CN111727149A - 骨架部件 - Google Patents

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Abstract

该骨架部件设有软化层的部分的板厚方向的中心部的硬度是400Hv以上；软化层具有比设有软化层的部分的板厚方向的中心部的硬度至少低10Hv的硬度；软化层的厚度是板厚的2％以上且不到20％，表面的软化层的硬度是板厚方向的中心部的硬度的0.5倍以上且小于0.9倍；软化层具有第一硬度变化区域和第二硬度变化区域；第一硬度变化区域中的板厚方向的硬度变化的绝对值ΔHv1比第二硬度变化区域中的板厚方向的硬度变化的绝对值ΔHv2大，角部的弯曲半径R相对于角部的板厚t为R/t≦2.5。

Description

骨架部件
技术领域
本发明涉及骨架部件。
本申请基于2018年10月12日在日本提出申请的专利申请第2018－193175号和2019年2月15日在日本提出申请的专利申请第2019－025366号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
以往，作为汽车的骨架部件，使用将金属制的板状部件加工为规定的截面形状的部件。这些骨架部件被要求实现轻量化并具有充分的承载性。因此，近年来有使用高强度钢板等的具有较高的强度的材料的情况。另一方面，在对于具有骨架部件的制品施加有碰撞所带来的冲击的情况下，要求骨架部件实现期望的变形模式从而将冲击有效地吸收。
在使用高强度钢板那样的高强度材料的骨架部件中，要求兼顾变形能力和承载性的提高。例如，在专利文献1中，记载了利用将部件的硬度部分地改变的技术、在由金属片构成的制品中设置低硬度区域和高硬度区域的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/118223号
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述专利文献1那样的部分性地使硬度变化的骨架部件中，在单纯地设置了使变形能力提高的软化层的情况下，虽然确保了变形能力，但在实现承载性的进一步的提高方面存在极限。即，在骨架部件中，在应用高强度钢板时要求变形能力和承载性的更高水平下的兼顾。
所以，本发明是鉴于上述问题而做出的，本发明的目的是提供一种能够兼顾碰撞时的变形能力的确保和承载性的提高的、新的且被改良后的骨架部件。
用来解决课题的手段
本发明的主旨如下所述。
(1)本发明的第一方式：一种骨架部件，包括沿长度方向延伸的角部、和从该角部的短边方向的端部延伸的纵壁部，从上述角部的弯曲内侧或弯曲外侧的至少某一方的表面在板厚方向上设有软化层；上述软化层从上述角部起跨上述纵壁部的短边方向长度的1/2以上的长度的区域而在上述纵壁部上延伸；设有上述软化层的部分处的板厚方向的中心部的硬度是400Hv以上，上述软化层是具有比设有上述软化层的部分处的上述板厚方向的中心部的硬度至少低10Hv的硬度的区域；上述软化层的厚度是设有上述软化层的部分处的上述板厚的2％以上且不到20％；上述表面处的上述软化层的硬度是设有上述软化层的部分处的上述板厚方向的中心部的硬度的0.5倍以上且小于0.9倍；上述软化层在上述板厚方向上具有第一硬度变化区域和第二硬度变化区域，上述第一硬度变化区域为从上述表面到上述软化层的厚度的40％的区域；上述第二硬度变化区域为上述软化层中的不是上述第一硬度变化区域的区域，上述第一硬度变化区域中的板厚方向的硬度变化的绝对值ΔHv1比上述第二硬度变化区域中的板厚方向的硬度变化的绝对值ΔHv2大；上述角部的弯曲半径R相对于上述角部的板厚t为R/t≦2.5。
(2)在上述(1)所记载的骨架部件中，上述第一硬度变化区域的上述板厚方向的硬度变化的绝对值ΔHv1也可以是100Hv以上且小于200Hv。
(3)在上述(1)或(2)所记载的骨架部件中，上述软化层也可以被设置在上述角部的上述弯曲外侧。
(4)在上述(1)～(3)的任一项所记载的骨架部件中，上述软化层也可以被设置在上述角部的上述弯曲内侧和上述弯曲外侧的双方。
(5)在上述(1)～(4)的任一项所记载的骨架部件中，也可以是，上述纵壁部从上述角部的一端部延伸；上述骨架部件还包括从上述角部的另一端部延伸的平板部；上述软化层从上述角部跨上述平板部的短边方向长度的1/2以上的长度的区域而在上述平板部上延伸。
(6)在上述(1)～(5)的任一项所记载的骨架部件中，也可以是，上述纵壁部从上述角部的一端部延伸；上述骨架部件还包括从上述角部的另一端部延伸的平板部；在上述平板部的中心的板厚方向上，距上述平板部的表面70μm的深度的位置处的硬度是上述板厚方向的中心部的硬度的0.9倍以下。
(7)在上述(6)记载的骨架部件中，上述平板部的表面也可以是上述平板部的与上述角部的弯曲内侧连续的表面。
发明效果
根据本发明，提供兼顾碰撞时的变形能力的提高和承载性的提高的骨架部件。
附图说明
图1是表示有关本发明的第1实施方式的骨架部件的一例的部分立体图。
图2是有关该实施方式的骨架部件的包括角部的区域的X－Z平面剖视图。
图3是有关该实施方式的骨架部件的X－Z平面剖视图。
图4是有关该实施方式的骨架部件的X－Z平面剖视图。
图5是有关该实施方式的骨架部件的X－Z平面剖视图。
