通過(guò)超高強(qiáng)度薄片增強(qiáng)的車(chē)輛結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】制造用于車(chē)輛的結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的方法包括形成第一部分，形成第二部分，以及將第一部分和第二部分連接在一起。第一部分和第二部分可由鋁材料、鎂材料、可冷成型鋼材料、玻璃纖維復(fù)合材料或塑料材料中的一種形成。第一部分和第二部分連接在一起，從而第二部分響應(yīng)施加到第一部分的沖擊負(fù)載而布置在拉伸負(fù)載狀態(tài)中。薄片層附連到第二部分。薄片層包括超高強(qiáng)度材料，其具有等于或大于五百五十（550）MPa的屈服強(qiáng)度。薄片層可包括，例如，鐵基玻璃狀金屬箔或鐵基玻璃狀金屬箔織物。
【專(zhuān)利說(shuō)明】通過(guò)超高強(qiáng)度薄片增強(qiáng)的車(chē)輛結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及用于車(chē)輛的結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件，其通過(guò)超高強(qiáng)度薄片增強(qiáng)，且涉及制造結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于車(chē)輛的結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件可包括但不限于汽車(chē)結(jié)構(gòu)，諸如A柱、B柱、門(mén)梁或車(chē)頂縱梁。為了減小結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的總質(zhì)量，可使用較輕密度材料，或可減小橫截面厚度。但是，對(duì)結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的形狀和/或材料特性的改變通過(guò)結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的所需強(qiáng)度和/或剛度而被限制。相應(yīng)地，結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的總幾何條件被優(yōu)化，以提供所需水平的強(qiáng)度和/或剛度，同時(shí)最小化結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的總質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]提供了一種制造用于車(chē)輛的結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的方法。方法包括形成第一部分，形成第二部分，以及將第一部分和第二部分連接在一起。第一部分和第二部分連接在一起，使得第二部分響應(yīng)施加到第一部分的沖擊負(fù)載而布置在拉伸負(fù)載狀態(tài)中。薄片層附連到第二部分。薄片層包括超高強(qiáng)度材料，其具有等于或大于一千五百(1500) MPa的屈服強(qiáng)度。
[0004]還提供了一種制造結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的方法，其對(duì)于總幾何條件和最小質(zhì)量被優(yōu)化。方法包括形成第一部分和形成第二部分。第一部分和第二部分每個(gè)由鋁材料、鎂材料、可冷成型鋼材料、玻璃纖維復(fù)合材料或塑料材料中的一種形成。第一部分和第二部分連接在一起，使得第二部分響應(yīng)施加到第一部分的沖擊負(fù)載而布置在拉伸負(fù)載狀態(tài)中。薄片層附連到第二部分。薄片層包括超高強(qiáng)度材料，其具有等于或大于一千五百(1500) MPa的屈服強(qiáng)度。用于形成第一部分和第二部分的特定材料，以及第一部分和第二部分的橫截面形狀和厚度，分別取決于薄片層的拉伸負(fù)載承載能力。
[0005]還提供了一種用于車(chē)輛的結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件。結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件包括第一部分和附連到第一部分的第二部分。第二部分響應(yīng)施加到第一部分的沖擊負(fù)載而布置在拉伸負(fù)載狀態(tài)中。薄片層附連到第二部分。薄片層包括超高強(qiáng)度材料，其具有等于或大于一千五百(1500)MPa的屈服強(qiáng)度。
