JP2001049333A - 焼入れ範囲シミュレーション方法 - Google Patents

焼入れ範囲シミュレーション方法

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JP2001049333A
JP2001049333A JP11221050A JP22105099A JP2001049333A JP 2001049333 A JP2001049333 A JP 2001049333A JP 11221050 A JP11221050 A JP 11221050A JP 22105099 A JP22105099 A JP 22105099A JP 2001049333 A JP2001049333 A JP 2001049333A
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quenching
cooling rate
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steel material
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JP11221050A
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Tomio Murakami
富夫 村上
Naohiro Ogura
尚宏 小倉
Takashi Hirakawa
崇志 平川
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】鉄鋼材料を加熱後冷却することで焼入れ処理を
行う際、その焼入れ範囲を容易且つ高精度に推定するこ
とのできる焼入れ範囲シミュレーション方法を提供す
る。 【解決手段】所定の焼入れ条件に基づいて、シミュレー
ションにより鉄鋼材料の冷却速度分布を算出する一方
(ステップS3)、実機試験により実際の焼入れ範囲を
測定し(ステップS5)、前記焼入れ範囲での臨界冷却
速度を前記冷却速度分布から求め(ステップS6)、次
いで、任意の焼入れ条件において、シミュレーションに
より冷却速度分布を求めた後(ステップS8)、前記臨
界冷却速度以上となる範囲を焼入れ範囲として推定する
(ステップS9)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼材料に対して
焼入れを施す際の焼入れ範囲を有限要素法により求める
シミュレーション方法に関する。
【0002】
【従来の技術】鉄鋼材料に対して焼入れ組織を形成する
ためには、加熱することで一旦オーステナイト組織を形
成した後、それを急冷させてマルテンサイト組織とする
必要がある。オーステナイト組織は、例えば、炭素含有
量が0.5%の鉄鋼材料の場合、約730℃以上に加熱
することでオーステナイト化が開始され、約770℃以
上でオーステナイト化が完了する。この関係は、金属組
織の状態を炭素含有量と温度との関係で表した平衡状態
図から得ることができる。また、マルテンサイト組織
は、オーステナイト組織を急冷することで得られるが、
その関係は、金属組織の状態を冷却時間と温度との関係
で表した連続冷却変態線図(CCT線図)から得ること
ができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の平衡状態図およびCCT線図は、全体が均一な温度と
なるように、炉等を使用して加熱した鉄鋼材料を前提と
して求められたものである。従って、例えば、高周波焼
入れのように、鉄鋼材料を急速加熱、急速冷却する場合
には、温度分布が均一とならず、温度勾配や金属組織の
変化遅れが生じるため、平衡状態図やCCT線図を用い
ても、焼入れ範囲まで推定することはできない。
【0004】このため、例えば、特定部位にのみ焼入れ
処理を行うような場合、焼入れ対象と同一の条件からな
る鉄鋼材料を急速加熱、急速冷却した後、この鉄鋼材料
の組織を調べて焼入れ範囲を判定する作業を、所望の焼
入れ範囲が得られるまで繰り返さなければならず、多大
な作業時間を必要とするという不具合があった。
【0005】本発明は前記の課題を解決すべくなされた
ものであって、鉄鋼材料を加熱後冷却することで焼入れ
処理を行う際、その焼入れ範囲を容易且つ高精度に推定
することのできる焼入れ範囲シミュレーション方法を提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明では、所定の焼入れ条件、例えば、オース
テナイト組織が形成される温度まで所定の加熱時間で鉄
鋼材料を加熱した後、急速冷却させるシミュレーション
を有限要素法により行い、そのときの最高到達温度分布
を求めるとともに、冷却速度分布を温度の経時的変化か
ら求める。一方、前記焼入れ条件で前記鉄鋼材料に焼入
れ処理を施し、それによって形成された焼入れ範囲を実
測する。次いで、実測された前記焼入れ範囲の境界線に
おける冷却速度を、シミュレーションによって求めた冷
却速度分布から、最高到達温度毎の臨界冷却速度として
求める。次に、任意の焼入れ条件で前記鉄鋼材料を加熱
