案，或電極(14、15)的結構側25不同的設計方案。例如，電極(14、15)的結構側25可被構建為狹窄的或薄的，及片狀的或寬的，或厚的和片狀的。此外，結構側可以為尖細的，即形成縱向對齊的結構邊(anlagekante)。替選地，電極(14、15)的結構側可以被構建為凸起的。

圖5示出金屬部件100的剖面圖。在左側區域，在金屬部件100內部的不同位置處可達到的溫度(t1、t2、t3)。在金屬部件100的內核，達到最高溫度，即第一溫度t1，在該溫度下，金屬部件100的材料在所述區域內完全被奧氏體化。在邊界區域，即在第二區域20內，僅達到第二溫度t2，在該溫度下，未開始奧氏體化，而是出現鐵素體-珠光體-結構。在過渡區域27內，達到第三溫度t3，該溫度處在第一溫度t1和第二溫度t2之間。

在圖5的右側，在放大圖中示出不同的區域(19、20、27)。在內核處形成第一區域19，該區域完全被奧氏體化，且經過冷卻進行馬氏體轉換。維氏硬度在400和500hv10之間。在邊界區域，即在第二區域20內，未發生奧氏體化。經過冷卻產生的鐵素體-珠光體結構具有的維氏硬度約為200hv10，大致相當于金屬部件100的初始狀態。過渡區域27部分地被奧氏體化，其中出現混合結構，由此，導致維氏硬度在200和400hv10之間。

附圖標記說明

100金屬部件

200裝置

10第一狹窄側

11第二狹窄側

12第三狹窄側

13第四狹窄側

14第一電極

15第二電極

16金屬部件的厚度

17電壓

18電流

19第一區域

20第二區域

21第一接觸面

22第二接觸面

23金屬部件的長度

24金屬部件的寬度

25電極的結構側

26時間段

27過渡區域

t1第一溫度

t2第二溫度

t3第三溫度

ts1第一設定的溫度閥值

ts2第二設定的溫度閥值