图6A是表示有关该实施方式的骨架部件的三点弯曲模拟的形状的剖视图。
图6B是表示有关该实施方式的骨架部件的三点弯曲模拟的形状的剖视图。
图7是表示有关该实施方式的骨架部件的软化层的图2中的B－B’间的硬度变化的一例的图。
图8是用来说明有关本实施方式的骨架部件的效果的载荷－行程曲线图。
图9是有关该实施方式的一变形例的包括角部的区域的X－Z平面剖视图。
图10是表示有关该实施方式的另一变形例的骨架部件的一例的部分立体图。
图11是有关该实施方式的另一变形例的骨架部件的X－Z平面剖视图。
图12A是有关该变形例的骨架部件的X－Z平面剖视图。
图12B是图12A的P的部分的放大图。
图13A是表示有关该变形例的骨架部件的变形的状况的一例的图。
图13B是图13A的I－I’剖视图。
图14是表示有关本发明的第2实施方式的骨架部件的一例的部分立体图。
图15是有关该实施方式的骨架部件的X－Z平面剖视图。
图16是表示作为有关本发明的实施方式的骨架部件被应用的一例的汽车骨架的图。
图17表示有关本实施例的模拟的结果得到的载荷－行程曲线图的例子。
图18表示有关本实施例的模拟的结果得到的载荷－行程曲线图的例子。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边详细地说明本发明的优选的实施方式。另外，在本说明书及附图中，对于实质上具有相同的功能结构的构成要素，通过赋予相同的标号而省略重复说明。
<1.第1实施方式>
[骨架部件的整体构造]
首先，参照图1对有关本发明的第1实施方式的骨架部件的一例的部分构造进行说明。图1是表示有关本实施方式的骨架部件的一例的部分立体图。作为一例，骨架部件10是以图1所示的Y方向为长度方向而延伸、长度方向截面(X－Z平面)呈在X方向上开口的大致帽形状的部件。作为一例，骨架部件10包括平板部11、从平板部11经由角部13延伸的作为壁部的纵壁部15、和从纵壁部15的与角部13相反侧的端部弯曲的凸缘部17。此外，在骨架部件10中，至少角部13及纵壁部15具有后述的软化层20。
骨架部件10通过与其他部件固定或连结从而形成制品整体或一部分的骨架。例如，在骨架部件10上，在与长度方向垂直的方向(图1中的X方向或Z方向)上施加载荷，则可能发生弯曲变形。此外，例如在骨架部件10上在长度方向(图1中的Y方向)上被施加轴向的载荷，则可能发生伴随着轴压溃的变形。
骨架部件10能够由各种金属制板状部件构成。特别是，骨架部件10能够由钢板构成。作为一例，可以举出抗拉强度(拉伸强度)为1470MPa以上(例如1.5GPa级、1.8GPa级或其以上)的钢材。作为在骨架部件10中使用的钢板的板厚，可以举出0.5～3.5mm左右或1.0～2.9mm左右。骨架部件10可以通过对金属制板状部件(板坯材)应用作为周知的技术的各种加工技术从而形成。
[骨架部件的角部的结构]
接着，参照图2～图5、图6A、图6B，对有关本实施方式的包括角部13的区域的结构进行说明。图2是有关本实施方式的包括角部13的区域的X－Z平面剖视图。图3～图5是有关本实施方式的骨架部件的X－Z平面剖视图。角部13是存在于平板部11与纵壁部15之间的弯曲部，具有后述的规定的弯曲半径R。角部13如图2所示，在X－Z平面截面观察时，被形成在由弯曲内侧的R圆角终止点A1、A2、弯曲外侧的R圆角终止点A3、A4区划的区域中。
弯曲半径R被设定为相对于角部13处的板厚t满足R/t≦2.5的关系式的值。如果为R/t≦2.5以下，则在碰撞时的弯曲变形时纵壁部15不易挠曲，特别是行程初期的角部13的承载性上升。此外，随之在行程中期、行程后期都能够维持较高的承载性。进而，与后述的软化层20形成于角部13上的效果相辅相成，特别是在行程后期能够呈现良好的承载性，能够实现碰撞时的变形能力和承载性的提高。
另外，R/t的下限值没有特别限定，但根据成形性的观点，优选的是R/t≧0.5，更优选的是R/t≧0.9。对于弯曲半径R而言，通过在弯曲内侧，根据角部13的截面的图像，求出R圆角终止点A1、A2和角部13的弯曲中央点(在角部13位于R圆角终止点A1和A2的距离的一半的点)的3点，由该3点通过周知的数学方法求出曲率，从而得到弯曲半径R。
另外，在制造抗拉强度为1470MPa以上(例如1.5GPa级、1.8GPa级或其以上)的骨架部件10的情况下，为了得到满足R/t≦2.5的角部13，优选的是使用热冲压(hot stamp)方法。
角部13具有软化层20。软化层20被设置在骨架部件10的表面侧且角部13的弯曲内侧或弯曲外侧的某一方、或者弯曲内侧和弯曲外侧的双方。特别是，如图4所示，软化层20可以设置在角部13的弯曲外侧。此外，如图5所示，软化层20可以设置在遍及骨架部件10的全域的表面上。
[骨架部件的纵壁部的结构]
纵壁部15从角部13的包括R圆角终止部的端部在与板厚方向正交的方向上延伸。也可以是，纵壁部15的与角部13相反侧的端部向外方弯曲，经由弯曲部而延伸出凸缘部17。即，骨架部件10在图1的X－Z截面中能够形成为大致帽形状。
