金属材料的塑性加工方法以及塑性加工装置

摘要

本发明涉及含有奥氏体的钢材的塑性加工方法，该方法是：确定使上述钢材塑性变形时的预测断裂部位，对上述预测断裂部位的应变比βx进行解析，当将相对于上述应变比βx的加工诱导相变延展性极大温度以单位为℃设定为Tβx、将比上述Tβx更低温度一侧的依赖于上述应变比βx的临界等效应变近似曲线的标准偏差设定为σLβx、将比上述Tβx更高温度一侧的依赖于上述应变比βx的临界等效应变近似曲线的标准偏差设定为σHβx、将上述预测断裂部位的局部温度以单位为℃设定为Tlocal时，以使该局部温度Tlocal满足下述式1的方式进行加热，并且使上述加热后的上述钢材塑性变形。Tβx-2×σLβx≤Tlocal≤Tβx+1.25×σHβx(式1)。

说明书

技术领域

本发明涉及能够在抑制缩颈和断裂的发生的同时形成含有奥氏体的钢 材的塑性加工方法以及塑性加工装置。

背景技术

迄今为止，提出了各种能够使得钢材的成型性提高的塑性加工方法。 例如，在专利文献1所述的塑性加工方法中，首先，在钢材的压制成型之 前，通过加热炉等将钢材预先加热到750℃～1000℃左右的形成奥氏体单相 区域的Ac₃点以上。将该奥氏体单相的状态的钢材压制成型，利用从钢材 向模具的热传导对钢材进行骤冷并淬火，由此制造高强度且尺寸精度良好 的压制成型品。

另外，在专利文献2所述的塑性加工方法中，对于含有奥氏体的钢材， 在加热模具的模头的同时一边冷却模具的冲头一边进行拉深成型。由此， 能够使得成型后形成凸缘部的钢材的一部分通过与模头之间的热传导而被 加热，从而使得其变形阻力降低，并且使得钢材的除此以外的部位通过与 冲头之间的热传导而被冷却，从而使其变形阻力增大来进行拉深成型。因 此，能够在防止褶皱和断裂的发生的同时进行拉深成型。

此外，在专利文献3所述的塑性加工方法中，对于作为钢材的待加工 材料的金属组织，将作为母相的贝氏体铁素体和/或粒状贝氏体铁素体以占 面积率计控制在70％以上，将作为第2组织的残余奥氏体以占面积率计控 制在5％～30％，并且将上述残余奥氏体中的C浓度控制在1.0质量％以上。 由此，在室温下为7％的上述钢材的总拉伸率在250℃下变为20％，在此温 度下的成型性提高。

通过上述这些现有技术，确实一定程度上使得含有奥氏体的钢材的成 型性得到了提高。但是，现在随着部件形状复杂化、薄壁化，要求进一步 提高成型性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-177805号公报

专利文献2：日本特开2007-111765号公报

专利文献3：日本特开2004-190050号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明是鉴于上述问题而被提出的，因此其目的在于，提供使用含有 奥氏体的钢材作为待加工材料、能够在抑制缩颈和断裂的发生的同时使得 成型性提高的塑性加工方法以及塑性加工装置。

用于解决问题的手段

本发明的主旨如下所述。

(1)本发明的一个方案为含有奥氏体的钢材的塑性加工方法，其包括 下述工序：物性解析工序，在该工序中，当将依赖于应变比β而变化的上 述钢材的加工诱导相变延展性极大温度以单位为℃设定为T_β、将比上述T_β更低温度一侧的依赖于上述应变比β的临界等效应变近似曲线的标准偏差 设定为σL_β、将比上述T_β更高温度一侧的依赖于上述应变比β的临界等效 应变近似曲线的标准偏差设定为σH_β时，对每个上述应变比β测定上述T_β、 上述σL_β和上述σH_β；变形方式解析工序，在该工序中，确定使上述钢材塑 性变形时的预测断裂部位，当将上述预测断裂部位的应变比设定为βx时， 对上述应变比βx进行解析，并且从上述应变比β之中选择上述应变比βx； 加热工序，在该工序中，当将相对于上述应变比βx的加工诱导相变延展性 极大温度以单位为℃设定为T_βx、将比上述T_βx更低温度一侧的依赖于上述 应变比βx的临界等效应变近似曲线的标准偏差设定为σL_βx、将比上述T_βx更高温度一侧的依赖于上述应变比βx的临界等效应变近似曲线的标准偏差 设定为σH_βx、将上述预测断裂部位的局部温度以单位为℃设定为T_local时， 分别从上述T_β之中选择上述T_βx、从上述σL_β之中选择上述σL_βx、从上述σH_β之中选择上述σH_βx，并且以使上述局部温度T_local为下述式1所示的第一温 度范围内的方式进行加热；以及加工工序，在该工序中，使上述加热工序 后的上述钢材塑性变形。

T_βx-2×σL_βx≤T_local≤T_βx+1.25×σH_βx    (式1)

(2)根据上述(1)所述的塑性加工方法，也可以是：当将在上述加工 工序中的塑性变形中变化的上述局部温度T_local的温度偏移以单位为℃设定 为ΔT_local时，在上述变形方式解析工序中进一步对上述温度偏移ΔT_local进行 解析；在上述加热工序中，以使上述局部温度T_local为下述式2所示的第二 温度范围内的方式进行加热。

T_βx-ΔT_local-2×σL_βx≤T_local≤T_βx-ΔT_local+1.25×σH_βx    (式2)

(3)根据上述(1)或(2)所述的塑性加工方法，也可以是：在上述 加热工序中，以使上述局部温度T_local为上述温度范围内的方式，对上述钢 材、模具或者上述钢材的周围空间中的至少一种进行加热。

(4)根据上述(1)或(2)所述的塑性加工方法，也可以是：在上述 加热工序中，以使上述局部温度T_local为上述温度范围内的方式，对热介质 进行加热；在上述加工工序中，通过上述热介质的压力，使上述钢材塑性 变形。

(5)根据上述(1)～(4)中任一项所述的塑性加工方法，也可以是： 在上述变形方式解析工序中，使用塑性加工模拟对上述预测断裂部位、上 述应变比βx和上述温度偏移ΔT_local进行解析。

