(57)【要約】本発明は、金属部品を熱処理する方法及び装置、並びに金属部品を加熱する炉の使用に関する。本発明は、選択的にプレコートされる高強度マンガンボロン鋼製の部品を部分硬化させる際に用いることができる。本発明に係る、金属部品（１）を熱処理する方法は、ａ）部品（１）を第１炉（２）内で加熱する工程と、ｂ）部品（１）を温度制御部（３）内へと移動する工程と、ｃ）温度制御部（３）内で、部品（１）における少なくとも１つの第１部分領域（４）を冷却して、部品（１）における少なくとも１つの第１部分領域（４）と少なくとも１つの第２部分領域（５）との間に温度差を設定する工程と、ｄ）部品（１）を温度制御部（３）から第２炉（６）内へと移動する工程と、及びｅ）第２炉（６）内で、少なくとも、部品（１）における少なくとも１つの第１部分領域（４）を少なくとも２００Ｋ加熱する工程とを少なくとも含む。【選択図】図１
2019508582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部品（１）を熱処理する方法であって、
ａ）部品（１）を第１炉（２）内で加熱する工程と、
ｂ）前記部品（１）を温度制御部（３）内へと移動する工程と、
ｃ）前記温度制御部（３）内で、前記部品（１）における少なくとも１つの第１部分領域（４）を冷却して、前記部品（１）における前記少なくとも１つの第１部分領域（４）と少なくとも１つの第２部分領域（５）との間に温度差を設定する工程と、
ｄ）前記部品（１）を温度制御部（３）から第２炉（６）内へと移動する工程と、
ｅ）前記第２炉（６）内で、少なくとも、前記部品（１）における前記少なくとも１つの第１部分領域（４）を少なくとも２００Ｋ加熱する工程とを少なくとも含む
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
ｆ）前記部品（１）を前記第２炉（６）からプレスハードニングツール（７）内へと移動する工程と、
ｇ）前記プレスハードニングツール（７）内で、前記部品（１）を成形及び冷却する工程とを少なくとも更に含む
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって、
工程ａ）において、前記部品（１）をＡｃ３温度より低い温度まで加熱する
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の方法であって、
工程ａ）において、前記部品（１）をＡｃ３温度より高い温度まで加熱する
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法であって、
工程ｃ）において、前記少なくとも１つの第１部分領域（４）を、対流によってＡｃ１温度より低い温度まで冷却する
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
金属部品（１）を熱処理する方法であって、
ａ）前記部品（１）を、放射熱及び／又は対流によって少なくとも５００Ｋ加熱する工程と、
ｂ）前記部品（１）における少なくとも１つの第１部分領域（４）を冷却して、前記部品（１）における前記少なくとも１つの第１部分領域（４）と少なくとも１つの第２部分領域（５）との間に、少なくとも１００Ｋの温度差を設定する工程と、
ｃ）少なくとも、前記部品（１）における前記少なくとも１つの第１部分領域（４）を、放射熱及び／又は対流によって少なくとも１００Ｋ加熱する工程とを少なくとも含む
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
工程ｄ）において、前記部品（１）の成形及び冷却は同時に行われる
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
金属部品（１）を熱処理する装置（８）であって、
‐加熱可能な第１炉（２）と、
‐前記第１炉（２）の下流に位置し、少なくとも１つのノズル（９）が設置された温度制御部（３）であって、前記温度制御部（３）は、部品（１）における少なくとも１つの第１部分領域（４）を冷却する流体（１０）を噴射するように設けられて前記部品（１）の前記少なくとも１つの第１部分領域（４）と少なくとも１つの第２部分領域（５）との間に温度差を設定できるように構成された温度制御部（３）と、
‐前記温度制御部（３）の下流に位置し、少なくとも、前記部品（１）の前記少なくとも１つの第１部分領域（４）を少なくとも１００Ｋ加熱するように設けられ且つ構成された、加熱可能な第２炉（６）とを
少なくとも備える装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、
少なくとも前記第１炉（２）又は前記第２炉（６）が連続炉又はバッチ炉である
ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
金属部品（１）における少なくとも複数の部分領域を加熱するために炉を使用することであって、
放射熱によって少なくとも１００Ｋ加熱することと、
前記部分領域は、異なる温度に制御された少なくとも２つの部分領域（４，５）をあらかじめ含むことと
を特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部品を熱処理する方法及び装置、並びに金属部品を加熱する炉の使用に関する。本発明は、特に、選択的にプレコートされる部品を部分硬化させる際に用いられる。部品は、高強度マンガンボロン鋼製のものを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
安全性に関わる鋼板製車体部品の製造には、通常、車体部品へと成形中又は成形後に鋼板を硬化させる必要がある。このために、「プレスハードニング」と呼ばれる熱処理方法が確立されている。このプロセスでは、通常はブランクの形態で提供される鋼板が、初めに炉内で加熱された後、プレス内での成形加工中に冷却されることで硬化される。
【０００３】
この数年間、Ａ及びＢピラー、ドアの側面衝突保護ビーム、シル、フレーム部品、バンパー、フロア及びルーフ用の横ビーム、及び前後の縦ビーム等の、各部分領域間で異なる強度を有する自動車の車体部品の提供において、車体部品が各部において異なる機能を実現可能となるようにプレスハードニングの使用が図られてきた。例えば、車両のＢピラーの中央領域は、側面衝突の場合に乗員を保護するため高い強度を有する必要がある。同時に、Ｂピラーの上端及び下端領域は、側面衝突の際に変形エネルギーを吸収可能で、且つＢピラーを設置する際に他の車体部品に容易に接続可能とするように、比較的低い強度を有する必要がある。
【発明の概要】
【０００４】
こうした、部分的に硬化された車体部品を作るには、硬化された部材において、各部分領域での材料の微細組織又は強度特性が異なっている必要がある。材料の微細組織又は強度特性が硬化後に異なるようにするには、例えば、硬化対象鋼板に、異なる板部同士を接合したものをあらかじめ設けたり、プレス内で部分的に異なる冷却を行ったりすることが考えられる。
【０００５】
代替として又は追加で、硬化対象鋼板に対して、プレス内での冷却及び成形工程に先立って、部分的に異なる熱処理プロセスを施すという選択肢もある。この点に関し、例えば、硬化対象鋼板の部分領域のみを熱して、マルテンサイト等のより硬い微細組織への変化を生じさせることが可能である。しかしながら、一般的に鋼板の表面にはスケーリングから保護するためにアルミニウムシリコンコーティング等のコーティングが塗付されているが、上記のプロセス制御は、通常、該コーティングの内方拡散を熱処理プロセス内に効率的に組み入れることができないという欠点を有する。また、熱伝導によって鋼板の温度を部分的に制御するように設計された接触プレートを介した部分的な熱処理を実施するという選択肢もある。しかしながら、これには、一般的に、所定のプレート接触時間が必要であり、その接触時間は下流のプレスが達成可能な（最小の）サイクル時間よりも長い。更に、プレスにおける所定の接触時間とサイクル時間とを調整して合わせる場合、通常、それぞれに対応する温度制御部を工業的な規模の一本のプレスハードニングラインに統合することがより困難となり、通常、稼働中の生産変動が避けられない。
【０００６】
このことから、本発明は、先行技術に関して述べた問題を少なくとも一部を解決することを目的とする。特に、工業的な規模で可能な限り効率的に部品に対して部分的に異なる熱処理を実施することを可能にする、金属部品を熱処理する方法及び装置、並びに、金属部品を加熱する炉の使用が特に提供される。更に、これらの方法、装置、その使用により、プレスの上流に位置する熱処理プロセスの工程部門から熱処理プロセス全体のサイクル時間が受ける影響の軽減が促進される。
【０００７】
これらの目的は、独立請求項の特徴によって実現される。本明細書に開示される解決策の更に有利な実施形態は、従属請求項に記される。なお、従属請求項内に個別に列記される特徴は、任意の且つ技術的に有意義な手法で互いに組み合わせられて、本発明の更なる実施形態を定義することができる。また、請求項内に記される特徴は、本発明の更に好適な実施形態が提示される明細書内でより詳細に特定及び説明される。
【０００８】
本発明に係る、金属部品に（部分的に異なる）熱処理を行うための方法は、少なくとも以下の工程を含む。
ａ）部品を第１炉内で加熱することと、
ｂ）部品を温度制御部内へと移動させることと、
ｃ）温度制御部内で、部品における少なくとも１つの第１部分領域を冷却して、部品における少なくとも１つの第１部分領域と少なくとも１つの第２部分領域との間に温度差を設定することと、