纵壁部15与角部13同样，具有软化层20。如图3所示，在纵壁部15中，软化层20从作为角部13的与纵壁部15的连接部分的R圆角终止部起，跨纵壁部15的短边方向长度的1/2以上的长度的区域而延伸。将软化层20设为纵壁部15的短边方向长度的1/2以上的长度的区域的理由，是因为基于图6A及图6B所示的、由本发明人进行的骨架部件10的3点弯曲模拟的结果。即，从图6A的初期状态进行3点弯曲模拟的情况下，如图6B所示，可知在角部13和从R圆角终止部起纵壁部15的短边方向长度的1/2的长度的区域中，呈现出比其他部位高的最大主应变。因此，通过至少在从R圆角终止部起纵壁部15的短边方向长度的1/2的长度的区域中设置软化层20，能够使得在碰撞时不易发生该区域中的破裂。
另外，所述的纵壁部15的短边方向，是指将骨架部件10的长度方向(图1的Y方向)设为纵壁部15的长度方向时的纵壁部15延伸的方向，该短边方向是与长度方向正交的方向(图1的大致X方向)。此外，所述的纵壁部15的短边方向长度，是指X－Z平面截面中的从角部13的纵壁部15侧的R圆角终止部到纵壁部15与凸缘部17之间的弯曲部的纵壁部15侧的R圆角终止部之间的距离。
[软化层的结构]
在骨架部件10的表面侧，至少在角部13及纵壁部15上形成有软化层20。软化层20跨骨架部件10的长度方向(图1的Y方向)，既可以连续地形成，也可以部分地形成。此外，软化层20从骨架部件10的表面在板厚方向上跨规定的深度而形成。在有关本实施方式的骨架部件10中，软化层20的厚度是骨架部件10的板厚的2％以上且小于20％。这里所述的板厚，是指包括软化层20和后述的板厚方向的中心部30的骨架部件10的板厚方向的整体厚度。
软化层20的厚度为骨架部件10的板厚的20％以上，则骨架部件10中的软化层20所占的比例变多，不再能够维持对骨架部件10要求的承载性。软化层20的厚度优选的是骨架部件10的板厚的17％以下，更优选的是14％以下。
另一方面，如果软化层20的厚度小于骨架部件10的板厚的2％，则骨架部件10中的软化层20的比例较小，没有充分发挥变形能力。软化层20的厚度优选的是骨架部件10的板厚的5％以上，更优选的是8％以上。
骨架部件10的板厚方向的中心侧(骨架部件10的除了软化层20以外的板厚方向的区域)被设为板厚方向的中心部30。软化层20是具有比板厚方向的中心部30的硬度至少低10Hv的硬度的区域。
软化层20在骨架部件10的表面中，相对于板厚方向的中心部30的硬度具有0.5倍以上且小于0.9倍的硬度。这里，所述的骨架部件10的表面，是指将涂膜或镀层除去后的骨架部件10的基本材料表面。骨架部件10的表面的硬度是对于基本材料截面通过JIS Z2244：2009所记载的维氏硬度试验来测量的。此时，以使测量点为距基本材料表面深度20μm以内、并且压痕为10μm以下的方式进行测量。如果表面的硬度相对于板厚方向的中心部30的硬度小于0.5倍，则部件表层部分变得过软，不再能够使碰撞时的特别是行程后期的承载性提高。软化层20优选的是在骨架部件10的表面中相对于板厚方向的中心部30的硬度具有0.6倍以上的硬度。
另一方面，如果表面的硬度相对于板厚方向的中心部30的硬度为0.9倍以上，则难以充分地使变形能力提高。软化层20优选的是在骨架部件10的表面中具有相对于板厚方向的中心部30的硬度小于0.8倍的硬度。
板厚方向的中心部30的硬度是维氏硬度400Hv以上。在维氏硬度为400Hv以上的钢材中，碰撞时的变形能力的维持变得困难。即，在骨架部件10的板厚方向的中心部30的维氏硬度是400Hv以上的情况下，由有关本实施方式的软化层20带来的变形能力的提高的效果变得显著。骨架部件10的板厚方向的中心部30的维氏硬度优选的是500Hv以上，更优选的是600Hv以上。
板厚方向的中心部30的硬度的上限没有特别规定，但鉴于骨架部件10的成形性等，优选的是800Hv，更优选的是700Hv。
例如，在上述板厚方向的中心部30的硬度的范围中，骨架部件10的表面的软化层20的硬度可以为维氏硬度250Hv以上。此外，在上述板厚方向的中心部30的硬度的范围中，骨架部件10的表面的软化层20的硬度可以为维氏硬度500Hv以下。另外，关于骨架部件10的软化层20的区域的表面及板厚方向的中心部30的硬度的测量方法的详细情况在后面叙述。
软化层20可以通过应用作为周知的技术的各种表面处理、表面加工或热处理技术来形成在骨架部件10的表面侧。作为形成软化层20的方法的一例，可以举出通过向相当于角部13、纵壁部15的区域进行激光加热或高频加热而进行的部分回火等。此外，通过对预先在表层形成了上述软化层的板坯材施以加工，从而形成在规定的区域中具有软化层20的骨架部件10。
图7是表示有关本实施方式的骨架部件10的软化层20的图2中的B－B’间的硬度变化的一例的图。图7是表示，使用热冲压用钢材通过热加压成形为抗拉强度2.0GPa级的帽形状从而制作有关本实施方式的骨架部件10、将软化层20的板厚方向的维氏硬度标绘而得到的结果。如图7所示，软化层20具有存在于骨架部件10的表面侧的第一硬度变化区域21、和存在于第一硬度变化区域21与板厚方向的中心部30之间的第二硬度变化区域22。第二硬度变化区域22是软化层20中的不为第一硬度变化区域21的区域。第一硬度变化区域21和第二硬度变化区域22都是板厚方向的硬度以规定的斜率变化的区域，第一硬度变化区域21和第二硬度变化区域22分别具有不同的硬度变化的绝对值ΔHv1和ΔHv2。