(6)进行上述(1)～(3)或(5)中任一项所述的塑性加工方法的塑 性加工装置，其具备：收容部，其收容上述钢材和模具；加热部，其对上 述钢材、上述模具或者上述钢材的周围空间中的至少一种进行加热；以及 加工部，其通过上述模具使被上述加热部加热了的上述钢材塑性变形。

(7)根据上述(6)所述的塑性加工装置，其可以进一步具备隔热构件， 上述隔热构件以覆盖上述收容部的方式配置。

(8)根据上述(6)或(7)所述的塑性加工装置，其可以进一步具备 测温部，上述测温部对上述钢材、上述模具和上述收容部内的空间的温度 进行测量。

(9)进行上述(1)、(2)、(4)或(5)中任一项所述的塑性加工方法 的塑性加工装置，其具备：收容部，其收容上述钢材和模具；热介质导入 部，其向上述模具内导入上述热介质；加热部，其对上述钢材、上述模具、 上述钢材的周围空间或者上述热介质中的至少一种进行加热；以及加工部， 其通过上述热介质的压力使被上述加热部加热了的上述钢材塑性变形。

(10)根据上述(9)所述的塑性加工装置，其可以进一步具备隔热构 件，上述隔热构件以覆盖上述收容部的方式配置。

(11)根据上述(9)或(10)所述的塑性加工装置，其可以进一步具 备测温部，上述测温部对上述钢材、上述模具、上述收容部内的空间和上 述热介质的温度进行测量。

发明效果

根据本发明的上述方案，在使含有奥氏体的钢材塑性变形时，由于是 以包含与该钢材的预测断裂部位的应变比对应的加工诱导相变延展性极大 温度的温度范围进行塑性加工，因此能够最大限度地利用在该钢材中表现 出的相变诱导塑性现象。其结果是，能够提供在抑制缩颈和断裂的发生的 同时使得成型性提高的塑性加工方法和塑性加工装置。

附图说明

图1是对相变诱导塑性现象进行说明的示意图。

图2是对单轴拉伸、平面应变拉伸以及等双轴拉伸进行说明的示意图。

图3是表示低碳钢的各应变比β时的临界等效应变的温度依赖性的图。

图4是表示图3中的β＝0时的临界等效应变温度依赖性的正态分布近 似曲线的图。

图5是表示本发明的一个实施方式的塑性加工装置的概略构成的局部 剖开的正视图。

图6是表示本发明的另一个实施方式的塑性加工装置的概略构成的局 部剖开的正视图。

图7是对方筒拉深成型加工进行说明的示意图。

具体实施方式

对于本发明的实施方式的塑性加工方法以及塑性加工装置，进行详细 说明。其中，本发明并不仅限于以下的实施方式的构成，可以在不脱离本 发明的宗旨的范围内进行各种变更。

首先，对本发明的一个实施方式的塑性加工方法进行说明。在本实施 方式的塑性加工方法中，使用含有奥氏体的钢材作为待加工材料，并且最 大限度地利用在该钢材中表现的相变诱导塑性现象。

这里，对于相变诱导塑性现象(Transformation Induced Plasticity：TRIP 现象)进行说明。图1是对TRIP现象进行说明的示意图。如图1所示，当 使含有奥氏体的钢材(TRIP钢)例如拉伸变形时，某种程度的变形之后， 会产生缩颈。若产生缩颈，则作用于该缩颈部的应力变高，该应力使得残 余奥氏体转变为马氏体，发生加工诱导相变(图1中示为A)。马氏体与其 他的微观组织相比为高强度，因此缩颈部通过加工诱导相变而比其他部位 更加强化，从而缩颈部不会继续变形。其结果是，变成以缩颈部附近的强 度较低的部位继续变形。这样，基于加工诱导相变反复产生缩颈和抑制变 形的现象被称为相变诱导塑性现象(TRIP现象)。由此，材料内均匀地进 行变形，从而可以得到优异的延展性。

但是，上述的TRIP现象存在温度依赖性。由该TRIP现象(加工诱导 相变)所导致的延展性提高仅在特定的温度范围内表现出来。另外，通过 TRIP现象(加工诱导相变)使得延展性最为提高的温度(以后称为加工诱 导相变延展性极大温度)依赖于该TRIP钢的化学组成以及金属组织。此外， 本发明的发明者们进行了深入研究，结果发现该加工诱导相变延展性极大 温度受塑性变形时的应变比β(塑性变形方式)的影响，而该值也具有变化 的应变比β依赖性(塑性变形方式依赖性)。

这里，当将双轴应力状态下的双轴方向的应变分别设定为最大主应变ε₁和最小主应变ε₂时，应变比β以β＝ε₂÷ε₁来表示。其中，ε₁≥ε₂。特别是，β＝-0.5 的状态被称为单轴拉伸状态，β＝0的状态被称为平面应变拉伸状态，并且 β＝1.0的状态被称为等双轴拉伸状态。图2是表示对单轴拉伸、平面应变拉 伸以及等双轴拉伸进行说明的示意图。如图2所示，β＝-0.5的单轴拉伸是 指在图中所示的ε₁方向拉伸上、在ε₂方向上收缩的变形方式，其与拉深成 型这样的塑性加工相对应。β＝0的平面应变拉伸是指在图中所示的ε₁方向 上拉伸、在ε₂方向上不产生变形的变形方式，其与弯曲成型这样的塑性加 工相对应。β＝1.0的等双轴拉伸是指在图中所示的ε₁方向上拉伸、在ε₂方向 上也拉伸的变形方式，其与鼓凸成型这样的塑性加工相对应。

为了提高塑性变形能力而有效地利用TRIP现象，需要同时考虑作为每 种钢材特有的值的加工诱导相变延展性极大温度与给该加工诱导相变延展 性极大温度带来影响的塑性变形时的应变比β(塑性变形方式)这两者。但 是，上述现有技术没有进行这些考虑。此外，加工诱导相变延展性极大温 度是依赖于应变比β的值，因此以后将加工诱导相变延展性极大温度记作 T_β。例如，当应变比β＝-0.5时，将该加工诱导相变延展性极大温度记作T_-0.5。