冷却した場合における最高到達温度分布および冷却速度
分布をシミュレーションによって求め、前記最高到達温
度毎の前記臨界冷却速度以上となる冷却速度分布範囲
を、焼入れ範囲として推定する。
【0007】この場合、鉄鋼材料の深さ方向を含めた3
次元的な焼入れ範囲を高精度に推定することができる。
また、鉄鋼材料の加熱時間毎に臨界冷却速度を求めてお
けば、より一層高精度な焼入れ範囲の推定が可能とな
る。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明に係る焼入れ範囲シミュレ
ーション方法について、好適な実施の形態を挙げ、添付
の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【0009】図1は、本実施形態の焼入れ範囲シミュレ
ーション方法の手順を示すフローチャートである。この
実施形態では、図2に示す円柱状の鉄鋼材料10(直径
23mm、長さ80mm、材質S53C(JIS規
格))の外周部に、巻き数が1ターンの高周波加熱用コ
イル12(内径28mm、外径60mm、幅15mm)
を配置し、周波数9kHz、電圧135V、電流90A
による磁界を10秒間供給して加熱した後、その鉄鋼材
料10を冷却水により30リットル/minの割合で1
0秒間冷却した場合を例示している。なお、S53Cの
鉄鋼材料10は、炭素含有量が約0.5〜0.56重量
%であり、オーステナイト組織が形成される温度範囲が
約780〜1430℃である。
【0010】先ず、鉄鋼材料10に対する焼入れ条件を
設定する(ステップS1)。この焼入れ条件には、例え
ば、鉄鋼材料10に対する上述した各条件の他に、鉄鋼
材料10の熱伝導率等の物性値が含まれる。
【0011】前記焼入れ条件に基づき、数値計算によっ
て鉄鋼材料10の焼入れシミュレーションを行い、最高
到達温度分布およびその経時的変化を求める(ステップ
S2)。この場合、数値計算では、マクスウェル(Ma
xwell)の電磁方程式(渦電流を含む電磁場の基礎
方程式)に基づいた磁場計算から発熱、伝熱を有限要素
法により求めことにより、鉄鋼材料10の各メッシュ毎
の温度を算出することができる。
【0012】図3は、鉄鋼材料10の断面に対して図2
に示すようにxy座標系を設定し、このxy平面を多数
のメッシュに分割し、各メッシュ毎または各メッシュの
節点毎に得られた最高到達温度分布をプロットしたもの
である。具体的には、曲線A〜Fがそれぞれ900℃、
880℃、860℃、840℃、820℃、800℃の
オーステナイト化温度以上となる等温線を表している。
なお、メッシュの間隔は、鉄鋼材料10の形状等に応じ
て任意に設定することができる。
【0013】次に、シミュレーション結果である各メッ
シュまたは各節点における各時間の温度から、各メッシ
ュまたは各節点での最高到達温度毎の冷却速度、すなわ
ち、鉄鋼材料10の最高到達温度毎の冷却速度分布を算
出する(ステップS3)。
【0014】一方、ステップS1で設定した焼入れ条件
と同一の条件で実際の鉄鋼材料10に対して急速加熱、
急速冷却(実機試験)を行った後(ステップS4)、当
該鉄鋼材料10の焼入れ範囲を測定する(ステップS
5)。図4は、ステップS5における測定結果を示して
おり、範囲20は、マルテンサイト組織が形成された部
分、範囲22は、焼入れによる組織変化のない部分、範
囲24は、マルテンサイト化はされていないが熱影響を
受けている部分である。
【0015】次に、ステップS3で算出した最高到達温
度毎の冷却速度分布と、ステップS5で測定して得られ
た焼入れ範囲とから、マルテンサイト組織を形成するの
に必要な臨界冷却速度を決定する(ステップS6)。こ
の臨界冷却速度は、実機試験によって得られた範囲20
と範囲24との境界線G1 を図3に示すシミュレーショ
ン結果である最高到達温度分布に重ね、前記境界線G1
上での各メッシュまたは各節点での冷却速度を求めるこ
とで得られる。同様にして、熱影響を受けている範囲2
4についても、範囲24と範囲22との境界線G2 を図
3に示す最高到達温度分布に重ねることにより、その範
囲24の臨界冷却速度を求めることができる。
【0016】図5は、境界線G1 上の各点H〜N(図3
参照)における冷却時間と温度との関係をグラフに表し
たものである。この場合、臨界冷却速度は、各曲線の傾
きに対応する。この傾きは、冷却開始からの経過時間
と、冷却開始温度(最高到達温度)とに依存している。
そこで、冷却開始当初の最大の傾きを各冷却開始温度
(最高到達温度)毎の臨界冷却速度に設定する。図6に
示す特性曲線Pは、加熱時間を10秒とした場合の臨界
冷却速度を表す。なお、他の特性曲線QおよびRは、そ
れぞれ加熱時間を8秒、12秒とした場合の臨界冷却速
度を表す。
【0017】以上のようにして最高到達温度毎の臨界冷
却速度を求めた後、任意の焼入れ条件を任意の形状から
なる鉄鋼材料に対して設定し(ステップS7)、シミュ
レーションを行うことにより、前記鉄鋼材料10の各メ
ッシュ毎または各節点毎の最高到達温度および冷却速度
を求める(ステップS8)。そして、これらのデータ
と、ステップS6で求めた所定の加熱時間における臨界