如图7所示，第一硬度变化区域21是从骨架部件10的表面到软化层20整体的厚度的40％。此外，第二硬度变化区域22是从软化层20的第一硬度变化区域21连续直到骨架部件10的板厚方向的中心部30。即，第二硬度变化区域22是软化层20中的不为第一硬度变化区域21的区域。
此外，如图7所示，第一硬度变化区域21中的硬度变化的绝对值ΔHv1比第二硬度变化区域22中的硬度变化的绝对值ΔHv2大。这是因为，如果ΔHv2比ΔHv1大，则骨架部件10过度软化，不能得到充分的载荷特性。
此外，第一硬度变化区域21中的硬度变化的绝对值ΔHv1是100Hv以上且小于200Hv。如果ΔHv1是100Hv以上，则能够进一步缓和弯曲变形时的应力集中，能够使弯曲特性进一步改善。此外，如果ΔHv1小于200Hv，则将弯曲变形时的应力集中缓和的效果被进一步提高，能得到更好的弯曲特性。因而，在ΔHv1为100Hv以上且小于200Hv的情况下，能得到良好的弯曲特性，能够提高骨架部件10的变形能力。具体而言，在碰撞时的行程后期，能够使从载荷峰紧接着之后的载荷的下降变得平缓。所以，如上述那样，第一硬度变化区域21中的硬度变化的绝对值ΔHv1优选的是100Hv以上且小于200Hv。
[硬度测量方法及硬度变化计算方法]
板厚方向的中心部30的硬度的测量方法如以下所述。采取与试料的板面垂直的截面，进行测量面的试料调制，用于进行硬度试验。测量面的调制方法依据JIS Z 2244：2009而实施。在使用#600至#1500的碳化硅研磨纸将测量面研磨后，使用粒度1μm至6μm的金刚石粉分散到乙醇等的稀释液或纯水中而成的液体，精加工为镜面。硬度试验使用在JIS Z2244：2009中记载的方法来实施。使用微型维氏硬度试验机，在试料的板厚的1/2的位置处，以载荷1kgf、压痕的3倍以上的间隔测量10点，将其平均值设为板厚方向的中心部30的硬度。
接着，对第一硬度变化区域21及第二硬度变化区域22的硬度的测量方法进行说明。采取与试料的板面垂直的截面，在进行测量面的试料调制后，用于进行硬度试验。测量面的调制是为了正确地测量试料的表面附近的硬度而实施的，以使得凹凸尽可能小、而且在表面附近不发生塌陷。这里，使用日本电子制的截面抛光机(Cross section polisher)，通过氩离子束将测量面进行溅镀。此时，以抑制在测量面上发生筋状的凹凸为目的，使用日本电子制的试料旋转保持器，从360度方向对测量面照射氩离子束。
对于测量面被调制后的试料，使用微型维氏硬度试验机，实施硬度的测量。将从试料的表面到相当于该试料的软化层的区域在与板面成直角的方向(板厚方向)上，以载荷1kgf、压痕的3倍以上的间隔进行测量。此时，依存于试料的板厚而测量点的合计值不同，但是关于用来计算后述的ΔHv1及ΔHv2的测量点数，基于JIS Z 2244：2009的记载，在确保没有由压痕带来的影响之程度的间隔的同时，设定尽可能多的测量点。设试料的最表面侧的测量位置在从板面(在存在镀层的情况下，为镀层的正下方或镀层与基本材料之间的合金层的正下方)到20μm以内的区域中来进行。这是因为，在基本材料表面的最表面部分，软质相的组织较多。
板厚方向的中心部30的两侧配置有软化层20的试料的情况下，从试料的第一表面侧进行测量、进而从与第一表面相反侧的第二表面侧也进行同样的测量。
接着，对ΔHv1的计算方法进行说明。即，根据在从试料的表面到软化层整体的厚度40％的区域(第一硬度变化区域21)中所包含的全部的测量点，通过式(1)计算第一硬度变化区域21的硬度斜率Δa。这里，ai是第i个测量点的距表面的距离在软化层整体的厚度中所占的比例(％)，ci是ai处的维氏硬度(Hv)，n是在从表面到软化层整体的厚度40％的区域(第一硬度变化区域21)中所包含的全部的测量点的合计值。
[数式1]
Figure BDA0002637057810000101
这里，
Δa：第一硬度变化区域中的板厚方向的硬度的变化的斜率(Hv/％)
ai：第i个测量点的距表面的距离在软化层整体的厚度中所占的比例(％)
ci：ai处的维氏硬度(Hv)
n：在第一表面侧第一硬度变化区域中所包含的全部的测量点的合计值。
板厚方向的中心部30的两侧配置有软化层20的试料的情况下，基于从第一表面侧的硬度测量结果，计算第一表面侧的Δa1，而且基于从第二表面侧的硬度测量结果，计算第二表面侧的Δa2。可以将Δa1和Δa2的算术平均作为Δa。
可以对由式(1)所求出的Δa乘以第一硬度变化区域21的板厚方向厚度在软化层整体的厚度中所占的比例，来求出ΔHv1。
接着，对ΔHv2的计算方法进行说明。即，根据试料的表面侧的从软化层整体的厚度40％到100％的区域(第二硬度变化区域22)中所包含的全部的测量点，通过式(2)计算第二硬度变化区域22的硬度斜率ΔA。这里，Ai是第i个测量点的距表面的距离在软化层整体的厚度中所占的比例(％)，Ci是Ai处的维氏硬度(Hv)，N是表面侧的从软化层整体的厚度40％到100％的区域(第二硬度变化区域22)中所包含的全部的测量点的合计值。
[数式2]
Figure BDA0002637057810000111
这里，
ΔA：第二硬度变化区域中的板厚方向的硬度的变化的斜率(Hv/％)
Ai：第i个测量点的距表面的距离在软化层整体的厚度中所占的比例(％)
Ci：Ai处的维氏硬度(Hv)