图3示出了针对低碳钢调査得到的各应变比β时的临界等效应变 ε_eq-critical的温度依赖性。在图3中，方形符号及虚线表示β＝-0.5的结果，△ 符号及双点划线表示β＝0的结果，圆形符号及实线表示β＝1.0的结果。另外， 在将双轴应力状态下的双轴方向的应变分别设定为最大主应变ε₁和最小主 应变ε₂时，等效应变ε_eq是指由下述式A计算出的应变。该等效应变ε_eq是 将多轴应力状态下的应力-应变成分换算为与其相当的单轴应力-应变而得 到的。该等效应变ε_eq用于比较不同的塑性变形方式，即，不同的应变比β 时的塑性变形能力(延展性)。并且，临界等效应变ε_eq-critical是指作为待加 工材料的钢材中发生断裂时的等效应变ε_eq。

ε_eq＝{4÷3×(ε₁²+ε₂²+ε₁ε₂)}^1/2    (式A)

如图3所示，临界等效应变ε_eq-critical(延展性)在特定的温度范围，其 值升高。如上所述，该延展性的提高是由于TRIP现象的表现而造成的。这 样，由TRIP现象所导致的延展性提高具有温度依赖性。例如，在β＝-0.5 的情况下，加工诱导相变延展性极大温度T_-0.5为150℃，在该温度下，临界 等效应变ε_eq-critical达到最高值。

另外，图3示出了加工诱导相变延展性极大温度T_β依赖于应变比β而 变化。例如，如上所述，在β＝-0.5的情况下，加工诱导相变延展性极大温 度T_-0.5为150℃，但在β＝0的情况下，加工诱导相变延展性极大温度T₀为 200℃；在β＝1.0的情况下，加工诱导相变延展性极大温度T_1.0为250℃。 这样，加工诱导相变延展性极大温度T_β具有应变比β依赖性。

图4以双点划线示出了图3中的β＝0时的临界等效应变ε_eq-critical的温度 依赖性，并以虚线示出了假定其符合正态分布曲线时的近似曲线。如上所 述，当应变比β＝0时，通过TRIP现象使得临界等效应变ε_eq-critical最为提高 的温度为加工诱导相变延展性极大温度T₀即200℃。但是，如图4所示， 临界等效应变ε_eq-critical提高的温度具有特定的范围。该临界等效应变ε_eq-critical提高的温度范围能够从图4中由虚线所示的假定符合正态分布曲线而近似 得到的曲线求得。

以下，对由近似曲线(近似函数)求出上述通过TRIP现象使得临界等 效应变ε_eq-critical提高的温度范围的方法进行说明。首先，假定临界等效应变 ε_eq-critical的温度依赖性符合正态分布曲线，将该温度依赖性近似为下述式B 和式C所示的概率密度函数。这里，下述式B表示应变比为β、且比作为 临界等效应变ε_eq-critical最为提高的温度的加工诱导相变延展性极大温度T_β更低温度一侧的临界等效应变ε_eq-critical的温度依赖性的近似函数(比T_β更低 温度一侧的依赖于应变比β的临界等效应变近似曲线)。下述式C表示应变 比为β、且比作为临界等效应变ε_eq-critical最为提高的温度的加工诱导相变延 展性极大温度T_β更高温度一侧的临界等效应变ε_eq-critical的温度依赖性的近似 函数(比T_β更高温度一侧的依赖于应变比β的临界等效应变近似曲线)。其 中，式B及式C的式中，ε_eq-critical是指临界等效应变，T是指温度，T_β是指 加工诱导相变延展性极大温度，σL_β是指比T_β更低温度一侧的依赖于应变 比β的临界等效应变近似曲线的标准偏差，σH_β是指比T_β更高温度一侧的 依赖于应变比β的临界等效应变近似曲线的标准偏差，e是指自然对数，π 是指圆周率，C₁～C₄是指常数。

${ϵ}_{\mathrm{eq}-\mathrm{critical}}=C_1·\frac{1}{\sqrt{2\pi }·{\mathrm{\sigma L}}_{\beta }}{e}^{-\frac{{(T-T_{\beta })}^2}{{{2\mathrm{\sigma L}}_{\beta }}^2}}+C_2$    (式B)

${ϵ}_{\mathrm{eq}-\mathrm{critical}}=C_3·\frac{1}{\sqrt{2\pi }·{\mathrm{\sigma H}}_{\beta }}{e}^{-\frac{{(T-T_{\beta })}^2}{{{2\mathrm{\sigma H}}_{\beta }}^2}}+C_4$    (式C)

若从概率密度函数的数学定义考虑，则通过TRIP现象使得临界等效应 变ε_eq-critical提高的温度范围能够由上述σL_β和σH_β来表现。即，该温度范围 例如能够表现为(T_β-3×σL_β)～(T_β+3×σH_β)、(T_β-2×σL_β)～(T_β+2×σH_β) 或(T_β-σL_β)～(T_β+σH_β)等。这里，上述范围为(T_β-3×σL_β)～(T_β+3×σH_β) 的情况在数学上是指概率密度函数的积分值为0.9974；上述范围为 (T_β-2×σL_β)～(T_β+2×σH_β)的情况在数学上是指概率密度函数的积分值为 0.9544；并且，上述范围为(T_β-σL_β)～(T_β+σH_β)的情况在数学上是指概 率密度函数的积分值为0.6826。

这样，通过TRIP现象使得临界等效应变ε_eq-critical提高的温度范围能够 使用假定符合正态分布曲线而近似得到的曲线(临界等效应变近似曲线) 的标准偏差σL_β和σH_β来表现。上述这些σL_β及σH_β是依赖于应变比β的值。 以后，将这些σL_β及σH_β例如在应变比β＝0的情况下，记作σL₀及σH₀。在 图4所示的应变比β＝0的情况下，加工诱导相变延展性极大温度T₀为200℃， 并且由近似曲线的解析结果可知，σL₀为55℃，σH₀为19℃。其中，用于求 σL_β和σH_β的近似曲线的解析能够通过常规的数据分析和图表制作应用程 序、常规的具有图表制作功能的表计算应用程序来进行。