[0006]相應(yīng)地，薄片層添加到結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的第二部分，其是當(dāng)沖擊負(fù)載施加到第一部分時(shí)布置在拉伸負(fù)載狀態(tài)中的部分。薄片層是超高強(qiáng)度材料，具有能夠有高拉伸負(fù)載承載能力的高拉伸強(qiáng)度。因?yàn)楸∑瑢涌沙休d沖擊負(fù)載導(dǎo)致的最終拉伸負(fù)載的大部分，結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的第一部分和第二部分的所需強(qiáng)度和/或剛度需求可被減小。因?yàn)榈谝徊糠趾偷诙糠值乃鑿?qiáng)度和/或剛度減小，第一部分和第二部分的所用的材料和/或幾何構(gòu)造，諸如橫截面厚度，可改變，以最小化結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的總質(zhì)量。
[0007]本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢(shì)及其他特征和優(yōu)勢(shì)將從用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的以下詳細(xì)描述連同附圖時(shí)顯而易見(jiàn)。【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是車(chē)輛的示意透視圖；
[0009]圖2是用于車(chē)輛的結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的示意性橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]具有本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)的人將認(rèn)識(shí)到，諸如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“頂部”、“底部”等的術(shù)語(yǔ)用來(lái)描述附圖，且不表示對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，所述范圍如由所附的權(quán)力要求所限定的。
[0011]參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記在幾幅圖中指向相同的部件，車(chē)輛在20處大致示出。參考圖1，車(chē)輛包括至少一個(gè)結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件，大體在圖2的22處示出。結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件22可包括但不限于A柱24、B柱26、車(chē)頂縱梁30、搖板支撐件32、框架構(gòu)件34、鉸鏈柱(未示出)或門(mén)梁支撐件(未示出)。
[0012]參考圖2，結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件22在橫截面中示出為車(chē)輛20的B柱26。如圖2所示，結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件22包括至少第一部分38和第二部分40。第一部分38可包括外構(gòu)件42或內(nèi)構(gòu)件44的任一個(gè)，第二部分40可包括外構(gòu)件42和內(nèi)構(gòu)件44的另一個(gè)。如圖2所示，第一部分38被限定和顯示為外構(gòu)件42，第二部分40被限定和顯示為內(nèi)構(gòu)件44。結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件22可還包括，但不要求包括，內(nèi)拉伸構(gòu)件46。拉伸構(gòu)件46布置在外構(gòu)件42和內(nèi)構(gòu)件44之間，并將外構(gòu)件42和內(nèi)構(gòu)件44互連。
[0013]第一部分38和第二部分40被附連在一起，且可每個(gè)包括鋁材料、鎂材料、可冷成型鋼材料、玻璃纖維復(fù)合材料或塑料材料中的一種并由其制造。第一部分38和第二部分40可每個(gè)由相同材料制成。替換地,第一部分38和第二部分40可每個(gè)包括不同材料，并由其制成。第一部分38和第二部分40可以任何適當(dāng)?shù)姆绞礁竭B到彼此，包括但不限于將第一部分38和第二部分40焊接到一起，將第一部分38和第二部分40連結(jié)或粘附到一起，形成鑲邊連接部以連接第一部分38和第二部分40，或以沒(méi)有在此描述的某其他方式連接第一部分38和第二部分40。
[0014]第二部分40相對(duì)于第一部分38定位，從而第二部分40響應(yīng)沖擊負(fù)載而布置在拉伸負(fù)載狀態(tài)中，沖擊負(fù)載大體通過(guò)箭頭48指示，被施加到第一部分38。相應(yīng)地，應(yīng)該理解，如果沖擊負(fù)載48施加到內(nèi)構(gòu)件44，則內(nèi)構(gòu)件44將被限定為第一部分，外構(gòu)件42將被限定