N：第一表面侧第二硬度变化区域中所包含的全部的测量点的合计值。
板厚方向的中心部30的两侧配置有软化层20的试料的情况下，基于从第一表面侧的硬度测量结果，计算第一表面侧的ΔA1，而且基于从第二表面侧的硬度测量结果，计算第二表面侧的ΔA2。可以将ΔA1和ΔA2的算术平均作为ΔA。
可以对由式(2)所求出的ΔA乘以第二硬度变化区域22的板厚方向厚度在软化层整体的厚度中所占的比例，来求出ΔHv2。
(作用效果)
图8是用来说明有关本实施方式的骨架部件10的作用效果的载荷－行程曲线图。
曲线a是设想了设置适当的软化层、将R/t设定为2.0、将绝对值ΔHv1设定为150Hv的骨架部件的载荷－行程曲线图。
曲线b是设想了设置适当的软化层、将R/t设定为2.0、将绝对值ΔHv1设定为70Hv的骨架部件的载荷－行程曲线图。
曲线c是设想了设置适当的软化层、将R/t设定为5.0、将绝对值ΔHv1设定为150Hv的骨架部件的载荷－行程曲线图。
曲线d是设想了不设置软化层、将R/t设定为2.0的骨架部件的载荷－行程曲线图。
根据有关本实施方式的骨架部件10，通过将R/t设为2.5以下，并且在角部13和纵壁部15的至少一部分上设置软化层20，如曲线a或曲线b所示，跨从行程初期到行程后期，碰撞时的弯曲特性提高，在行程后期能够以平缓的曲线将载荷降低。即，能够使变形能力提高。
此外，通过使板厚方向的中心部30的硬度为维氏硬度400Hv以上，特别在行程后期维持较高的承载性。进而，由于使第一硬度变化区域的硬度变化的绝对值ΔHv1比第二硬度变化区域的硬度变化的绝对值ΔHv2大，所以骨架部件10的表面侧的软化部分被确保，弯曲特性提高。此外，通过使ΔHv2比ΔHv1小，将板厚方向的硬度变化的急剧的斜率的变化消除，应力集中被缓和，破裂及龟裂被抑制。由此，能够使行程后期的从峰紧接着之后的承载性的下降变得平缓。因而，骨架部件10能够得到良好的耐冲击特性。
另外，在ΔHv1是100Hv～200Hv的情况下，骨架部件10的表面侧的软化部分被充分确保，所以充分地发挥由软化层20带来的弯曲特性的提高。即，如果将ΔHv1是150Hv的曲线a与ΔHv1是70Hv的曲线b进行比较，则通过在曲线a中将ΔHv1设为100Hv～200Hv的范围，能够使行程后期的从峰紧接着之后的承载性的下降变得更平缓。
进而，根据有关本实施方式的骨架部件10，通过使角部13的R/t为2.5以下，能够跨从行程初期到行程后期维持较高的承载性。特别是，在行程后期，与上述在角部13处形成软化层20的效果相辅相成，能够呈现特别好的承载性，能够实现碰撞时的变形能力和承载性的提高。
因而，有关本实施方式的骨架部件10能够将对于碰撞的承载性维持得较高，并且不易发生由碰撞造成的破裂，而且能够充分确保变形能力。由此，与以往的骨架部件相比，能够实现承载性和弯曲特性的较高水平下的兼顾。
在此，在对于骨架部件10从外部进行了图1的包含X方向成分的方向的输入的情况下，即在对于与平板部11或凸缘部17接合的盖板等有碰撞的情况下，有纵壁部15压屈变形的情况。此时，在纵壁部15中，如果软化层20跨从角部13到纵壁部15的短边方向长度的1/2以上的长度的区域而延伸，则纵壁部15被有效地变形。即，如果通过包含X方向成分的方向的碰撞而在骨架部件10上施加外力，则纵壁部15的角部13侧的部分弯曲变形。该部分包含设有软化层20的区域。因而，如果在该区域中设有软化层20，则骨架部件10通过软化层20而被柔软地弯曲，所以促进了纵壁部15的小间距下的压屈变形。由此，能够使骨架部件10的变形能力提高，使冲击吸收能量增加。
进而，通过在角部13的弯曲内侧和外侧的双方设置软化层20，弯曲特性进一步改善，能够使变形能力提高。
(变形例1)
以上，对有关本发明的第1实施方式的骨架部件进行了说明。然后，参照图9对本实施方式的一变形例进行说明。在本变形例中，特征在于在骨架部件10的角部13之间延伸设置的平板部11具有软化层20这一点。
图9是有关本实施方式的一变形例的包括角部的区域的X－Z平面剖视图。如图9所示，在角部13中，从作为第一壁部的纵壁部15的与延伸出的一端部相反侧的另一端部，延伸出作为第二壁部的平板部11，在该平板部11上也形成有软化层20。在本变形例中，通过在平板部11上也存在软化层20，在平板部11中表面部分也软化，所以碰撞时的弯曲特性改善，能够使变形能力提高。
此外，在平板部11中，软化层20也可以遍及平板部11的全域而形成。由此，平板部11的弯曲特性改善，所以能够使骨架部件10的变形能力进一步提高。
此外，软化层20遍及平板部11的全域而设置的结构，在将骨架部件10作为冲击吸收骨架使用的情况下也是有效的。特别是，在对于骨架部件10的输入为轴压缩的情况下是有效的。在此情况下，由于长度方向(图1所示的Y方向)的载荷，骨架部件10被挤压，但由于平板部11整体上具有软化层20从而在平板部11中发生压屈，能够使得不易发生平板部11的破裂。
此外，软化层20也可以跨平板部11、纵壁部15和凸缘部17的全域而设置。由此，骨架部件10整体的弯曲特性改善，所以能够使骨架部件10的变形能力进一步提高。
(变形例2)
以上，对有关本发明的第1实施方式的一变形例进行了说明。然后，参照图10及图11对本实施方式的另一变形例进行说明。在本变形例中，特征在于在角部13的弯曲内侧安装着修补件40这一点。