在图4中，例如，通过TRIP现象使得临界等效应变ε_eq-critical提高的温 度范围可以表现为：在(T₀-3×σL₀)～(T₀+3×σH₀)时为35℃～257℃；在 (T₀-2×σL₀)～(T₀+2×σH₀)时为90℃～238℃；或者，在(T₀-σL₀)～(T₀+σH₀) 时为145℃～219℃等。其中，本发明的发明者们对于各种钢材及各种应变 比进行了深入研究，结果判明：若作为温度范围采用(T_β-2×σL_β)～ (T_β+1.25×σH_β)，则能够没有过不足而恰当地表现通过TRIP现象使得临界 等效应变ε_eq-critical提高的温度范围。因此，在本实施方式的塑性加工方法中， 作为通过TRIP现象使得临界等效应变ε_eq-critical提高的温度范围，采用 (T_β-2×σL_β)～(T_β+1.25×σH_β)。或者，根据需要，可以将该温度范围的下 限设定为(T_β-1.75×σL_β)、(T_β-1.5×σL_β)或者(T_β-1.25×σL_β)。同样地，也 可以将该温度范围的上限设定为(T_β+1.20×σH_β)、(T_β+1.15×σH_β)或者 (T_β-1.10×σL_β)。

当应变比β＝0、且将温度范围设定为(T₀-2×σL₀)～(T₀+1.25×σH₀) 时，通过TRIP现象使得临界等效应变ε_eq-critical提高的温度范围为90℃～ 223.75℃。即，可知在该低碳钢的情况下，为了以应变比β＝0的塑性变形方 式使得塑性变形能力提高，只要在90℃～223.75℃的温度范围进行塑性加 工就行。

由以上可知，为了使用含有奥氏体的钢材(TRIP钢)作为待加工材料 并且在最大限度地抑制缩颈和断裂的同时形成该钢材，只要采用如下的塑 性加工方法就行。即，只要(1)预先测定作为待加工材料的钢材的各应变 比β时的加工诱导相变延展性极大温度T_β、以该T_β为基准的低温度一侧的 依赖于应变比β的临界等效应变近似曲线的标准偏差σL_β和以该T_β为基准 的高温度一侧的依赖于应变比β的临界等效应变近似曲线的标准偏差σH_β； (2)预先确定成型时最容易发生缩颈、断裂的钢材的局部区域的塑性变形 方式，即，该局部区域的应变比βx；(3)将该局部区域的温度控制为适于 应变比βx的温度范围(T_βx-2×σL_βx)～(T_βx+1.25×σH_βx)；并且，(4)在该 局部区域的温度为该温度范围内的条件下实施塑性加工就行。这里，βx表 示应变比β＝x，T_βx表示应变比β＝x时的加工诱导相变延展性极大温度，σL_βx表示以T_βx为基准的低温度一侧的依赖于应变比βx的临界等效应变近似曲 线的标准偏差，而且σH_βx表示以T_βx为基准的高温度一侧的依赖于应变比βx 的临界等效应变近似曲线的标准偏差。其中，T_βx、σL_βx及σH_βx是对每个各 应变比β预先测得的T_β、σL_β及σH_β中所含的值。因此，T_βx、σL_βx及σH_βx和T_β、σL_β及σH_β的测定以及解析方法相同。

具体来说，本实施方式的塑性加工方法使用含有奥氏体的钢材作为待 加工材料，并包括下述工序：物性解析工序，在该工序中，当将依赖于应 变比β而变化的上述钢材的加工诱导相变延展性极大温度以单位为℃设定 为T_β、将比上述T_β更低温度一侧的依赖于上述应变比β的临界等效应变近 似曲线的标准偏差设定为σL_β、将比上述T_β更高温度一侧的依赖于上述应 变比β的临界等效应变近似曲线的标准偏差设定为σH_β时，对每个上述应 变比β测定上述T_β、上述σL_β和上述σH_β；变形方式解析工序，在该工序 中，确定使上述钢材塑性变形时的预测断裂部位，当将上述预测断裂部位 的应变比设定为βx时，对上述应变比βx进行解析，并且从上述应变比β 之中选择上述应变比βx；加热工序，在该工序中，当将相对于上述应变比 βx的加工诱导相变延展性极大温度以单位为℃设定为T_βx、将比上述T_βx更 低温度一侧的依赖于上述应变比βx的临界等效应变近似曲线的标准偏差设 定为σL_βx、将比上述T_βx更高温度一侧的依赖于上述应变比βx的临界等效 应变近似曲线的标准偏差设定为σH_βx、将上述预测断裂部位的局部温度以 单位为℃设定为T_local时，分别从上述T_β之中选择上述T_βx、从上述σL_β之 中选择上述σL_βx、从上述σH_β之中选择上述σH_βx，并且以使上述局部温度 T_local为下述式D所示的第一温度范围内的方式进行加热；以及加工工序， 在该工序中，使上述加热工序后的上述钢材塑性变形。

T_βx-2×σL_βx≤T_local≤T_βx+1.25×σH_βx    (式D)

在上述的物性解析工序中，对于作为待加工材料使用的钢材，以单位 为℃测定各应变比β时的加工诱导相变延展性极大温度T_β。加工诱导相变 延展性极大温度T_β的测定方法没有特别限定，只要使试验片的长宽尺寸变 化并在各温度下实施将试验片端部固定的球头鼓凸试验就行。而且，将临 界等效应变ε_eq-critical(延展性)最为提高的温度设定为该应变比β时的加工 诱导相变延展性极大温度T_β。另外，对每个各应变比，通过上述近似曲线 进行解析，求出比该T_β更低温度一侧的依赖于应变比β的临界等效应变近 似曲线的标准偏差和比该T_β更高温度一侧的依赖于应变比β的临界等效应 变近似曲线的标准偏差。

