(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷間加工部品の硬度推定方法であって、
試験片が載置される載置台と、試験片と接触する接触面が曲面であるパンチとを用いて、前記載置台に載置された前記試験片を前記パンチにより圧縮して、前記パンチの前記接触面の形状に対応した形状の窪み部を有する硬度測定用試験片を作成し、
前記窪み部において板厚が変化する方向を測定方向として、前記測定方向の複数の硬度測定位置において前記硬度測定用試験片の硬度を測定し、
数値解析により前記硬度測定用試験片の相当塑性ひずみを算出し、各前記硬度測定位置における前記硬度と前記相当塑性ひずみとに基づいて、硬度‐相当塑性ひずみ曲線を取得し、
前記冷間加工部品の相当塑性ひずみの値を数値解析により算出し、前記硬度‐相当塑性ひずみ曲線に基づいて、算出された前記冷間加工部品の任意の部位の相当塑性ひずみの値から前記硬度を特定する、冷間加工部品の硬度推定方法。
【請求項２】
前記試験片は、平板状である、請求項１に記載の冷間加工部品の硬度推定方法。
【請求項３】
前記硬度測定用試験片は、前記試験片を板幅方向に拘束した状態で、前記試験片を前記パンチにより圧縮して作成される、請求項２に記載の冷間加工部品の硬度推定方法。
【請求項４】
前記硬度測定用試験片は、単軸引張試験で得られる一様伸びよりも大きい歪領域を含むひずみ分布を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷間加工部品の硬度推定方法。
【請求項５】
前記硬度測定用試験片は、相当塑性ひずみが１．０超となる歪領域を含むひずみ分布を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷間加工部品の硬度推定方法。
【請求項６】
前記硬度測定位置は、前記硬度測定用試験片の前記窪み部の中心から前記測定方向に所定の間隔で設定される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷間加工部品の硬度推定方法。
【請求項７】
前記試験片は、前記冷間加工部品と同一材料である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷間加工部品の硬度推定方法。
【請求項８】
鋼材の硬度‐相当塑性ひずみ曲線取得方法であって、
試験片が載置される載置台と、試験片と接触する接触面が曲面であるパンチとを用いて、前記載置台に載置された前記試験片を前記パンチにより圧縮して、前記パンチの前記接触面の形状に対応した形状の窪み部を有する硬度測定用試験片を作成し、
前記窪み部において板厚が変化する方向を測定方向として、前記測定方向の複数の硬度測定位置において前記硬度測定用試験片の硬度を測定し、
数値解析により前記硬度測定用試験片の相当塑性ひずみを算出し、各前記硬度測定位置における前記硬度と前記相当塑性ひずみとに基づいて、硬度‐相当塑性ひずみ曲線を取得する、鋼材の硬度‐相当塑性ひずみ曲線取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間加工部品の硬度予測方法及び鋼材の硬度‐相当塑性ひずみ曲線取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
板鍛造を含む冷間加工部品の加工において、材料の機械的性質を把握することは加工工程設計上重要である。材料の機械的性質の１つである加工硬化特性は、材料の応力‐ひずみ曲線に基づき取得することができ、材料に加わる塑性ひずみが大きいほど材料の加工硬化も大きくなる。しかし、冷間加工により部品を成形した場合、冷間加工後の材料の内部における塑性ひずみは一様でないため、その内部には硬度分布が生じる。このため、冷間加工部品の任意の部位の硬度を精度よく求める方法が求められていた。【０００３】