图10是表示有关本变形例的骨架部件的一例的部分立体图。图11是有关本变形例的骨架部件的X－Z平面剖视图。如图10所示，本变形例中，在角部13的弯曲内侧安装着作为与骨架部件10分体的零件的修补件40。如图11所示，修补件40是L字状截面的部件。修补件40既可以由与骨架部件10相同的材料构成，也可以由不同的材料构成。修补件40的长度方向上的长度既可以与骨架部件10等同，也可以较短。修补件40以至少将角部13的弯曲内侧部分覆盖的方式安装。修补件40可以通过各种周知技术向角部13的弯曲内侧安装。
在本变形例中，通过修补件40被安装在骨架部件10的角部13的弯曲内侧，能够进一步提高骨架部件10的承载性。
(变形例3)
以上，对有关本发明的第1实施方式的几个变形例进行了说明。然后，参照图12A、图12B、图13A及图13B，对本实施方式的其他变形例进行说明。本变形例中，特征在于在平板部11的中心的板厚方向上、在距表面为70μm的深度的位置处硬度被设定在规定的范围。
图12A是有关本变形例的骨架部件10的X－Z平面剖视图。此外，图12B是在有关本变形例的骨架部件10的X－Z平面截面中、包括平板部11的中心位置S的部分(即，图12A的P的部分)的放大图。图13A是表示有关本变形例的骨架部件10的变形的状况的一例的图。图13B是图13A的I－I’剖视图。如图12A所示，本变形例中，在平板部11的骨架部件短边方向(图12A中的X方向)的中心位置S，硬度被设定在规定的范围中。这里所述的中心位置S，是从平板部11的短边方向的两端分别离开了相等的距离L的位置。此外，在中心位置S距表面为规定的深度的位置处，硬度被设为规定的范围。如图12B所示，硬度被设定为规定的范围的位置C的距平板部11的表面的深度(板厚方向的距离)d为70μm。进而，该位置C的硬度相对于平板部11的板厚方向的中心部30的硬度被设定为0.9倍以下。
这里，如图13A所示，在对于骨架部件10的平板部11输入了载荷的情况下，从平板部11的中心位置S的周边开始变形。此时，在平板部11发生龟裂并发展，最终有在骨架部件10的变形中发生破裂的情况。变形中的破裂的发生使骨架部件10的能量吸收量下降，给冲击吸收特性带来影响。
特别是，如图13B所示，如果对于骨架部件10的平板部11输入载荷，则平板部11发生局部地成为凹形状的变形。此时，在平板部11的与角部13的弯曲内侧连续的表面侧中发生拉伸载荷(参照图13B中的箭头)，龟裂发展，容易发生破裂。
所以，本发明人专门研究的结果表明，在包括距平板部11的中心位置S的表面为深度70μm的位置的区域中容易发生龟裂。在本变形例中，平板部11的中心位置S的距表面为深度70μm的位置处的硬度相对于板厚方向的中心部30的硬度被设定为0.9倍以下。由此，在平板部11的中心位置S，硬度被减小，所以龟裂的发展被抑制。结果，抑制了骨架部件10的变形中的破裂的发生，骨架部件10的能量吸收量增加，冲击吸收特性被进一步改善。
特别是，在平板部11的距与角部13的弯曲内侧连续的表面的深度70μm的位置，硬度相对于板厚方向的中心部30的硬度被设为0.9倍以下。由此，在平板部11中，从发生使龟裂发展的拉伸载荷的角部13的弯曲内侧连续的面的硬度被控制。结果，抑制了骨架部件10的变形中的破裂的发生，骨架部件10的能量吸收量增加，冲击吸收特性被进一步改善。
此外，硬度被控制的位置C的硬度也可以相对于平板部11的板厚方向的中心部30的硬度被设定为0.1倍以上。由此，通过将平板部11中的硬度比设为规定的值以上，能够维持较高的承载性。
<2.第2实施方式>
接着，参照图14及图15对有关本发明的第2实施方式的骨架部件进行说明。有关本实施方式的骨架部件和有关第1实施方式的骨架部件在骨架部件的短边方向截面的形状上不同。
图14是表示有关本实施方式的骨架部件的一例的部分立体图。图15是有关本实施方式的骨架部件的X－Z平面剖视图。如图14所示，有关本实施方式的骨架部件100是骨架部件100的短边方向的截面(X－Z平面)为闭截面的形状。作为一例，可以举出骨架部件100是所谓方筒状的部件、截面形状为中空的矩形的形状。
作为一例，骨架部件100以图14所示的Y方向为长度方向而延伸。如图15所示，骨架部件100是短边方向截面(X－Z平面)为作为闭截面的中空的矩形状的部件。骨架部件100具有平板部151、纵壁部153、和角部130，该角部130以将平板部151与相邻的纵壁部153相连的方式而弯曲。即，骨架部件100包括从角部130的具有R圆角终止部的一端部延伸的纵壁部153、和从角部130的具有R圆角终止部的另一端部延伸的平板部151而构成。
本实施方式中，至少角部130具有软化层200。另外，软化层200不需要设在全部的角部130，可以设在至少一个角部130。
此外，软化层200遍及从角部130到纵壁部153而延伸。软化层200跨纵壁部153的短边方向长度的1/2以上的长度而延伸。此外，软化层200也可以遍及纵壁部153的全域而形成。
此外，软化层200也可以跨平板部151的短边方向长度的1/2以上的长度而延伸。此外，软化层200也可以遍及平板部151的全域而形成。
在骨架部件100中，也可以将软化层200形成在骨架部件100的表面整体上。