在上述的变形方式解析工序中，使钢材塑性变形时，确定钢材最容易 发生缩颈、断裂的局部区域(预测断裂部位)，以该局部区域的塑性变形方 式确定应变比βx。而且，从以上述物性解析工序测得的应变比β之中，选 择该应变比βx。预测断裂部位及该部位的应变比βx的测定方法没有特别限 定，只要实施圆形网格试验(scribed circle test)就行。圆形网格试验是指 下述方法：在加工前的待加工材料的表面，预先绘制圆形图案或格子图案， 确定容易因塑性变形而发生缩颈、断裂的局部区域(预测断裂部位)，并且 测定该局部区域的上述图案形状，由此确定该局部区域的塑性变形方式(应 变比βx)。由圆形网格试验的结果，能够将局部区域的塑性变形方式分类为 单轴拉伸(β＝-0.5)、拉深区域(-0.5＜β＜0)、平面应变拉伸(β＝0)、鼓凸 区域(0＜β＜1.0)及等双轴拉伸(β＝1.0)等。

如上所述，也可以通过实际测定，对预测断裂部位及该部位的应变比βx 进行解析，作为上述变形方式解析工序的其他解析方法，还可以采用使用 了有限元法的塑性变形模拟。此时，只要使用为数众多的市售的电脑用的 塑性变形模拟程序就行。若使用塑性变形模拟，则即使在难以实测的待加 工材料的内部为预测断裂部位的情况下，也能够确定预测断裂部位并对该 部位的应变比βx进行解析。而且，仅用实验来确认上述模拟结果的正确性 就行，因此能够以最少实验数对预测断裂部位及该部位的应变比βx进行解 析。

在上述的加热工序中，以使钢材的预测断裂部位的局部温度T_local为与 该部位的应变比βx对应的温度范围(T_βx-2×σL_βx)～(T_βx+1.25×σH_βx)的 方式进行温度控制。如上所述，作为温度范围只要使用(T_βx-3×σL_βx)～ (T_βx+3×σH_βx)或者(T_βx-2×σL_βx)～(T_βx+2×σH_βx)等就行，但在本实施方 式的塑性加工方法中，采用(T_βx-2×σL_βx)～(T_βx+1.25×σH_βx)作为能够使 塑性变形能力提高的第一温度范围。在优选想要得到延展性提高效果的情 况下，根据需要，只要将上述第一温度范围设定为例如(T_βx-σL_βx)～ (T_βx+σH_βx)或者(T_βx-0.5×σL_βx)～(T_βx+0.5×σH_βx)等就行。

在更加优选想要得到延展性提高效果的情况下，只要在上述的变形方 式解析工序中，预先以单位为℃对塑性加工中因热交换、加工发热等而变 化的预测断裂部位的局部温度T_local的温度偏移ΔT_local进行解析，并且在上 述的加热工序中，代替上述式D所示的第一温度范围，以使该局部温度T_local为考虑了该温度偏移ΔT_local的下述式E所示的第二温度范围内的方式进行 温度控制就行。

T_βx-ΔT_local-2×σL_βx≤T_local≤T_βx-ΔT_local+1.25×σH_βx    (式E)

这样，通过考虑塑性加工中因热交换、加工发热等而变化的钢材的局 部温度T_local的温度偏移ΔT_local，可以得到下述效果。例如，即使是应变速 度慢的塑性加工、钢材的温度变化比塑性加工开始时和钢材中发生缩颈、 断裂的塑性加工结束时更大的情况下，也能够在最为需要塑性变形能力的 塑性加工结束时，将预测断裂部位的局部温度T_local控制为可以得到延展性 提高的效果的温度范围内。或者，例如即使是应变速度快的塑性加工、能 够忽略加工发热的影响的情况下，也能够将上述局部温度T_local控制为可以 得到延展性提高的效果的温度范围内。在最优选想要得到延展性提高效果 的情况下，根据需要，只要将上述第二温度范围设定为(T_βx-ΔT_local-σL_βx)～ (T_βx-ΔT_local+σH_βx)或者(T_βx-ΔT_local-0.5×σL_βx)～(T_βx-ΔT_local+0.5×σH_βx)等 就行。

上述变形方式解析工序中的温度偏移ΔT_local的解析只要在预测断裂部 位安装热电偶等来实际上测定塑性变形中的预测断裂部位的局部温度T_local就行。或者，也可以采用上述使用了有限元法的塑性变形模拟，在对上述 预测断裂部位及该部位的应变比βx进行解析的基础上，对该温度偏移ΔT_local进行解析。

在上述的加热工序中，优选以使预测断裂部位的局部温度T_local为可以 得到延展性提高的效果的上述第一温度范围内或者第二温度范围内的方 式，对钢材、模具或者钢材的周围空间中的至少一种进行加热。例如，在 变形方式解析工序中判明预测断裂部位为多处且判明该多个预测断裂部位 间的应变比β不同的情况下，优选在上述加热工序中，对钢材、模具或者 钢材的周围空间中的至少一种进行加热，由此以使多个预测断裂部位的各 自温度为适于该应变比β的第一温度范围内或者第二温度范围内的方式进 行温度控制。其结果是，在多个预测断裂部位的各自位置，可以得到与该 部位对应的延展性提高效果。另外，上述加热工序中，根据需要，也可以 对钢材、模具或者钢材的周围空间中的至少一种进行冷却。

在上述的加工工序中，只要将以加热工序将预测断裂部位的局部温度 T_local控制为可以得到延展性提高效果的上述的第一温度范围内或者第二温 度范围内的钢材塑性加工为目的形状就行，塑性加工方法没有特别限定。 作为塑性加工方法，只要进行自由锻造、模具锻造、使用了模具的压制加 工等就行。

另外，在上述的加热工序中，可以以使预测断裂部位的局部温度T_local为上述的第一温度范围内或者第二温度范围内的方式，对硅油等油类、空 气或不活泼气体、水蒸气雾或油雾等热介质进行加热，并且在上述的加工 工序中，通过该热介质的压力使作为待加工材料的钢材塑性变形。其结果 是，对待加工材料的塑性变形部均匀地进行加热，塑性变形以更为接近均 匀的状态进行，因此能够得到延缓达到断裂而成型性提高的效果。