例えば特許文献１には、円柱状試験片にくぼみを設け、くぼみ内に液体潤滑剤を充填して摩擦の影響を少なくした状態で円柱圧縮試験を行うことで、材料の硬度とひずみとの関係を測定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】平７−３３３１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１の方法では、円柱状試験片の圧縮時の座屈を防ぐため試験片のアスペクト比には限界があり、当該試験片のアスペクト比が１．０を超えるとひずみを加えることが難しい。また、通常、１つの試験片からは１つの圧縮量（ひずみ量）に対する塑性ひずみしか得ることができないため、複数の圧縮量に対する塑性ひずみを取得して材料の硬度とひずみとの関係を得るには、圧縮量を変えて圧縮試験を複数回行う必要がある。さらに、薄鋼板から円柱圧縮試験片を作成することは困難である。【０００６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、１回の圧縮試験により圧縮量に対する塑性ひずみを取得して、材料の硬度とひずみとの関係を得ることが可能な、新規かつ改良された冷間加工部品の硬度予測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、冷間加工部品の硬度推定方法であって、試験片が載置される載置台と、試験片と接触する接触面が曲面であるパンチとを用いて、載置台に載置された試験片をパンチにより圧縮して、パンチの接触面の形状に対応した形状の窪み部を有する硬度測定用試験片を作成し、窪み部において板厚が変化する方向を測定方向として、測定方向の複数の硬度測定位置において硬度測定用試験片の硬度を測定し、数値解析により硬度測定用試験片の相当塑性ひずみを算出し、各硬度測定位置における硬度と相当塑性ひずみとに基づいて、硬度‐相当塑性ひずみ曲線を取得し、冷間加工部品の相当塑性ひずみの値を数値解析により算出し、硬度‐相当塑性ひずみ曲線に基づいて、算出された冷間加工部品の任意の部位の相当塑性ひずみの値から硬度を特定する、冷間加工部品の硬度推定方法が提供される。【０００８】
試験片は、平板状であってもよい。【０００９】
硬度測定用試験片は、前記試験片を板幅方向に拘束した状態で、前記試験片を前記パンチにより圧縮して作成してもよい。【００１０】
硬度測定用試験片は、単軸引張試験で得られる一様伸びよりも大きい歪領域を含むひずみ分布を有するように作成されてもよい。【００１１】
硬度測定用試験片は、相当塑性ひずみが１．０超となる歪領域を含むひずみ分布を有するように作成される。【００１２】
硬度測定位置は、硬度測定用試験片の窪み部の中心から測定方向に所定の間隔で設定されてもよい。【００１３】
試験片は、冷間加工部品と同一材料とするのがよい。【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、鋼材の硬度‐相当塑性ひずみ曲線取得方法であって、試験片が載置される載置台と、試験片と接触する接触面が曲面であるパンチとを用いて、載置台に載置された試験片をパンチにより圧縮して、パンチの接触面の形状に対応した形状の窪み部を有する硬度測定用試験片を作成し、窪み部において板厚が変化する方向を測定方向として、測定方向の複数の硬度測定位置において硬度測定用試験片の硬度を測定し、数値解析により硬度測定用試験片の相当塑性ひずみを算出し、各硬度測定位置における硬度と相当塑性ひずみとに基づいて、硬度‐相当塑性ひずみ曲線を取得する、鋼材の硬度‐相当塑性ひずみ曲線取得方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、１回の圧縮試験により圧縮量に対する相当塑性ひずみを取得して、材料の硬度と相当塑性ひずみとの関係を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷間加工部品の硬度推定方法を示すフローチャートである。
【図２】同実施形態に係る硬度測定用試験片を作成するための治具の一構成例を示す概略側面図及び概略平面図である。
【図３】パンチによる押圧前の試験片と、パンチによる押圧後の試験片（硬度測定用試験片）とを示す説明図である。なお、本図面は写真をもとに作成したイメージ図である。
【図４】同実施形態に係る硬度測定用試験片を作成するための治具の他の構成例を示す概略側面図及び概略平面図である。
【図５】試験片の板幅方向を拘束しない状態で図２の治具により硬度測定用試験片を作成したときの、パンチによる押圧前の試験片と、パンチによる押圧後の試験片（硬度測定用試験片）とを示す説明図である。なお、本図面は写真をもとに作成したイメージ図である。