ｄ）部品を温度制御部から第２炉内へと移動させることと、
ｅ）第２炉内で、少なくとも、部品における少なくとも１つの第１部分領域を少なくとも２００Ｋ〔ケルビン〕加熱すること。
【０００９】
上記の方法工程ａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）及びｅ）の順序は、この方法の通常のプロセスに基づく。この個別又は複数の方法工程は同時に実施されてもよいし、連続的及び／又は少なくとも部分的に同時に実施されてもよい。好適には、この方法は、本明細書に開示する装置を使用して実施される。
【００１０】
開示する方法は、特に、（鋼）部品の、対象部品の領域特定された熱処理のために、又は、対象の手法で、鋼部品の様々な部分領域内に異なる微細組織を設定するために用いられる。好適には、この方法は、選択的にプレコートされた（高強度）マンガンボロン鋼製の部品を部分硬化させるのに用いられる。
【００１１】
特に有利な手法では、開示する方法によって、部品の部分的に異なる熱処理を工業的な規模でも確実に実施することが可能になる。特に、温度制御部内での冷却の後に他の加熱プロセス又は熱エネルギーの新たな供給が行われることによって、プレスの上流に位置する熱処理プロセスの工程部門から熱処理プロセス全体のサイクル時間が受ける影響を軽減できる。好適には、部品が温度制御部内に滞在するのは１５秒未満であり、特に１０秒未満、又は更には５秒未満である。その後、部品は、バッチ炉内で利用可能な状態でいてもよいし、又は、その前後に温度制御部内で処理された他の部品と共に後続の炉を通過するように搬送されてもよい。特に有利な手法では、これによって、プレスの上流に位置する熱処理プロセスのサイクル時間をプレスのサイクル時間に合わせることが可能になる。また、本発明は、特に、部品における冷却後又は冷却途中の領域が所定時間以上等温に維持されて、あらかじめ成形されたオーステナイトがベイナイト、フェライト及び／又はパーライトといった微細組織へと変化するようになっているプロセス制御を行わない。むしろ驚くべきことに、本発明の範囲内において、部品を等温に維持することと比べ、新たな加熱が硬化された部品内のより延性がある領域の引張強度を向上し、特に、高くすることができることが分かった。
【００１２】
好適には、金属部品は、金属ブランク、鋼板、又は少なくとも部分的に事前成形された半製品である。好適には、金属部品は、例えば記号表示が２２ＭｎＢ５である（マンガン）ボロン鋼といった（硬化可能な）鋼を用いたもの又は鋼製である。更に好適には、金属部品には、少なくとも大部分に（金属）コーティングが設けられるか、それがプレコートされる。例えば、亜鉛を（主に）備えたコーティング、又はアルミニウム及び／又はシリコンを（主に）備えたコーティングであってもよく、特に、アルミニウム／シリコン（Ａｌ／Ｓｉ）コーティングとして知られるものであってもよい。
【００１３】
工程ａ）では、部品（全体）を第１炉内で加熱する。好適には、部品は、第１炉内で均一又は均等に加熱される。更に好適には、部品は、例えば、加熱ループや電熱線といった、（部品と物理的又は電気的に接触しない）少なくとも１つの電動加熱要素、及び／又は少なくとも１つの（ガス加熱式）放射管による放射熱（のみ）によって、第１炉内で加熱される。
【００１４】
工程ｂ）では、部品を、特に、第１炉から温度制御部内へと移動させる。このために、例えば少なくともローラテーブル及び／又は（工業）ロボットを備えた搬送ユニットが設けられてもよい。好適には、部品は、第１炉から温度制御部まで少なくとも０．５ｍ〔メートル〕の距離を移動する。部品は、周辺領域と接触しながら、又は保護環境内で、案内されてもよい。
【００１５】
工程ｃ）では、温度制御部内で、部品における少なくとも１つの第１部分領域を（能動的に）冷却する。このために、部品における少なくとも１つの第１部分領域（完全に処理された部品内においてより延性がある）と少なくとも１つの第２部分領域（完全に処理された部品内においてより硬い）との間に温度差が設定される。また、冷却後、部品は部分的に異なる（部品）温度を有し、少なくとも１つの第１部分領域の第１温度と少なくとも１つの第２部分領域の第２温度との間に温度差が設定される。また、工程ｃ）では、部品の異なる部分領域間で複数の（異なる）温度差を設定することも可能である。例えば、それぞれが異なる温度を有する３つ以上の部分領域を部品内に設定することも可能である。
【００１６】
工程ｃ）内での冷却は、好適には対流によって行われ、特に好適には、流体を噴射する少なくとも１つのノズルによって行われる。このために、ノズルは、温度制御部内に設置されて第１部分領域に向かって配向されてもよい。流体は、例えば空気、窒素、水、又はそれらの混合物であってもよい。好適には、冷却は、それぞれが流体を噴射する複数のノズルを備えたノズル列によって行われ、特に好適には、ノズル列の形状及び／又は複数のノズルの配置は、部品における少なくとも１つの第１部分領域の（所望の）形状に適合する。
