JP2006213941A - 焼入変形低減効果に優れた複合部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼板製の複数の長尺部品を接合して複合成形品とし、得られた複合成形品に高周波加熱および加熱された部品の冷却を、好ましくは低剛性部品側から高剛性部品側に順次あるいは連続して高周波焼き入れ処理を施す。
【選択図】図1
Description
また、特許文献4にはめっき鋼板を対象に、めっき層の蒸発防止と素地の焼入れ変形によるめっき層剥離防止を主目的として、オーステナイト単相となる温度以下に加熱温度を制御して変態ひずみを抑制する方法が示されているが、この場合の鋼材の基本組織はフェライトとマルテンサイトの共存組織となり、やはり強化能は不十分となる。
公知の技術として、焼入中にワークを積極的に拘束し変形を低減する方法があるが、拘束を解放した際、熱処理中の熱ひずみや変態膨脹による変態ひずみの結果生じた残留応力が解放され、いわゆるスプリングバック変形し、熱処理中の変形は低減できても最終的な焼入れ変形を根本的に回避できるものではない。
ここに、本発明は次の通りである。
(3) 前記複合成形品が、プレス成形された部品から構成される上記(1) または(2) 記載の製造方法。
(5) 前記自動車部品が、クロスメンバまたはサイドメンバである上記(4) 記載の製造方法。
自動車用部品等に多用される鋼板の多くは薄板プレス成形品である。薄板であるが故、例えば高周波焼入れ等の手段を以て高強度化を試みる場合、大きな焼入れ変形が生じ実用化阻害要因となる。これを低減するためには部品そのものを焼入れ変形に耐えうる程度の板厚とすることが容易に考えつくが近年の車体軽量化指向にそぐわない。
厚板部品Aと薄板部品Bから構成される組み合せ部品を焼入れる場合、(i)A、B同時に焼入れ、(ii)A焼入れ→B焼入れ、(iii)B焼入れ→A焼入れの3通りが選択できる。同時に焼入れ処理した場合、鉄鋼材料の強度は温度の上昇とともに低下するため、温度上昇に伴ってA部品、B部品同時に強度が低下し、組み合せ焼きとすることの本来の目的である剛性向上が十分に達成できない。また、部品A、すなわち高剛性側である部品を先に焼入れた場合は、部品B、すなわち低剛性である部品から享受する焼入変形抵抗の向上効果は小さい。従って、厚板と薄板から構成される部品を焼入れる場合、あるいは同一板厚であってもその形状から剛性差のある場合は、低剛性の部品から先に焼入れ、低剛性側を十分高強度化した後に高剛性側を焼入れれば焼入変形低減に対し、より効果的であるからである。
組み合わせようとする2つの部品が同一素材であり板厚が異なる場合には薄板側が焼入れ時の変形抵抗は小さく、板厚の薄い側が低剛性側となる。素材、板厚ともに同一であれば部品の断面係数の小さい側が低剛性側となる。強度の異なる素材を組み合わせた場合には素材の降伏強度×板厚を判定指標として指標の小さい側が低剛性側となるが、そのような組み合わせは希である。すなわち、剛性の高低とは、本発明にあっては、結局のところ個々の部品を単品で焼入れた際に発生する焼入れ変形の大小を言うのであるから、通常は同一素材で異板厚の組み合わせが多いため、板厚を指標として、薄板側から焼入れを行えばよい。
[基礎検討1]
組み合せ焼入れの焼入れ変形低減効果を評価するにあたり、これを実験的に検証するのではなく数値解析で代替できれば種々の焼入れ条件についての変形を机上で検討することができる。そこで、発明者らが開発した有限要素法による焼入変形解析モデルでの数値解析を適用して焼入れ変形を評価することとした。ただし、焼入れ変形を数値解析で代替するには、モデルの解析精度を検証しておくことが重要である。そのため、まずハット型薄板プレス成型部材の単品焼入れ試験を実施し、実測変形結果と数値解析結果を比較して解析精度を検証した。
上記焼入れ試験と同一条件で焼入れ変形解析を実施した。変形解析での解析領域は部材長さ方向ならびに部材幅方向に対して対称条件を仮定し、全体の1/4モデルとした。焼入変形解析モデルは金属の組織変化、いわゆる相変態を考慮して加熱後の急冷によるマルテンサイト硬化領域や残留応力分布、焼入れ変形などを推定するものである。高周波加熱による入熱条件は、コイル形状や電流条件、材料特性値を与えて別途磁場解析を実施し渦電流によるジュール発熱分布を求め、これを焼入変形解析モデルへの入熱条件とする。冷却条件は試験での冷却水量から水量密度を2500L/m2・minとし、スプレー冷却実験から求めた冷却熱伝達係数の回帰式を適用した。
次に、組み合せ焼入れでの焼入れ変形低減効果を検証するため、解析精度検証に供したハット型部材のフランジ底面を対称面として組み合せたハット型部材の組み合せモデル(図1)を構築し、焼入れ変形解析を実施した。
STIFFENER単品焼入れ(ケース1)、組み合せ同時焼入れ(ケース3)、組み合せ順次焼入れ−1(ケース4、STIFFENER→COREの順次焼入れ)、組み合せ順次焼入れ−2(ケース5、CORE→ STIFFENERの順次焼入れ)について示したが、組み合わせ焼入れの焼入れ変形は単品焼きに比べて小さくなる。中でも、STIFFENERを先に焼入れたケース4では他のケースに比べて低変形領域の広いことが視覚的に確認できる。
2)3種類の組み合わせ焼入れでは95%〜97%の範囲で5mm以下の変形となる。
4)組み合わせ焼入れでCOREから焼入れた場合の低変形量領域は34%となる。STIFFENERから焼入れた場合の低変形量領域は46%であり、3種の組み合わせ焼入れ方法の内、低変形量域は最も広い。
1)単品焼入れを組み合わせ焼入れとすることで焼入れ変形は低減する。
Claims (5)
- 加熱コイルにより部品の加熱を行い、次いで、順次、加熱された部品の冷却を行う高周波焼入れ方法において、鋼板製の複数の部品を組合わせて複合成形品とし、得られた複合成形品に前記加熱および冷却を行う高周波焼き入れ処理を施すことを特徴とする複合部品の製造方法。
- 前記高周波焼き入れ処理を、前記複合成形品のうち、剛性の小さい部品の側から施す請求項1記載の製造方法。
- 前記複合成形品が、プレス成形された部品から構成される請求項1または2記載の製造方法。
- 前記複合成形品が、自動車用部品である請求項3記載の製造方法。
- 前記自動車部品が、クロスメンバまたはサイドメンバである請求項4記載の製造方法。
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