【図６】硬度測定用試験片の硬度測定位置を示す説明図である。なお、本図面は写真をもとに作成したイメージ図である。
【図７】図６の領域Ａにおける相当塑性ひずみ分布を示す説明図である。
【図８】硬度‐相当塑性ひずみ曲線の一実施例を示す説明図である。
【図９】図８の実施例にて取得された硬度‐相当塑性ひずみ曲線と、圧延により得られた硬度‐相当塑性ひずみ近似曲線とを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
＜１．概要＞
まず、本発明の一実施形態に係る冷間加工部品の硬度推定方法の概要について説明する。本実施形態に係る冷間加工部品の硬度推定方法では、まず、１つの試験片に対して１回の圧縮試験を実施して、塑性ひずみ分布を有する硬度測定用試験片を作成する。そして、作成された硬度測定用試験片の硬度を複数の硬度測定位置で測定し、測定した硬度と数値計算により求めた硬度測定用試験片の相当塑性ひずみとに基づき、硬度‐相当塑性ひずみ曲線を取得する。ここで、塑性ひずみは、大きさと向きとを持つベクトル量であり、直交座標系では、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の長さの変化である垂直ひずみと、ｘｙ面、ｙｚ面、ｚｘ面の角度の変化であるせん断ひずみの６個の成分からなる。本実施形態では、塑性ひずみを大きさだけのスカラー量に換算した相当塑性ひずみと硬度の関係に基づき、硬度を予測する。冷間加工部品の任意の箇所における硬度は、数値解析により冷間加工部品の相当塑性ひずみの値を算出して、硬度‐相当塑性ひずみ曲線から当該相当塑性ひずみに対応する硬度を特定することで推定できる。
【００１９】
本実施形態に係る冷間加工部品の硬度推定方法では、１回の圧縮試験により塑性ひずみ分布を有する硬度測定用試験片を容易に作成することができ、１つの硬度測定用試験片から硬度‐相当塑性ひずみ曲線を取得することができる。また、本実施形態に係る冷間加工部品の硬度推定方法では、後述するように平板状の試験片から塑性ひずみ分布を取得するため、薄鋼板にも適用可能である。以下、本実施形態に係る冷間加工部品の硬度推定方法について、詳細に説明する。
【００２０】
＜２．冷間加工部品の硬度推定方法＞
以下、図１に示す本実施形態に係る冷間加工部品の硬度推定方法を示すフローチャートに基づき、冷間加工部品の硬度推定方法の処理を説明する。
【００２１】
［２−１．硬度測定用試験片の作成］
本実施形態に係る冷間加工部品の硬度推定方法では、冷間加工部品の材料に関する硬度‐相当塑性ひずみ曲線を取得するため、図１に示すように、まず、硬度測定用試験片を作成する（Ｓ１１０）。硬度測定用試験片は、試験片が載置される載置台と、試験片と接触する接触面が曲面であるパンチとを用いて、試験台に載置された母材（試験片）をパンチで圧縮することにより作成される。試験片の形状は、圧縮前の試験片の形状が既知であれば硬度測定用試験片に対する数値解析を実施可能であるため、特に限定されない。試験片の形状の特定のしやすさ、試験片を拘束した状態で硬度測定用試験片を作成する場合、等を考慮すると、試験片は平面形状が長方形である平板状であるのが好ましい。以下では、試験片は平板状であるとして説明する。また、試験片の材料は、硬度を推定したい冷間加工部品の材料と同一とする。例えば、ある鋼板を冷間加工に供する場合、試験片は、加工に用いる鋼板、すなわち、加工前の同一鋼板から作成する。
【００２２】
硬度測定用試験片は、例えば図２に示すような治具１００によって作成される。治具１００は、図２に示すように、試験片１０が載置されるとともに、載置された試験片１０を板幅方向（Ｘ方向）に拘束するダイ１１０と、ダイ１１０に拘束された試験片１０を上方から押さえる押さえ部材１２１、１２３と、試験片１０を上方から押圧するパンチ１３０とからなる。
【００２３】