【００１７】
好適には、冷却は、複数のノズル、特に少なくとも５個又は更に少なくとも１０個のノズルによって行われる。これらは個別で又は共同で作動してもよく、特に、（所定の）流体流量が供給されてもよい。好適には、ノズルは、時間の関数として作動する。更に好適には、ノズルは、例えば少なくとも１つの第１部分領域と少なくとも１つの第２部分領域との間といった部品内の部分領域間に、意図的に１つ以上の温度差が設定されるように（個別で又は共同で）作動する。また、ノズルは、温度制御部を離れた直後に部品に作用しうる温度制御部内の環境影響条件を補償できるように（個別で又は共同で）作動してもよい。こうした、このような補償は、特に予防という意味での補償として理解されるが、例えば、部品内の縁部の近くの位置の領域、特に、少なくとも１つの第１部分領域内で部品縁部の近くの位置の領域が、部品内の該縁部から離れた位置の領域、特に、部品の少なくとも１つの第１部分領域内で該部品縁部から離れた位置の領域よりも冷却されないように行われる。このような冷却は、温度制御部を離れた直後に特に周辺領域との熱交換において生じ得る、上記縁部領域における急速部品冷却を考慮又は更には（実質的な）補償をするように行われる。
【００１８】
更に好適には、部品における少なくとも１つの第２部分領域内への熱エネルギーの入力は、部品における少なくとも１つの第１部分領域の冷却と同時に又は少なくとも部分的に同時に、温度制御部内で行われる。好適には、部品における少なくとも１つの第２部分領域には、温度制御部内で熱放射（のみ）が行われ、この熱放射は、例えば、加熱ループや電熱線といった、特に温度制御部内に設置された（部品と接触しない）少なくとも１つの電動又は電気で加熱される加熱要素、及び／又は、特に温度制御部内に設置された少なくとも１つの（ガス加熱式）放射管によって生成及び／又は照射される放射熱（のみ）によるものである。
【００１９】
好適には、部品における少なくとも１つの第２部分領域内への熱エネルギーの入力は、部品が温度制御部内に滞在している状態で、少なくとも１つの第２部分領域の温度の低下及び／又は少なくとも１つの第２部分領域の冷却速度について、これが少なくとも軽減されるように、温度制御部内で行われる。このプロセス制御は、工程ａ）において部品をＡｃ３温度より高い温度まで加熱した場合に、特に有利である。或いは、温度制御部内での、部品における少なくとも１つの第２部分領域への熱エネルギーの入力は、部品における少なくとも１つの第２部分領域が、特に少なくとも約５０Ｋ（大幅に）加熱されるように行われてもよい。このプロセス制御は、工程ａ）において部品をＡｃ３温度より低い温度まで、又はＡｃ１温度より低い温度にまで加熱した場合に、特に有利である。
【００２０】
工程ｄ）では、部品を温度制御部から第２炉内へと移動させる。このために、例えば少なくともローラテーブル及び／又は（工業）ロボットを備えた搬送ユニットが設けられてもよい。好適には、部品は、温度制御部から第２炉まで少なくとも０．５ｍの距離を移動する。部品は、周辺領域と接触しながら、又は保護環境内で、案内されてもよい。好適には、部品は、温度制御部から取り除かれた直後に第２炉内へとそのまま搬送される。
【００２１】
工程ｅ）では、第２炉内で、少なくとも、部品における少なくとも１つの第１部分領域を少なくとも２００Ｋ加熱する。言い換えれば、更なる加熱プロセスが第２炉内で行われ、少なくとも、前もって（能動的に）冷却された少なくとも１つの第１部分領域が、少なくとも２００Ｋ加熱される。好適には、部品における少なくとも１つの第１部分領域は、例えば、加熱ループや電熱線といった（部品と接触しない）少なくとも１つの電動加熱要素、及び／又は少なくとも１つの（ガス加熱式）放射管による放射熱（のみ）によって、第２炉内で加熱される。更に好適には、工程ｅ）では、部品における少なくとも１つの第２部分領域が、少なくとも１つの第１部分領域の加熱と、特に同時に又は少なくとも部分的に同時に、特に放射熱（のみ）によって、少なくとも５０Ｋ、特に好適には少なくとも７０Ｋ、又は更に好適には少なくとも１００Ｋ加熱される。特に好適には、工程ｅ）では、部品における少なくとも１つの第２部分領域は、Ａｃ１温度より高い温度まで、又はＡｃ３より高い温度にまで加熱される。或いは、工程ｅ）では、部品が第２炉内に滞在している状態で、少なくとも１つの第１部分領域の加熱と、特に同時に又は少なくとも部分的に同時に、少なくとも１つの第２部分領域の温度低下の抑制及び／又は少なくとも１つの第２部分領域の冷却速度低下が少なくとも行われる。