以上进行了说明的本实施方式的塑性加工方法总结如下。

(1)本实施方式为以含有奥氏体的钢材作为待加工材料的塑性加工方 法，其包括下述工序：物性解析工序，在该工序中，当以单位为℃将依赖 于应变比β而变化的上述钢材的加工诱导相变延展性极大温度设定为T_β、 将比上述T_β更低温度一侧的依赖于上述应变比β的临界等效应变近似曲线 的标准偏差设定为σL_β、将比上述T_β更高温度一侧的依赖于上述应变比β 的临界等效应变近似曲线的标准偏差设定为σH_β时，对每个上述应变比β 测定上述T_β、上述σL_β和上述σH_β；变形方式解析工序，在该工序中，确 定使上述钢材塑性变形时的预测断裂部位，当将上述预测断裂部位的应变 比设定为βx时，对上述应变比βx进行解析，并且从上述应变比β之中选 择上述应变比βx；加热工序，在该工序中，当以单位为℃将相对于上述应 变比βx的加工诱导相变延展性极大温度设定为T_βx、将比上述T_βx更低温度 一侧的依赖于上述应变比βx的临界等效应变近似曲线的标准偏差设定为 σL_βx、将比上述T_βx更高温度一侧的依赖于上述应变比βx的临界等效应变 近似曲线的标准偏差设定为σH_βx、以单位为℃将上述预测断裂部位的局部 温度设定为T_local时，分别从上述T_β之中选择上述T_βx、从上述σL_β之中选 择上述σL_βx、从上述σH_β之中选择上述σH_βx，并且以使上述局部温度T_local为上述式D所示的第一温度范围内的方式进行加热；以及加工工序，在该 工序中，使上述加热工序后的上述钢材塑性变形。

(2)而且，可以当将上述加工工序中的塑性变形中变化的上述局部温 度T_local的温度偏移以单位为℃设定为ΔT_local时，在上述变形方式解析工序 中进一步对上述温度偏移ΔT_local进行解析；在上述加热工序中，以上述局 部温度T_local为上述式E所示的第二温度范围内的方式进行加热。

(3)而且，可以在上述加热工序中，以使上述局部温度T_local为上述第 一温度范围内或者上述第二温度范围内的方式，对上述钢材、模具或者上 述钢材的周围空间中的至少一种进行加热。

(4)而且，可以在上述加热工序中，以使上述局部温度T_local为上述第 一温度范围内或者上述第二温度范围内的方式，对热介质进行加热；在上 述加工工序中，通过上述热介质的压力，使上述钢材塑性变形。

(5)而且，可以在上述变形方式解析工序中，使用塑性加工模拟对上 述预测断裂部位和上述应变比βx进行解析。并且，也可以使用塑性加工模 拟对上述温度偏移ΔT_local进行解析。

接着，说明本发明的一个实施方式的塑性加工装置。

[第一实施方式]

对于本发明的第一实施方式的塑性加工装置进行说明。图5是表示本 发明的第一实施方式的塑性加工装置的概略构成的局部剖开的正视图。

以下，对本实施方式的塑性加工装置1的加工部的构成进行说明。主 体框11用于安装一组模具21等构成塑性加工装置1的各部件，在其内侧 下部配设有垫板12，在其内侧上部配设有滑块13。滑块13被构成为：通 过配设于主体框11的上部的电机、气缸等滑块驱动装置14在上下方向上 驱动。滑块13在其下表面安装有上模具21，垫板12在其上表面安装有下 模具21。由此，塑性加工装置1被构成为：与主体框11相对地以互相对置 配置的状态安装一组模具21，通过滑块13上下移动而在一组模具21之间 进行待加工材料3的塑性加工。这样，只要能够通过一组模具21进行待加 工材料3的塑性加工，则对于塑性加工装置1的主体框11等的构成就没有 特别限定。

一组模具21用于对配置在它们之间的待加工材料3，进行弯曲加工、 拉深加工、凸缘成型加工、扩孔弯边加工、鼓凸加工等塑性加工，根据塑 性加工的种类和成型品的形状来调整其形状，作为其构成可以使用公知的 模具。一组模具21例如被构成为：将载置在下模具21上的待加工材料3 以通过设置在上模具21上的凸部21b插入设置在下模具21上的凹部21_a内的方式来驱动上模具21，由此对待加工材料3进行弯曲加工。一组模具 21中也可以设置例如用于进行拉深加工的坯料支架。一组模具21也可以被 构成为：在上模具21和下模具21的两者上设置凹部21a，对待加工材料3 进行模具锻造。

本实施方式的塑性加工装置1作为加热部具有：加热器31，其对包含 待加工材料3和一组模具21的空间16内的气氛进行加热；以及加热器32， 其对一组模具21进行加热。另外，上述加热部具有加热炉33，其配置在塑 性加工装置1的外部，对待加工材料3进行加热。塑性加工装置1也可以 为具备加热器31、加热器32及加热炉33中的至少一种的构成。在具有加 热器31的构成中，由于加热器31对空间16内的气氛进行加热，因此能够 特意地以使待加工材料3和空间16的温度差变得较小的方式或者以使该温 度差增大的方式进行加热。在具有加热器32的构成中，由于加热器32加 热一组模具21，因此能够特意地以使待加工材料3和模具21的温度差变得 较小的方式或者以使该温度差增大的方式进行加热。在具有加热炉33的构 成中，能够将设置在塑性加工装置1的空间16内之前的待加工材料3的温 度控制在目的温度。这样，通过使用加热器31、加热器32或者加热炉33 中的至少一种，即使在待加工材料3存在多个预测断裂部位的情况下，也 能够将多个预测断裂部位分别控制为与该部位对应的温度。另外，在上述 加热部中，根据需要，也可以对待加工材料3、模具21或者空间16中的至 少一种进行冷却。

另外，塑性加工装置1具有盖41(保温盖、隔热构件)，其以覆盖上述 空间16的方式配置。被盖41所覆盖的空间16作为收容待加工材料3的收 容部起作用。

只要加热器31对包含待加工材料3和一组模具21的空间16内的气氛 进行加热，并且加热器32对上述模具21进行加热，由此能够将待加工材 料3的预测断裂部位加热到上述第一温度范围或者第二温度范围就行。因 此，它们的位置、构成没有特别限定，除了电加热器以外，例如也可以由 感应加热线圈、燃烧器等构成。加热器31例如与上述主体框11相对地安 装，加热器32安装在上述模具21内部。另外，根据需要，加热器31、加 热器32及加热炉33也可以具有冷却到室温以下的温度的冷却功能。此时， 即使待加工材料3的加工诱导相变延展性极大温度T_β在室温以下，也能够 将待加工材料3的预测断裂部位的温度控制在上述的第一温度范围或者第 二温度范围，故而优选。