第二部分。
[0015]薄片層50附連到第二部分40，其是結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件22的響應(yīng)沖擊負(fù)載48布置在拉伸負(fù)載狀態(tài)中的部分。薄片層50包括超高強(qiáng)度材料，該材料具有優(yōu)選地等于或大于一千五百(1500)MPa的屈服強(qiáng)度。例如，薄片層50可包括但不限于，鐵基玻璃狀金屬箔、鐵基玻璃狀金屬箔織物或纖維或鐵基玻璃狀金屬增強(qiáng)聚合物中的一種。
[0016]鐵基玻璃狀金屬箔織物包括切割到適當(dāng)寬度的鐵基玻璃狀金屬箔的帶，該寬度大致在0.25mm至IOOmm的范圍。然后將鐵基玻璃狀金屬箔的帶編織到一起，以形成鐵基玻璃狀金屬箔織物。
[0017]鐵基玻璃狀金屬箔在此可被理解為，優(yōu)選地包括形成導(dǎo)致旋節(jié)玻璃基質(zhì)微量成分(Spinodal Glass Matrix Microconstituents, SGMM)結(jié)構(gòu)的展開(kāi)的化學(xué)成分的那些玻璃，其可展示出相對(duì)明顯的延展性和高拉伸強(qiáng)度。旋節(jié)玻璃基質(zhì)微量成分可被理解為通過(guò)并非成核控制的轉(zhuǎn)變機(jī)理形成的微量成分(即，晶體或玻璃相)。更基本地，旋節(jié)分解可理解為一種機(jī)理，通過(guò)該機(jī)理，合金的兩個(gè)或更多成分(例如，金屬組分)的溶液可分為具有明顯不同的化學(xué)組分和物理特性的不同區(qū)域(或相)。該機(jī)理與經(jīng)典成核作用不同之處在于，相分離在材料中均勻地發(fā)生，而并不是僅在離散成核點(diǎn)處發(fā)生。相可包括一個(gè)或多個(gè)半晶體群或晶相，其可因此通過(guò)原子在局部水平的相繼擴(kuò)散而形成，直到化學(xué)波動(dòng)導(dǎo)致至少一個(gè)不同的晶相。半晶體群可在此理解為具有2nm或更小的最大線(xiàn)性尺寸，而晶體群可具有大于2nm的最大線(xiàn)性尺寸。需注意，在旋節(jié)分解的早期階段期間，形成的群可相對(duì)較小，同時(shí)它們的化學(xué)性質(zhì)不同于周?chē)牟ＡЩ|(zhì)，它們還沒(méi)有完全晶化，且還沒(méi)有獲得良好排序的晶體周期。附加的晶相可具有相同的晶體結(jié)構(gòu)或不同的結(jié)構(gòu)。此外，需指出，相可包括玻璃基質(zhì)。玻璃基質(zhì)可被理解為，包括可具有固相結(jié)構(gòu)單元的聯(lián)系的微結(jié)構(gòu)，其可隨機(jī)擠在一起。玻璃相的結(jié)構(gòu)單元的精化水平或尺寸可以是埃量級(jí)范圍，即5A至100 A。
[0018]旋節(jié)玻璃基質(zhì)微量成分形成與呈金屬性的玻璃的析晶明顯不同。呈金屬性的玻璃可具有金屬狀(因?yàn)樗鼈兛砂ú欢ㄏ蚪饘冁I、金屬光澤和相對(duì)較大的電和熱導(dǎo)性)和陶瓷狀(因?yàn)橄鄬?duì)較高的硬度可通常被展示為與脆性和缺乏拉伸延展性結(jié)合)二者的特點(diǎn)。呈金屬性的可理解為，包括過(guò)冷液體，過(guò)冷液體在室溫下以固體形式存在，但其可具有類(lèi)似于在液體中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)(僅呈現(xiàn)短程有序)的結(jié)構(gòu)。呈金屬性的通?？删哂凶杂呻娮樱尸F(xiàn)金屬光澤，且呈現(xiàn)類(lèi)似于在傳統(tǒng)金屬中發(fā)現(xiàn)的金屬鍵合。呈金屬性的可理解為亞穩(wěn)材料，且當(dāng)加熱時(shí)，它們可通過(guò)晶化或析晶而變?yōu)榫w狀態(tài)。這樣的擴(kuò)散可限制在室溫，足夠的熱(即，波爾茲曼能量)可被施加，以克服成核屏障，以導(dǎo)致可通過(guò)玻璃析晶引起的固-固態(tài)轉(zhuǎn)變。
[0019]在此優(yōu)選的導(dǎo)致旋節(jié)玻璃基質(zhì)微量成分結(jié)構(gòu)的合金可具有可通過(guò)旋節(jié)玻璃基質(zhì)微量成分(SGMM)實(shí)現(xiàn)的誘導(dǎo)剪切帶鈍化(ISBB)和剪切帶捕獲相互作用(SBAI)。ISBB可被理解為，通過(guò)與SGMM結(jié)構(gòu)相互作用而鈍化和停止傳播剪切帶的能力。SBAI可理解為通過(guò)剪切帶/剪切帶相互作用的剪切帶捕獲，且可在初始或最初剪切帶通過(guò)ISBB鈍化之后發(fā)生。