【００２２】
言い換えれば、工程ｅ）では、特に放射熱による、熱エネルギーの部品全体内への入力が行われてもよい。例えば、第２炉は（このために）、特に放射熱（のみ）によって加熱されて、好適には実質的に均等な内部温度が実現される炉内部を備えてもよい。好適には、第２炉内での、部品における少なくとも１つの第２部分領域内への熱エネルギーの入力は、少なくとも１つの第１部分領域の温度が少なくとも１００Ｋ、好適には少なくとも１２０Ｋ、特に好適には少なくとも１５０Ｋ、又は更に好適には少なくとも２００Ｋ上昇するように行われる。
【００２３】
好適には、第２炉内での、部品における少なくとも１つの第２部分領域内への熱エネルギーの入力は、部品が第２炉内に滞在している状態で、少なくとも１つの第２部分領域の温度の低下及び／又は少なくとも１つの第２部分領域の冷却速度について、これが少なくとも軽減されるように行うことができる。このプロセス制御は、工程ａ）において部品をＡｃ３温度より高い温度まで加熱した場合に、特に有利である。或いは、第２炉内での、部品における少なくとも１つの第２部分領域内への熱エネルギーの入力は、少なくとも、部品における少なくとも１つの第２部分領域が、特に少なくとも５０Ｋ、特に好適には少なくとも７０Ｋ、又は更に好適には少なくとも１００Ｋ（大幅に）加熱され、且つ／又は、Ａｃ１温度より高い温度まで又はＡｃ３温度より高い温度にまで加熱されるように行われてもよい。このプロセス制御は、工程ａ）において部品をＡｃ３温度より低い温度まで又はＡｃ１温度より低い温度にまで加熱した場合に、特に有利である。
【００２４】
有利な実施形態によれば、少なくとも以下の工程を更に含む方法が提案されている。
ｆ）部品を第２炉からプレスハードニングツール内へと移動させることと、
ｇ）プレスハードニングツール内で、部品を成形し冷却すること。
【００２５】
好適には、工程ｆ）での移動は、例えば少なくともローラテーブル及び／又は（工業）ロボットを備えた搬送ユニットによって行われる。好適には、部品は、第２炉からプレスハードニングツールまで少なくとも０．５ｍの距離を移動する。部品は、周辺領域と接触しながら、又は保護環境内で、案内されてもよい。好適には、部品は、第２炉から取り除かれた直後にプレスハードニングツール内へとそのまま搬送される。
【００２６】
有利な実施形態によれば、工程ａ）において、部品をＡｃ３温度より低い温度まで又はＡｃ１温度より低い温度にまで加熱することが提案されている。Ａｃ１温度は、金属部品、特に鋼部品が加熱されると、フェライトからオーステナイトへの変化が始まる温度である。
【００２７】
有利な（別の）実施形態によれば、工程ａ）において、部品をＡｃ３温度より高い温度まで加熱することが提案されている。Ａｃ３温度は、金属部品、特に鋼部品が加熱されると、フェライトからオーステナイトへの変化が終了するか又は（全体的に）完了している温度である。
【００２８】
有利な実施形態によれば、工程ｃ）において、少なくとも１つの第１部分領域を、対流によってＡｃ１温度より低い温度まで冷却することが提案されている。好適には、少なくとも１つの第１部分領域は、工程ｃ）において、特に対流によって、５５０℃〔セルシウス度〕（８２３．１５Ｋ）より低い温度、特に好適には５００℃（７７３．１５Ｋ）より低い温度、又は４５０℃（７２３．１５Ｋ）より低い温度にまで冷却される。
【００２９】
更なる態様によれば、金属部品を熱処理する方法が開示され、少なくとも以下の工程を含む。
ａ）部品を、特に第１炉内で、放射熱及び／又は対流によって、少なくとも５００Ｋ、特に少なくとも６００Ｋ、又は更に少なくとも８００Ｋ加熱する工程と、
ｂ）部品における少なくとも１つの第１部分領域を、特に第１炉の下流に位置する温度制御部内で、（部分的に且つ／又は対流によって）冷却して、部品における少なくとも１つの第１部分領域と少なくとも１つの第２部分領域との間に、少なくとも１００Ｋ、好適には少なくとも１５０Ｋ、又は更に好適には少なくとも２００Ｋの温度差を設定する工程と、
ｃ）少なくとも、部品における少なくとも１つの第１部分領域を、特に温度制御部の下流に位置する第２炉内で、放射熱及び／又は対流によって、少なくとも１００Ｋ、好適には少なくとも１５０Ｋ、又は更に好適には少なくとも２００Ｋ加熱する工程。
【００３０】
上記の方法工程ａ）、ｂ）、及びｃ）の順序は、この方法の通常のプロセスに基づく。この個別又は複数の方法工程は同時に実施されてもよいし、連続的及び／又は少なくとも部分的に同時に実施されてもよい。好適には、この方法は、本明細書に開示する装置を使用して実施される。
【００３１】