ダイ１１０は、一対の壁部１１１、１１３と、平面部１１５とからなり、略Ｕ字形状の断面を有する。一対の壁部１１１、１１３は、試験片１０の板幅と略同一の間隔を有して対向しており、試験片１０を板幅方向（Ｘ方向）に拘束する。平面部１１５は、一対の壁部１１１、１１３の間にあり、試験片１０が載置される載置台としての役割を有する。すなわち、本実施形態に係るダイ１１０は、試験片１０の板幅と略同一幅であって長手方向（Ｙ方向）に延びる溝を有している。試験片１０は当該溝に沿って設置されると、板幅方向がダイ１１０によって拘束される。なお、図２に示す治具１００では、試験片１０の板幅方向に拘束する一対の壁部１１１、１１３と、試験片１０を載置する平面部１１５とを一体に形成したダイ１１０を用いたが、硬度測定用試験片を作成するための治具１００の形状はかかる例に限定されない。
【００２４】
押さえ部材１２１、１２３は、ダイ１１０に設置された試験片１０の長手方向両端を上方から押さえる。ダイ１１０の平面部１１５と押さえ部材１２１、１２３とにより試験片１０の両端部が板厚方向（Ｚ方向）に挟まれ固定される。このとき、ダイ１１０と押さえ部材１２１、１２３とは、試験片１０の端部を挟んだ状態で、例えばボルト（図示せず。）等によって固定される。ダイ１１０と押さえ部材１２１、１２３とによって試験片１０を板厚方向に固定することで、パンチ１３０によって押圧される際に試験片１０に反りが生じるのを抑制することができる。
【００２５】
パンチ１３０は、ダイ１１０に設置された試験片１０を押圧する。パンチ１３０は、試験片１０と接触する接触面１３１が曲面に形成されている。例えば図２に示すパンチ１３０は、接触面１３１が曲率半径Ｒの外周面により形成され、試験片１０の板幅と略同一幅を有する、略半円板形状の部材として形成されている。パンチ１３０は、接触面１３１を試験片１０に対向させ、接触面１３１の周方向と試験片１０の長手方向とを対応させた状態で、押さえ部材１２１、１２３の間で試験片１０を押圧する。その結果、図３上側に示すような平板状の試験片１０から、図３下側に示すようなパンチ１３０の接触面１３１の形状に対応した窪み部２１を有する硬度測定用試験片２０が形成される。
【００２６】
図２に示す治具１００を用いて硬度測定用試験片を作成する場合、ダイ１１０の壁部１１１、１１３によって試験片１０を板幅方向に拘束した状態で、試験片１０の板幅と略同一幅を有するパンチ１３０が試験片１０に押し付けられる。パンチ１３０は、ダイ１１０の溝に入り込んで試験片１０を押し、試験片１０に窪み部２１を形成する。このような治具１００を用いて試験片１０に窪み部２１を形成することで、パンチ１３０が押し付けられる際に試験片１０は板幅方向に変形せず、形成された窪み部２１は、図３に示すように板幅方向に均一に圧縮されたものとすることができる。すなわち、板幅方向に均一な塑性ひずみが付与された硬度測定用試験片２０を得ることができる。このような硬度測定用試験片２０を作成することで、後述する硬度測定を１回実施する毎に側面を研削して前回の硬度測定の影響をうけていない面を出すことで、再度硬度測定を行うことも可能となる。
【００２７】
なお、硬度測定用試験片は、試験片が載置される載置台と、試験片と接触する接触面が曲面であるパンチとがあれば作成することができる。例えば図４に示すように、試験片１０を圧縮するパンチ１３０Ａからなる治具１００Ａを用いて、載置台２００に載置された試験片１０を押す。パンチ１３０Ａは、例えば、図２と同様、接触面１３１Ａが曲率半径Ｒの外周面により形成され、試験片１０の板幅と略同一幅を有する、略半円板形状の部材として形成してもよい。載置台２００は、載置された試験片１０がパンチ１３０Ａにより押されても変形することのない、強固なものであればよい。
【００２８】
このように硬度測定用試験片を作成した場合には、板幅方向が拘束されない状態で試験片１０はパンチ１３０Ａにより圧縮されるため、作成された硬度測定用試験片の窪み部は板幅方向に僅かに広がる。また、試験片１０を上方から押さえる押さえ部材を用いないため、試験片１０は板厚方向に固定されず、パンチ１３０Ａによって押圧される際に試験片１０に反りが生じる。しかし、硬度測定用試験片にこのような変形が生じても、パンチ１３０Ａによる圧縮前の試験片１０の形状が既知であれば硬度測定用試験片に対する数値解析は実施可能である。したがって、硬度測定用試験片の作成においては、必ずしも図２のように、試験片１０の板幅方向及び板厚方向を拘束する必要はない。もちろん、載置台２００に載置された試験片１０を、試験片１０の板幅方向または板厚方向のうちいずれかい一方を拘束した状態で、パンチ１３０Ａにより圧縮してもよい。
【００２９】