盖41是为了包围包含待加工材料3和一组模具21的空间16，防止该 空间16内的气氛向外部放热、防止外气向空间16内侵入而配置的。盖41 由作为隔热性优异的材质的隔热构件构成，例如在具有水冷功能的金属制 外框的内侧作为耐热材料安装有玻璃棉或铝层压膜等。此外，盖41具有用 于放入取出待加工材料的未图示的开口部和门。盖41在本实施方式中形成 为箱状，其以覆盖主体框11的侧部和上部的方式与主体框11相对地安装， 但只要能够包围包含至少一组模具21的空间16，则其形状、位置和安装方 法就没有特别限定。此外，本实施方式中，在盖41上形成有用于使从主体 框11的上部突出的滑块驱动装置14插通的插通孔41a以及用于使后述的 用于导入不活泼气体的不活泼气体导入部插通的插通孔41b。

本实施方式的塑性加工装置1优选还具备不活泼气体导入部51。不活 泼气体导入部51具有用于将例如上述空间16内的气氛置换为例如Ar或 N₂等不活泼气体的未图示的气瓶和金属制管。通过不活泼气体导入部51， 能够将待加工材料3的表面氧化抑制到最小限度。不活泼气体导入部51的 形状、位置和安装方法没有特别限定。此外，本实施方式被构成为：通过 安装于形成在盖41上的插通孔41b上的金属制管，鼓入Ar或N₂等不活泼 气体。在想要更合适地抑制待加工材料3的表面氧化的情况下，该不活泼 气体导入部51也可以进一步具备未图示的真空脱气泵。

另外，本实施方式的塑性加工装置1优选还具备测温部。测温部以能 够分别对上述待加工材料3、上述模具21和上述空间16独立地进行测温的 方式，具有分别安装于上述待加工材料3、上述模具21和上述空间16的未 图示的温度计和显示设备。测温部的形状、位置和安装方法没有特别限定。 作为温度计，只要使用接触式热电偶温度计或红外线放射温度计等就行。 此外，本实施方式中，作为测温部使用热电偶。

以上进行了说明的本实施方式的塑性加工装置总结如下。

(6)本发明的第一实施方式的塑性加工装置具备：收容部，其收容待 加工材料3(钢材)和一组模具21；加热部，其以使待加工材料3(钢材) 的预测断裂部位的局部温度T_local为第一温度范围内或者第二温度范围内的 方式，对待加工材料3(钢材)、一组模具21或者空间16(钢材的周围空 间)中的至少一种进行加热；以及加工部，其通过一组模具21使被该加热 部加热了的待加工材料3(钢材)塑性变形。

(7)并且，还具备盖41(隔热构件)，其以覆盖上述收容部的方式配置。

(8)并且，还具备测温部，其对待加工材料3(钢材)、一组模具21及 空间16(收容部内的空间)的温度进行测量。

[第二实施方式]

接着，对于本发明的第二实施方式的塑性加工装置进行说明。图6是 表示本发明的第二实施方式的塑性加工装置的概略构成的局部剖开的正视 图。

本实施方式中，特别是，模具21的结构与上述第一实施方式不同，因 此以该不同点为中心进行说明，其他结构作为与上述第一实施方式同样的 结构而省略重复说明。

本实施方式的塑性加工装置1通过一组模具21和热介质，对于配置在 它们之间的待加工材料3进行塑性加工。例如，热介质导入部71使压力和 温度得到了控制的热介质从配管71a通过，并由设置于下模具21上的热介 质导入孔21c导入。然后，被滑块驱动装置14固定在上模具21与下模具 21之间的待加工材料3通过热介质的压力而被压入设置于上模具21上的凹 部21a内。其结果是，待加工材料3被赋予目的形状。

作为上述热介质，能够使用硅油等油类或空气、不活泼气体、水蒸气 雾、油雾等气体等。另外，热介质导入部71没有特别限定，只要能够控制 上述热介质的压力和温度就行。

本实施方式的塑性加工装置1作为加热部具有：加热器31，其对包含 待加工材料3和一组模具21的空间16内的气氛进行加热；加热器32，其 对一组模具21进行加热；以及加热器34，其对热介质进行加热。另外，上 述加热部具有加热炉33，其配置在塑性加工装置1的外部，对待加工材料 3进行加热。通过使用加热器31、加热器32、加热器34或者加热炉33中 的至少一个，能够将待加工材料3的预测断裂部位控制为与该部位对应的 温度。即使在待加工材料3中存在多个预测断裂部位，通过控制上述四个 加热源，也能够将多个预测断裂部位分别更好地控制为与其部位对应的温 度。另外，根据需要，加热器31、加热器32、加热器34及加热炉33也可 以具有冷却到室温以下的温度的冷却功能。此时，即使待加工材料3的加 工诱导相变延展性极大温度T_β为室温以下，也能够将待加工材料3的预测 断裂部位的温度控制在上述第一温度范围或者第二温度范围，故而优选。

另外，塑性加工装置1具有盖41(保温盖、隔热构件)，其以覆盖上述 空间16的方式配置。被盖41所覆盖的空间16作为收容待加工材料3的收 容部起作用。

此外，本实施方式的塑性加工装置1优选还具备测温部。测温部以能 够分别对上述待加工材料3、上述模具21和上述空间16独立地进行测温的 方式，具有分别安装于上述待加工材料3、上述模具21、上述空间16和热 介质导入部71的未图示的温度计和显示设备。测温部的形状、位置和安装 方法没有特别限定。作为温度计，只要使用接触式热电偶温度计或红外线 放射温度计等就行。

以上进行了说明的本实施方式的塑性加工装置总结如下。

(9)本发明的第二实施方式的塑性加工装置具备：收容部，其收容待 加工材料3(钢材)和一组模具21；热介质导入部，其向模具21内导入热 介质；加热部，其以使待加工材料3(钢材)的预测断裂部位的局部温度 T_local为第一温度范围内或者第二温度范围内的方式，对待加工材料3(钢 材)、一组模具21、空间16(钢材的周围空间)或者热介质中的至少一种 进行加热；和加工部，其通过热介质的压力使被该加热部加热了的待加工 材料3(钢材)塑性变形。