好適には、部品における少なくとも１つの第１部分領域は、工程ｃ）又は第２炉内で、３５０Ｋ以下、特に好適には３００Ｋ以下、又は更に好適には２５０Ｋ以下だけ加熱される。好適には、工程ｃ）又は第２炉内での加熱は、部品の少なくとも１つの第１部分領域のみが、工程ｃ）又は第２炉内で、少なくとも１００Ｋ、好適には少なくとも１５０Ｋ、又は更に好適には少なくとも２００Ｋ加熱される。特に好適には、部品の少なくとも１つの第２部分領域は、工程ｃ）又は第２炉内で、２００Ｋ未満、好適には１５０Ｋ未満、又は更に好適には１００Ｋ未満加熱される。
【００３２】
有利な実施形態によれば、工程ｄ）において、部品を同時に成形し冷却することが提案されている。好適には、部品は、工程ｄ）においてプレスハードニングされる。
【００３３】
初めに開示されている方法と関連して説明される詳細、特徴及び有利な実施形態は、本明細書に開示する方法と共に存在してもよいし、その逆もありうる。これについて、特徴を更に特徴付けるように提供される解説全てが、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００３４】
更なる態様によれば、金属部品の熱処理を行うための方法が開示され、少なくとも以下を備える。
‐特に放射熱及び／又は対流によって加熱可能な第１炉と、
‐第１炉の下流に位置する温度制御部であって、部品における少なくとも１つの第１部分領域を冷却する流体を噴射するように設けられて部品の少なくとも１つの第１部分領域と少なくとも１つの第２部分領域との間に温度差を設定できるように構成された少なくとも１つのノズルが設置される温度制御部と、
‐温度制御部の下流に位置付けられ、特に放射熱及び／又は対流によって、少なくとも、部品の少なくとも１つの第１部分領域を少なくとも１００Ｋ、好適には少なくとも１５０Ｋ、又は更に好適には少なくとも２００Ｋ加熱するように設けられ且つ構成された、加熱可能な第２炉。
【００３５】
好適には、この装置は、本明細書に開示する方法を実施するのに用いられる。好適には、本明細書に開示する方法を実施するのに適しており且つそのために構成された電子制御ユニットが、装置に割り当てられる。特に好適には、この制御ユニットは、少なくとも１つのプログラム制御マイクロプロセッサと、このための電子メモリとを備え、メモリには、本明細書に開示する方法を実施するように設けられ且つ構成された制御プログラムが記憶されている。
【００３６】
更に有利な実施形態によれば、少なくとも第１炉又は第２炉が連続炉又はバッチ炉であることが提案されている。好適には、第１炉は連続炉であり、特にローラハース炉である。特に好適には、第２炉は連続炉であり、特にローラハース炉又はバッチ炉であり、特に、一方の上に他方が設置された少なくとも２つのチャンバを備えた多層バッチ炉である。
【００３７】
好適には、第２炉は、特に放射熱（のみ）によって加熱可能で、好適には実質的に均等な内部温度を設定できる、炉内部を含む。特に、第２炉が多層バッチ炉として設計されている場合、こうした炉内部が、チャンバの数に対応して複数存在してもよい。
【００３８】
好適には、第１炉及び／又は第２炉内に、放射熱源（のみ）が設置される。これは、少なくとも１つの電動加熱ループ及び／又は少なくとも１つの電動電熱線といった、（部品と接触しない）少なくとも１つの電動加熱要素を、第１炉の炉内部及び／又は第２炉の炉内部に設置する場合に特に好ましい。代わりに又は追加で、少なくとも１つの、特にガス加熱式の放射管を、第１炉の炉内部及び／又は第２炉の炉内部に設置してもよい。好適には、複数の放射管ガスバーナー、又は少なくとも１つのガスバーナーがそれぞれの内部で燃焼する放射管を、第１炉の炉内部及び／又は第２炉の炉内部に設置する。ガスバーナーが内部で燃焼する放射管の内部領域は、炉内部に燃焼ガスや排ガスが到達して炉内雰囲気に影響を及ぼすことのないように、大気によって炉内部から分離される場合に、特に有利である。こうしたシステムは「間接ガス加熱」とも呼ばれる。
【００３９】
流体を噴射するように設けられ且つ構成された少なくとも１つのノズルは、温度制御部内に設置又は保持される。特に好適には、少なくとも１つのノズルは、部品における少なくとも１つの第１部分領域に向かって流体を噴射することが可能なように配向される。より好適には、各ノズルが流体を噴射するように設けられ且つ構成された複数のノズルを備えたノズル列を、温度制御部内に設置する。特に好適には、ノズル列の形状及び／又は複数のノズルの配置は、部品における少なくとも１つの第１部分領域の（所望の）形状に適合する。
【００４０】