図５に、試験片１０Ａを載置台２００に載置し、板幅方向を拘束しない状態で、試験片１０Ａにパンチ１３０を押し込んで形成された硬度測定用試験片２０Ａの一例を示す。図５に示す硬度測定用試験片２０Ａは、図２に示す治具１００を用いて作成したものである。試験片１０Ａの板幅方向を拘束しない状態を実現するため、図５の試験片１０Ａは、パンチ１３０が押し込まれる長手方向中央領域（すなわち、硬度測定用試験片２０Ａの窪み部２１Ａが形成されうる領域）の板幅を、端部領域の板幅よりも小さくしている。これにより、ダイ１１０に試験片１０Ａを配置したとき、パンチ１３０が押し込まれる長手方向中央領域が壁部１１１、１１３と接触しないようになり、板幅方向を拘束しない状態で、試験片１０Ａにパンチ１３０を押し込むことが可能となる。なお、図５に示す硬度測定用試験片２０Ａの作成においては、押さえ部材１２１、１２３も用いた。
【００３０】
板幅方向を拘束せずにパンチ１３０により試験片１０Ａを押し込むと、図５下側に示すような硬度測定用試験片２０Ａが作成される。図５下側には、硬度測定用試験片２０Ａの斜視図及び側面図を示している。硬度測定用試験片２０Ａは、パンチ１３０の接触面１３１の形状に対応した形状の窪み部２１Ａを有し、長手方向に塑性ひずみが付与されている。
【００３１】
なお、硬度測定用試験片２０、２０Ａに付与される塑性ひずみは、試験片１０、１０Ａに押圧されるパンチ１３０の接触面１３１の形状によって設定することができる。例えば、パンチ１３０の接触面１３１の曲率半径Ｒを大きくするほど分解能が大きくなり、より詳細に硬度と相当塑性ひずみとの関係を得ることが可能となる。なお、パンチ１３０の接触面１３１の曲率半径Ｒを大きくするほど試験片１０、１０Ａに対して大きな荷重を加える必要がある。
【００３２】
また、図２及び図４に示したパンチ１３０、１３０Ａは、接触面１３１、１３１Ａが曲率半径Ｒの外周面により形成され、試験片１０、１０Ａの板幅と略同一幅を有する形状であったが、本発明はかかる例に限定されない。パンチ１３０、１３０Ａは、例えば接触面１３１、１３１Ａが球面であってもよい。
【００３３】
このように作成された硬度測定用試験片２０、２０Ａを用いて、冷間加工部品の硬度の推定に用いる硬度‐相当塑性ひずみ曲線を求める処理が行われる。以下では、図３に示した硬度測定用試験片２０を用いて硬度‐相当塑性ひずみ曲線を求める場合について説明するが、図５に示した硬度測定用試験片２０Ａ等の他の硬度測定用試験片を用いる場合も同様の処理を行えばよい。
【００３４】
［２−２．硬度測定］
硬度‐相当塑性ひずみ曲線を求めるにあたり、まず、ステップＳ１１０にて形成された硬度測定用試験片２０の硬度を測定する（Ｓ１２０）。硬度測定用試験片２０は、長手方向に塑性ひずみ分布を有している。例えば、パンチ１３０によって押圧された窪み部２１には、単軸引張試験における一様伸びを超えるような高い相当塑性ひずみが付与されている。また、硬度測定用試験片２０においてパンチ１３０によって押圧されていない部分は、塑性ひずみが付与されておらず、ひずみのない、母材のままの状態となっている。すなわち、硬度測定用試験片２０には、単軸引張試験における一様伸び超となる歪領域から母材のままの歪みのない領域までの塑性ひずみ分布が付与されている。ここで、単軸引張試験における一様伸びとは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に準じる。また、単軸引張試験における一様伸びを超えるような相当塑性ひずみは、例えば、１．０を超える相当塑性ひずみである。
【００３５】
ステップＳ１２０では、このような硬度測定用試験片２０を樹脂に埋め込み、窪み部２１において板厚が変化する任意の方向を測定方向として、測定方向の複数の硬度測定位置において硬度測定用試験片２０の硬度を測定する。例えば、硬度測定用試験片２０の長手方向を測定方向として、パンチ１３０による押し込みにより形成された窪み部２１の中央位置から長手方向に所定の間隔で硬度を測定する。硬度の測定は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４ビッカース硬さ試験により測定可能である。
【００３６】