有关本实施方式的骨架部件100通过在角部130和纵壁部153上具有软化层200，能够在确保承载性的同时进一步提高变形能力。设置软化层200的部分可以根据骨架部件100的应用对象而选择。
[有关本发明的实施方式的骨架部件的应用例]
以上，对本发明的优选的实施方式详细地进行了说明。然后，参照图16对有关本发明的实施方式的骨架部件的应用例进行说明。图16是表示作为有关本发明的实施方式的骨架部件10、100被应用的一例的汽车骨架的图。骨架部件10、100可以作为座舱骨架或冲击吸收骨架而构成汽车骨架。作为座舱骨架的骨架部件10、100的应用例可以举出车顶中央加强件201、车顶侧梁203、B柱207、侧门框209、地板通道211、A柱下侧213、A柱上侧215、反冲加强件227、地板横梁229、下加强件231、前窗框上横梁233等。
此外，作为冲击吸收骨架的骨架部件10、100的应用例，可以举出后侧梁205、裙板上部构件217、保险杠加强件219、碰撞吸能盒221、前侧梁223等。
通过骨架部件10、100被作为座舱骨架或冲击吸收骨架使用，由于骨架部件10、100具有充分的承载性，所以能够减少碰撞时的变形。此外，骨架部件10、100其变形能力也被提高，即使在对汽车骨架有侧面碰撞等的输入的情况下也通过充分的变形将冲击吸收，能够保护骨架内部。
实施例
实施了汽车构造部件的3点弯曲压坏模拟。将在模拟中使用的解析模型的条件和评价结果表示在下述表1中。
[表1]
Figure BDA0002637057810000181
解析模型的形状设为“帽型件”和“方筒”。“帽型件”是指通过将盖板接合到图1及图4所示的骨架部件10的凸缘部17上而具有闭截面的闭截面帽部件。“方筒”是指图14及图15所示那样的方形部件。这些“帽型件”和“方筒”的长度方向的长度为500mm。各模型的高度(相当于纵壁部15、153的高度)为60mm，宽度方向的长度(相当于平板部11、151的宽度方向的长度)为80mm。此外，板厚为1.6mm。
各模型的抗拉强度为1.5GPa、1.8GPa、2.0GPa。关于设置软化层的区域，“角部”在“帽型件”中是指相当于角部13、130的区域。此外，“纵壁”如图3所示，是指从角部13的R圆角终止部起、纵壁部15的短边方向长度的1/2的长度的区域。此外，“平板”是指从角部130的R圆角终止部起、平板部151的短边方向长度的1/2的长度的区域。此外，“整体”是指包括角部而在整面上设有软化层。“两面”是指在两面上设有软化层，“单面”是指软化层被设置在角部的弯曲外侧的面上。
R/t、软化层的厚度、ΔHv1、ΔHv2、表面侧硬度相对于中心部硬度的比例如表1所示那样。
对于这些解析模型进行了3点弯曲压溃模拟。将其结果一起表示在表1中。
在骨架部件10、100的平板部11、151的相反侧，使支点间距离为600mm而支承骨架部件10、100，将半径150mm的冲击器对于平板部11、151侧准静态地推入，计算推入量和载荷的值，得到能量吸收量。此外，在推入时，同时判定在后述的行程中期在纵壁部上是否发生了破裂。作为承载性的指标的载荷特性、以及作为承载性和变形能力的指标的能量吸收特性的评价基准如以下所述。
载荷特性：
·A：在行程初期呈现第1峰，跨行程中期、行程后期维持较高的承载性，在行程后期呈现第2峰。第2峰之后承载性平缓地下降。
·B：在行程初期呈现第1峰，跨行程中期、行程后期维持较高的承载性，在行程后期呈现第2峰。
·C：在行程中期、行程后期维持较高的载荷，在行程后期呈现峰。
·D：在行程中期、行程后期维持较高的载荷。
·E：在任一期间都呈现较低的载荷，或由于破裂的发生而最大载荷较低。
另外，将A～C设为合格水准。
能量吸收性能：
·A：跨行程整体维持了较高的载荷，结果能够充分地吸收能量的水准。
·B：不能跨行程整体维持较高的载荷，结果不能充分地吸收能量的水准。
·C：跨行程整体维持较低的载荷、或由于破裂的发生而不能充分地吸收能量的水准。
另外，将A设为合格水准。
如表1所示，在实施例1～9中，在行程初期及后期得到了峰，整体上呈现充分的载荷特性及能量吸收特性。
此外，在实施例9中，即使是仅在单面侧设有软化层的情况，也得到了充分的载荷特性及能量吸收特性。
图17表示有关本实施例的模拟的结果得到的载荷－行程曲线图的例子。如图17所示，例如在实施例2中，在行程初期呈现第1峰，跨行程中期、行程后期维持较高的载荷，在行程后期呈现第2峰。比较例11由于R/t是5.0，所以在行程初期没有看到峰。此外，虽然存在软化层，但行程后期的第2峰比实施例2低。
另一方面，在比较例1及2中，由于没有设置软化层，所以在到达理论上设想的最大载荷之前发生了破裂，所以没有得到充分的载荷特性及能量吸收特性。
在比较例3中，由于仅角部设有软化层，所以在到达最大载荷之前在纵壁部发生了破裂。结果，没有得到充分的载荷特性及能量吸收特性。
在比较例4中，由于软化层仅设有板厚的1％，所以在到达最大载荷之前发生了破裂。因此，没有得到充分的载荷特性及能量吸收特性。
在比较例5～7中，由于软化层的软化量较大，所以虽然没有发生破裂，但不能维持充分的载荷，结果没有得到充分的能量吸收特性。
在比较例8中，由于表面硬度与中心部硬度相比充分变小，所以在到达最大载荷之前在纵壁部发生了破裂。结果，没有得到充分的载荷特性及能量吸收特性。
在比较例9～11中，由于R/t超过2.5，所以不能跨从行程初期到行程后期维持较高的载荷。