[0020]盡管傳統(tǒng)材料可通過(guò)在晶體金屬中在特定滑移系統(tǒng)上移動(dòng)的移位而變形，但I(xiàn)SBB和SBAI變形機(jī)理可涉及在旋節(jié)玻璃基質(zhì)微量成分中的移動(dòng)剪切帶(即，局部變形發(fā)生的間斷)，它們通過(guò)以下描述的局部變形感應(yīng)變化(LDIC)而鈍化。通過(guò)增加的應(yīng)力水平，一旦剪切帶鈍化，新的剪切帶可成核且然后與現(xiàn)有剪切帶相互作用，產(chǎn)生相對(duì)高的拉伸剪切帶密度和相對(duì)高的全局塑性水平的發(fā)展。由此，具有有利SGMM結(jié)構(gòu)的合金可防止或減輕金屬帶拉伸傳播，其可導(dǎo)致相對(duì)明顯的拉伸延展性(>1%)并在拉伸測(cè)試期間導(dǎo)致應(yīng)變硬化。在此設(shè)想的合金可包括能夠形成旋節(jié)玻璃基質(zhì)微量成分的化學(xué)成分或由其構(gòu)成，其中，旋節(jié)玻璃基質(zhì)微量成分可按體積存在于5.0%至95%的范圍，包括玻璃相、半晶相和/或晶相。
[0021]形成可用于形成包括旋節(jié)玻璃基質(zhì)微量元素結(jié)構(gòu)的組分的化學(xué)物質(zhì)的玻璃可包括一些形成合金的鐵基玻璃，其然后被處理以提供在此所指的SGMM結(jié)構(gòu)。鐵基合金可包括以大于或等于45原子％的水平存在的鐵。另外，合金可包括元素鎳、硼、硅和可選地鉻。在一些實(shí)施例中，合金可主要包括或可僅限制于鐵、鎳、硼、硅和可選地鉻。在另外的實(shí)施例中，合金不包括鈷，鈷可以增加合金組分的相對(duì)成本。
[0022]在一些實(shí)施例中，合金可包括以45原子百分比至71原子百分比范圍存在的鐵、以4原子百分比至17.5原子百分比范圍存在的鎳、以11原子百分比至16原子百分比范圍存在的硼、以0.3原子百分比至4.0原子百分比范圍存在的硅、和可選地以0.1原子百分比至19原子百分比范圍存在的鉻。合金的組分可在上述范圍內(nèi)的所有值以及增量上變化。
[0023]因此，鐵可從以下值選擇:45.0原子百分比(at.%)，45.lat.%、45.2at.%、
【權(quán)利要求】
1.一種制造用于車(chē)輛的結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的方法，方法包括: 形成第一部分； 形成第二部分； 將第一部分和第二部分連接在一起；和 將薄片層附連至第二部分，其中，薄片層包括超高強(qiáng)度材料，所述材料具有等于或大于一千五百(1500) MPa的屈服強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，將第一部分和第二部分連接在一起還被定義為，將第一部分和第二部分連接在一起使得第二部分響應(yīng)施加到第一部分的沖擊負(fù)載而布置在拉伸負(fù)載狀態(tài)中。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件是汽車(chē)A柱、汽車(chē)B柱、汽車(chē)鉸鏈柱、汽車(chē)車(chē)頂縱梁、汽車(chē)搖板支撐件、汽車(chē)框架構(gòu)件或汽車(chē)門(mén)梁支撐件中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)焊接工藝、連結(jié)或粘附工藝或機(jī)械結(jié)合工藝中的一種，薄片層可附連到第二部分。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成第一部分還被定義為，將第一部分由鋁材料、鎂材料、可冷成型鋼材料、玻璃纖維復(fù)合材料或塑料材料中的一種形成。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成第二部分還被限定為，將第二部分由鋁材料、鎂材料、可冷成型鋼材料、玻璃纖維復(fù)合材料或塑料材料中的一種形成。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，薄片層包括鐵基玻璃狀金屬箔、鐵基玻璃狀金屬箔織物或纖維或鐵基玻璃狀金屬箔增強(qiáng)聚合物中的一種。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成第一部分和形成第二部分包括，基于薄片層的拉伸負(fù)載承載能力，分別針對(duì)第一部分和第二部分的橫截面厚度選擇特定材料，且分別限定第一部分和第二部分的橫截面厚度，以最小化結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的總質(zhì)量。
【文檔編號(hào)】B62D25/00GK103921850SQ201410016494
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月14日
【發(fā)明者】H.A.伊扎特, C.D.圖菲勒, M.R.坎農(nóng) 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司, 納米鋼鐵股份有限公司