冷却速度とを比較し、臨界冷却速度以上となる範囲を焼
入れ範囲として推定する(ステップS9)。図7は、こ
のようにして求めた焼入れ推定範囲26および熱影響推
定範囲28を示す。
【0018】なお、前記の推定結果に基づき、焼入れ条
件の設定(ステップS7)、シミュレーション(ステッ
プS8)および焼入れ範囲の推定(ステップS9)を繰
り返し行うことにより、所望の焼入れ範囲を得ることの
できる焼入れ条件を短時間で求めることができる。
【0019】なお、上述した実施形態では、高周波加熱
用コイル12を用いて鉄鋼材料10に対する焼入れ処理
を行う場合について説明したが、電子ビーム、レーザ、
プラズマ等の加熱手段により焼入れ処理を行う場合にも
適用することができることは勿論である。
【0020】
【発明の効果】本発明に係る焼入れ範囲シミュレーショ
ン方法によれば、以下のような効果ならびに利点が得ら
れる。
【0021】鉄鋼材料に対して焼入れ処理を行う場合に
おいて、特に、急速加熱を伴う焼入れを行う場合に生じ
る温度のばらつきを考慮し、焼入れ範囲をシミュレーシ
ョンによって高精度に推定することができる。従って、
実機試験を必要最小限のものとすることができ、焼入れ
範囲を推定するために必要な時間、工数およびコストを
大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の焼入れ範囲シミュレーション方法
のフローチャートである。
【図2】本実施形態の焼入れ範囲シミュレーション方法
が適用される鉄鋼材料および高周波加熱コイルの説明図
である。
【図3】本実施形態の焼入れ範囲シミュレーション方法
によるシミュレーション結果である鉄鋼材料の最高到達
温度分布と、実機試験による焼入れ範囲との関係を示す
グラフである。
【図4】実機試験による焼入れ範囲の測定結果を示す図
である。
【図5】本実施形態の焼入れ範囲シミュレーション方法
により得られた鉄鋼材料の冷却時間と温度との関係を示
すグラフである。
【図6】本実施形態の焼入れ範囲シミュレーション方法
により得られた鉄鋼材料の最高到達温度と臨界冷却速度
との関係を示すグラフである。
【図7】本実施形態の焼入れ範囲シミュレーション方法
によって得られた推定焼入れ範囲の説明図である。
【符号の説明】
10…鉄鋼材料 12…高周波加熱用
コイル 20、22、24…範囲 26…焼入れ推定範
囲 28…熱影響推定範囲

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鉄鋼材料に対して焼入れを施す際の焼入れ
    範囲を有限要素法により求めるシミュレーション方法で
    あって、 所定の焼入れ条件で前記鉄鋼材料を加熱冷却した場合に
    おける最高到達温度分布および冷却速度分布を計算によ
    り求める第1ステップと、 前記焼入れ条件で形成された前記鉄鋼材料の焼入れ範囲
    を実測する第2ステップと、 実測された前記焼入れ範囲の境界線における冷却速度
    を、前記冷却速度分布から最高到達温度毎の臨界冷却速
    度として求める第3ステップと、 任意の焼入れ条件で前記鉄鋼材料を加熱冷却した場合に
    おける最高到達温度分布および冷却速度分布を計算によ
    り求め、前記第3ステップで得られた最高到達温度毎の
    前記臨界冷却速度以上となる冷却速度分布範囲を、焼入
    れ範囲として推定する第4ステップと、 からなることを特徴とする焼入れ範囲シミュレーション
    方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の方法において、前記焼入れ
    条件は、加熱時間を含むことを特徴とする焼入れ範囲シ
    ミュレーション方法。
  3. 【請求項3】請求項1記載の方法において、前記第1ス
    テップでの前記冷却速度分布は、前記最高到達温度分布
    の経時的変化から求めることを特徴とする焼入れ範囲シ
    ミュレーション方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010230331A (ja) * 2009-03-25 2010-10-14 Neturen Co Ltd 高周波焼入れシミュレーション装置
KR20180054659A (ko) * 2015-09-04 2018-05-24 악티엔-게젤샤프트 데르 딜링거 휘텐베르케 교정 바디를 제조하기 위한 방법
EP3567126A1 (en) 2018-05-07 2019-11-13 Casa Maristas Azterlan System and method of quenching monitoring during steel hot stamping

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP7091239B2 (ja) 2015-09-04 2022-06-27 アクツィエン-ゲゼルシャフト デア ディリンジャー ヒュッテンベルケ 較正体を製造するための方法
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