在比较例12中，虽然R/t是2.5以下，但由于不具有软化层，所以在行程后期发生破裂，不能确保较高的最大载荷。结果，没有得到充分的载荷特性及能量吸收特性。
参照图17，在比较例1中，由于在行程中期发生了破裂，所以没有得到最大载荷。此外，在比较例5中，虽然直到行程后期都没有发生破裂，但显示出不能维持充分的载荷。
进而，为了评价对中心位置S处的硬度进行了控制的骨架部件的性能，实施了汽车构造部件的3点弯曲压坏模拟。将在模拟中使用的解析模型的条件表示在下述表2中。
[表2]
Figure BDA0002637057810000211
表2中的关于形状、抗拉强度、R/t、软化层的记载与表1的记载同样。在表2中，关于中心位置S的硬度分布，距表面的深度表示图12B中的深度d的值。此外，在通过距与角部的弯曲内侧连续的面为规定深度的位置对硬度进行控制的情况下，设表面为“内侧”，在通过距与角部的弯曲外侧连续的面为规定深度的位置对硬度进行控制的情况下，设表面为“外侧”。此外，在从两者的表面通过规定的深度位置进行硬度控制的情况下，设为“两侧”。进而，中心位置S处的规定的深度位置C的硬度与板厚方向的中心部30的硬度的比如表2所示。
对于这些解析模型，在与对于表1的解析模型进行的3点压溃模拟同样的条件下进行了模拟。将评价结果一起表示在表2中。另外，关于评价基准，与表1中的评价基准同样。
如表2所示，实施例10～12由于在平板部11的中心位置S的规定深度对硬度进行了控制，所以没有发生平板破裂。另一方面，在参考例1及参考例2中，由于在平板部11的中心位置S没有进行硬度控制，所以在变形后期在平板部11发生了破裂。
图18表示表2所示的有关实施例的模拟的结果得到的载荷－行程曲线图的例子。如图18所示，在实施例10中，跨行程后期维持较高的载荷，在行程后期呈现了第2峰。
另一方面，在参考例1中，虽然在行程后期呈现较高的峰，但与实施例10相比，在行程后期的途中从平板部11断裂，直到行程后期的最后都不能维持较高的载荷。因此，在对中心位置S处的硬度进行了控制的骨架部件中，直到行程后期的最后都能够维持较高的载荷，呈现出能得到更高的冲击吸收特性。
以上，参照附图对本发明的优选的实施方式详细地进行了说明，但本发明并不限定于该例。应了解的是，只要是具有本发明所属于的技术领域中的通常知识的人，就显然能够在权利要求书所记载的技术思想的范畴内想到各种变更例或修正例，关于它们也当然属于本发明的技术范围。
产业上的可利用性
根据该发明，提供兼顾了碰撞时的变形能力的改善和承载性的提高的骨架部件。
标号说明
10 骨架部件
11 平板部
13 角部
15 纵壁部
17 凸缘部
20 软化层
21 第一硬度变化区域
22 第二硬度变化区域
30 板厚方向的中心部

Claims (7)

1.一种骨架部件，包括沿长度方向延伸的角部、和从该角部的短边方向的端部延伸的纵壁部，上述骨架部件的特征在于，
从上述角部的弯曲内侧或弯曲外侧的至少某一方的表面在板厚方向上设有软化层；
上述软化层从上述角部起跨上述纵壁部的短边方向长度的1/2以上的长度的区域而在上述纵壁部上延伸；
设有上述软化层的部分处的板厚方向的中心部的硬度是400Hv以上，上述软化层是具有比设有上述软化层的部分处的上述板厚方向的中心部的硬度至少低10Hv的硬度的区域；
上述软化层的厚度是设有上述软化层的部分处的上述板厚的2％以上且小于20％；
上述表面处的上述软化层的硬度是设有上述软化层的部分处的上述板厚方向的中心部的硬度的0.5倍以上且小于0.9倍；
上述软化层在上述板厚方向上具有第一硬度变化区域和第二硬度变化区域，上述第一硬度变化区域为从上述表面到上述软化层的厚度的40％的区域；上述第二硬度变化区域为上述软化层中的不是上述第一硬度变化区域的区域；
上述第一硬度变化区域中的板厚方向的硬度变化的绝对值ΔHv1比上述第二硬度变化区域中的板厚方向的硬度变化的绝对值ΔHv2大；
上述角部的弯曲半径R相对于上述角部的板厚t为R/t≦2.5。
2.如权利要求1所述的骨架部件，其特征在于，
上述第一硬度变化区域中的上述板厚方向的硬度变化的绝对值ΔHv1为100Hv以上且小于200Hv。
3.如权利要求1或2所述的骨架部件，其特征在于，
上述软化层被设置在上述角部的上述弯曲外侧。
4.如权利要求1～3中任一项所述的骨架部件，其特征在于，
上述软化层被设置在上述角部的上述弯曲内侧和上述弯曲外侧的双方。
5.如权利要求1～4中任一项所述的骨架部件，其特征在于，
上述纵壁部从上述角部的一端部延伸；
上述骨架部件还包括从上述角部的另一端部延伸的平板部；
上述软化层从上述角部跨上述平板部的短边方向长度的1/2以上的长度的区域在上述平板部上延伸。
6.如权利要求1～5中任一项所述的骨架部件，其特征在于，
上述纵壁部从上述角部的一端部延伸；
上述骨架部件还包括从上述角部的另一端部延伸的平板部；
在上述平板部的中心的板厚方向上，距上述平板部的表面70μm深度的位置处的硬度是上述板厚方向的中心部的硬度的0.9倍以下。
7.如权利要求6所述的骨架部件，其特征在于，
上述平板部的表面是上述平板部中的与上述角部的弯曲内侧连续的表面。
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