(10)并且，还具备盖41(隔热构件)，其以覆盖上述收容部的方式配 置。

(11)并且，还具备测温部，其对待加工材料3(钢材)、一组模具21、 空间16(收容部内的空间)及热介质的温度进行测量。

实施例1

接着，对本发明的实施例进行说明，但实施例中的条件是用于确认本 发明的可实施性及效果而采用的一个条件例，本发明不限于这一个条件例。 本发明只要不脱离本发明的主旨，并能够达成本发明的目的，就能够采用 各种条件。

作为物性解析工序，使用含有奥氏体的钢材(实施例)和不含奥氏体 的钢材(比较例)，对各应变比β及各温度下的临界等效应变ε_eq-critical进行 测定。各应变比β及各温度下的临界等效应变ε_eq-critical的测定方法是：使试 验片的长宽尺寸变化，并在各温度下实施将试验片端部固定的球头鼓凸试 验。由产生缩颈、断裂时的应变，算出临界等效应变ε_eq-critical。

表1示出了各应变比β及各温度下的临界等效应变ε_eq-critical的测定结果。 例如，在实施例1中，当β＝-0.5时，临界等效应变ε_eq-critical显示极大的加工 诱导相变延展性极大温度T_-0.5为75℃；当β＝1.0时，加工诱导相变延展性 极大温度T_1.0为150℃。在实施例3中，当β＝-0.5时，加工诱导相变延展性 极大温度T_-0.5为150℃；当β＝1.0时，加工诱导相变延展性极大温度T_1.0为 250℃。这样，在含有奥氏体的钢材(实施例)中，临界等效应变ε_eq-critical依赖于钢材种类、加工温度及应变比β而变化。另一方面，在比较例6中， 如表1所示，临界等效应变ε_eq-critical最为提高的温度不依赖于应变比β。即， 加工诱导相变延展性极大温度T_β不存在应变比β依赖性。这是因为，其是 不含奥氏体的钢材(比较例)，因此不表现出TRIP现象。

表2将使用表1所示的结果进行近似曲线(近似函数)解析而求得的 各应变比时的比加工诱导相变延展性极大温度T_β更低温度一侧的依赖于应 变比β的临界等效应变近似曲线的标准偏差表示为σL_β，将比T_β更高温度 一侧的依赖于应变比β的临界等效应变近似曲线的标准偏差表示为σH_β。这 样，通过对每个应变比来解析σL_β和σH_β，可以确定能够以各应变比使塑性 变形能力提高的温度范围。例如，在实施例3中，当β＝0时，2×σL₀＝110℃、 1.25×σH₀＝24℃，因此以加工诱导相变延展性极大温度T_β作为基准，能够确 定通过TRIP现象使得临界等效应变ε_eq-critical提高的温度范围为90℃～ 224℃。

接着，作为变形方式解析工序，针对方筒拉深成型加工，对待加工材 料的预测断裂部位和该预测断裂部位的应变比β进行解析。图7示出了对 方筒拉深成型加工进行说明的示意图。如图7所示，使用80mm见方的模 头61、75mm见方的方筒冲头62和支架63，对坯料64(待加工材料)实 施方筒拉深成型加工。通过圆形网格试验进行与该方筒拉深成型加工有关 的解析。由该圆形网格试验的解析结果能够确定：在方筒拉深成型加工中， 图7所示的坯料64(待加工材料)的B部为预测断裂部位，而且该B部的 塑性变形方式是应变比β为β＝-0.5的单轴拉伸状态。

接着，作为加热工序，使用表1所示的实施例3的钢材作为待加工材 料，以使上述预测断裂部位的局部温度T_local为25℃到250℃的方式，对钢 材、模具或者周围空间中的至少一种进行加热来控制温度。接着，作为加 工工序，对在上述加热工序中进行了温度控制的实施例3的钢材实施方筒 拉深成型加工。

表3示出了将实施例3的钢材作为待加工材料、并以使预测断裂部位 的局部温度T_local为25℃到250℃的方式进行加热而得到的方筒拉深成型加 工的结果。表3中所示的拉深成型高度表示能够在待加工材料中不发生缩 颈、断裂的情况下进行成型的高度，该值越大表示成型性越高。

实施例3的钢材如表1所示，当应变比β＝-0.5时，加工诱导相变延展 性极大温度T_-0.5为150℃。另外，实施例3的钢材如表2所示，当β_-0.5时， 2×σL_-0.5为110℃，1.25×σH_-0.5为69℃。即，可以预测：在上述方筒拉深成 型加工中，当预测断裂部位的局部温度T_local为40℃～219℃(第一的温度 范围)时，拉深成型高度变高，并且T_local为150℃时，拉深成型高度最高。 实际上，如表3所示，在预测断裂部位的局部温度T_local为第一的温度范围 内的50℃～200℃时，能够确认拉深成型高度为足够高的值。而且，当预测 断裂部位的局部温度T_local为150℃时，拉深成型高度最高。通过在该温度 范围外的25℃及250℃下进行方筒拉深成型加工，就算使用相同的待加工 材料，当在上述温度范围内进行方筒拉深成型加工时，成型性都提高约两 倍。这样，通过本发明的上述方式的塑性加工方法，能够在抑制缩颈和断 裂的发生的同时使得成型性提高。

表1

表3

产业上的可利用性

根据本发明的上述方式，能够提供在抑制缩颈和断裂的发生的同时使 得成型性提高的塑性加工方法以及塑性加工装置，因此产业上的可利用性 高。

符号说明

1    塑性加工装置

3    待加工材料(钢材)

11   主体框

12   垫板

13   滑块

14   滑块驱动装置

16   空间(钢材的周围空间、收容部内的空间)

21   模具

31   空间16的加热器(加热部)

32   模具21的加热器(加热部)

33   待加工材料3的加热炉(加热部)

41   保温盖(隔热构件)

51   不活泼气体导入部

71   热介质导入部(加热部)