好適には、少なくとも１つの加熱ユニットが温度制御部内に設置される。好適には、加熱ユニットは、部品における少なくとも１つの第２部分領域内へと熱エネルギーを入力するように設けられ且つ構成される。特に好適には、加熱ユニットは、部品における少なくとも１つの第２部分領域内への熱エネルギーの入力が、少なくとも１つのノズルによる、部品における少なくとも１つの第１部分領域の冷却と同時又は少なくとも部分的に同時に実施できるように、温度制御部内に設置及び／又は配向される。好適には、加熱ユニットは少なくとも１つの放射熱源（のみ）を備える。特に好適には、少なくとも１つの放射熱源は、少なくとも１つの電動加熱ループ及び／又は少なくとも１つの電動電熱線といった、（部品と接触しない）少なくとも１つの電動加熱要素を考慮して設計される。代わりに又は追加で、少なくとも１つのガス加熱式の放射管を放射熱源として提供してもよい。
【００４１】
また、装置は、第２炉の下流に位置するプレスハードニングツールを備えてもよい。プレスハードニングツールは、特に、部品の成型及び（少なくとも部分的な）急冷を同時又は少なくとも部分的に同時に行うように設けられ且つ構成される。
【００４２】
方法と関連して説明される詳細、特徴及び有利な実施形態は、本明細書に開示する方法と共に存在してもよいし、その逆もありうる。これについて、特徴を更に特徴付けるように提供される解説全てが、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００４３】
更なる態様によれば、放射熱によって、金属部品の少なくとも部分領域を少なくとも１００Ｋ、好適には少なくとも１５０Ｋ、又は更に好適には少なくとも２００Ｋ加熱する炉の使用において、こうして加熱される部品が、異なる温度に制御された少なくとも２つの部分領域をあらかじめ備えることが開示されている。
【００４４】
方法及び／又は装置と関連して上記に説明される詳細、特徴及び有利な実施形態は、本明細書に開示する使用と共に存在してもよいし、その逆もありうる。これについて、特徴を更に特徴付けるように提供される解説全てが、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００４５】
以下、本発明及び技術的な実施形態を、図面に基づいてより詳細に説明する。なお、本発明は、ここに示す実施例によって限定されるべきではない。具体的には、特に明記されていない限り、図面に記された主題の一部の態様を抽出して、これらを他の構成要素及び／又は他の図面や本明細書からの知見と組み合わせることも可能である。概略的な図面には以下を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る装置の図を示す。
【図２】本発明に係る装置内で使用可能な温度制御部の詳細図を示す。
【図３】本発明に係る装置及び／又は本発明に係る方法によって実現可能な時間‐温度曲線を示す。
【図４】本発明に係る更なる装置及び／又は本発明に係る方法によって実現可能な時間‐温度曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
（実施例１）
図１は、本発明に係る、金属部品１を熱処理するための、第１炉２と、温度制御部３と、第２炉６と、プレスハードニングツール７とを備える装置８を概略的に示す。本明細書では、装置８はプレスハードニング用の加熱成形ラインを表す。温度制御部３は第１炉６の（すぐ）下流に位置付けられ、装置８によって処理される部品１を第１炉６を離れた直後に温度制御部３内へとそのまま移動できるようになっている。また、温度制御部３の第２炉６及びプレスハードニングツール７は第２炉６の（すぐ）下流に位置付けられている。
【００４８】
図２は、例えば図１に示すような本発明に係る装置８内で使用できる温度制御部３の詳細図を、概略的に示す。温度制御部３内には、部品１における第１部分領域４を冷却するための流体１０を噴射するように設けられ且つ構成されたノズル９が設置される。また、温度制御部３内には、部品１の第２部分領域５内へと熱エネルギーを入力するように設けられ且つ構成された加熱ユニット１１が設置される。このために、加熱ユニット１１は、例えば電気で作動する電熱線として設計される。
【００４９】
図３は、本発明に係る装置８及び／又は本発明に係る方法によって実現可能な時間‐温度曲線を概略的に示す。金属部品の温度Ｔ又は部品における少なくとも１つの第１部分領域及び少なくとも１つの第２部分領域の温度Ｔが、時間ｔに対応して表される。
【００５０】
図３に示す時間‐温度曲線によれば、金属部品１は、まず、時点ｔ１まで、Ａｃ１温度より低い温度まで均一に加熱される。本明細書では、この加熱は、例として、第１炉２内で行われる。時点ｔ１とｔ２との間、金属部品は第１炉から温度制御部内へと移動する。このプロセスの間、部品の温度は、例えば周辺領域への熱放出によって僅かに低下する。
【００５１】
時点ｔ２とｔ３との間、部品における少なくとも１つの第１部分領域が、温度制御部内で（能動的に）冷却される。これは、図３において、時点ｔ２とｔ３との間の最低時間‐温度曲線に基づいて示される。同時に、部品における少なくとも１つの第２部分領域が、温度制御部内で（僅かに）加熱される。これは、図３において、時点ｔ２とｔ３との間の最高時間‐温度曲線に基づいて示される。これにより、温度制御部内では、部品における少なくとも１つの第１部分領域と少なくとも１つの第２部分領域との間に温度差１２が設定される。
【００５２】
時点ｔ３とｔ４との間、部品は、温度制御部から、第１炉とは別の第２炉内へと移動する。温度制御部内で設定された部分的に異なる温度は、このプロセスの間、例えば周辺領域への熱放出によって僅かに低下する。
【００５３】
時点ｔ４から時点ｔ５の間、部品は、部品における少なくとも１つの第１部分領域の温度が少なくとも１５０Ｋ上昇するように、第２炉内で加熱される。また、同時に、部品における少なくとも１つの第２部分領域の温度がＡｃ３温度より高い温度になるように、第２炉内での加熱が行われる。
【００５４】
時点ｔ５から時点ｔ６の間、部品は、第２炉からプレスハードニングツール内へと移動する。第２炉内で設定された部分的に異なる温度は、このプロセスの間、例えば周辺領域への熱放出によって僅かに低下する。
【００５５】
時点ｔ６からプロセスが終了するまで、部品（全体）はプレスハードニングツール内で急冷される。部品における少なくとも１つの第２部分領域内には、比較的高強度で比較的低延性のマルテンサイト微細組織の少なくとも一部、又は大部分をも作り出すことが可能である。部品における少なくとも１つの第１部分領域は、プロセスの間どの時点においてもＡｃ１温度を超えることがないことから、部品における少なくとも１つの第１部分領域では基本的に変化が生じないため、部品における少なくとも１つの第１部分領域内には、比較的低強度で比較的高延性の、大部分がフェライト系の微細組織が残る。
【００５６】
図４は、本発明に係る装置及び／又は本発明に係る方法によって実現可能な更なる時間‐温度曲線を概略的に示す。初めに、金属部品は、時点ｔ１まで、Ａｃ３温度より高い温度まで均一に加熱される。
【００５７】
本明細書では、この加熱は、例として、第１炉内で行われる。時点ｔ１とｔ２との間、金属部品は第１炉から温度制御部内へと移動する。このプロセスの間、部品の温度は僅かに低下してもよい。
【００５８】
時点ｔ２とｔ３との間、部品における少なくとも１つの第１部分領域が、温度制御部内で（能動的に）冷却される。これは、図４において、時点ｔ２とｔ３との間の最低時間‐温度曲線に基づいて示される。同時に、部品における少なくとも１つの第２部分領域の温度が、温度制御部内で僅かに低下してもよい。これは、図４において、時点ｔ２とｔ３との間の最高時間‐温度曲線に基づいて示される。この、部品における少なくとも１つの第２部分領域内での（受動的な）温度低下の冷却速度は、部品における少なくとも１つの第１部分領域で同時に生じる（能動的な）冷却よりも大幅に遅い。これは、図４において、温度制御部内で、部品における少なくとも１つの第１部分領域と少なくとも１つの第２部分領域との間に温度差１２が設定されていることから明らかである。
【００５９】
時点ｔ３とｔ４との間、部品は、温度制御部から、第１炉とは別の第２炉内へと移動する。温度制御部内で設定された部分的に異なる温度は、このプロセスの間、僅かに低下してもよい。
【００６０】
時点ｔ４から時点ｔ５の間、部品は、部品における少なくとも１つの第１部分領域の温度が少なくとも１５０Ｋ上昇するように、第２炉内で加熱される。また、同時に、部品における少なくとも１つの第２部分領域の冷却速度が、周辺領域への熱放出での冷却速度よりも遅くなるように、第２炉内での加熱が行われる。
【００６１】
時点ｔ５から時点ｔ６の間、部品は、第２炉からプレスハードニングツール内へと移動する。第２炉内で設定された部分的に異なる温度は、このプロセスの間、例えば周辺領域への熱放出によって僅かに低下する。
【００６２】
時点ｔ６からプロセスが終了するまで、部品（全体）はプレスハードニングツール内で急冷される。部品における少なくとも１つの第２部分領域内には、比較的高強度で比較的低延性のマルテンサイト微細組織の少なくとも一部、又は大部分をも作り出すことが可能である。部品における少なくとも１つの第１部分領域内には、比較的低強度で比較的高延性のベイナイト微細組織の少なくとも一部、又は大部分をも作り出すことが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  部品
２  第１炉
３  温度制御部
４  第１部分領域
５  第２部分領域
６  第２炉
７  プレスハードニングツール
８  装置
９  ノズル
１０  流体
１１  加熱部
１２  温度差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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