図６に、硬度測定用試験片２０の硬度測定位置Ｐｎ（ｎ＝０，１，・・・，ｋ）を示す。硬度測定位置Ｐｎは、硬度測定用試験片２０の長手方向に沿って、所定の間隔で等間隔に設定される。硬度測定位置Ｐ０は、パンチ１３０の押圧により形成された窪み部２１の中心であり、パンチ１３０によって最も押圧された位置を示す。このような硬度測定用試験片２０の窪み部２１の中心（硬度測定位置Ｐ０）から長手方向に複数の硬度測定位置Ｐｎで硬度を測定することで、長手方向における硬度分布が取得される。
【００３７】
［２−３．硬度‐相当塑性ひずみ曲線取得］
ステップＳ１２０により硬度測定用試験片２０の硬度が測定されると、測定された硬度に基づき数値解析により相当塑性ひずみ分布を取得し、相当塑性ひずみ分布に基づいて硬度‐相当塑性ひずみ曲線を取得する（Ｓ１３０）。
【００３８】
具体的には、まず、ステップＳ１２０にて取得された硬度測定用試験片２０の長手方向における硬度分布に基づき、ＦＥＭ（Finite Element Method；有限要素法）等の数値解析により各硬度測定部位Ｐｎの相当塑性ひずみを算出する。これにより、硬度測定用試験片２０の相当塑性ひずみ分布が得られる。例えば、図６に示すように、硬度測定位置Ｐ０から母材の板厚から変化していない硬度測定位置Ｐｎまでの領域Ａの硬度に基づき相当塑性ひずみ分布を算出すると、例えば図７に示すような相当塑性ひずみ分布が得られる。そして、硬度の実測値と硬度測定位置での相当塑性ひずみとプロットすることにより、硬度‐相当塑性ひずみ曲線が得られる。
【００３９】
なお、ステップ１３０において、図３に示した硬度測定用試験片２０のように板幅方向を拘束した状態で作成された硬度測定用試験片を用いる場合には、例えば２次元ＦＥＭを用いて数値解析することが可能である。一方、図５に示した硬度測定用試験片２０Ａのように板幅方向を拘束しない状態で作成された硬度測定用試験片を用いる場合には、例えば３次元ＦＥＭを用いて数値解析する必要がある。このため、板幅方向を拘束した状態で作成された硬度測定用試験片を用いた方が、板幅方向を拘束しない状態で作成された硬度測定用試験片を用いるよりも、解析時間を短縮することができる。
【００４０】
以上のステップＳ１１０〜Ｓ１３０の処理によって、冷間加工部品の硬度を推定するために用いる硬度‐相当塑性ひずみ曲線が取得される。
【００４１】
［２−４．硬度推定］
ステップＳ１３０により硬度‐相当塑性ひずみ曲線が得られると、かかる硬度‐相当塑性ひずみ曲線に基づき冷間加工部品の硬度を推定することができる（Ｓ１４０）。具体的には、まず、冷間加工部品の相当塑性ひずみの値をＦＥＭ等の数値解析により算出する。そして、冷間加工部品の任意の部位の相当塑性ひずみの値から、ステップＳ１３０にて得られた硬度‐相当塑性ひずみ曲線を用いて、硬度を特定する。こうして当該部位における硬度を推定することができる。
【００４２】
＜３．まとめ＞
以上、本実施形態に係る冷間加工部品の硬度推定方法について説明した。本実施形態によれば、試験片が載置される載置台と、試験片と接触する接触面が曲面であるパンチとを用いて、試験片を押圧し、硬度測定用試験片を作成する。これにより、１回の圧縮試験によって、試験片に塑性ひずみ分布を付与し、硬度測定用試験片を作成することができる。そして、硬度測定用試験片の硬度を測定するとともに、硬度測定用試験片の圧縮量に対する相当塑性ひずみを数値解析によって算出することで、材料の硬度と相当塑性ひずみとの関係である硬度‐相当塑性ひずみ曲線を容易に取得することができる。取得した硬度‐相当塑性ひずみ曲線を用いることで、数値解析によって得られた冷間加工部品の相当塑性ひずみ分布から、当該冷間加工部品の任意の部位の硬度を容易に推定することができる。
【００４３】
例えば、歯車のような複雑な形状の冷間加工部品においては、従来、冷間加工部品の任意の部位の硬度を推定するために、試験片の圧縮量を変化させて硬度の測定と塑性ひずみの算出を複数回行う必要があった。これに対して、本実施形態に係る冷間加工部品の硬度推定方法を用いれば、１回の圧縮試験によって硬度‐相当塑性ひずみ曲線を得ることができるため、容易に冷間加工部品の任意の部位の硬度を推定できる。また、板鍛造による冷間加工部品においては、加工硬化により、加工前の材料よりも硬度が高くなる。このようなよう冷間加工部品においても、本実施形態に係る冷間加工部品の硬度推定方法を用いれば、引張試験における一様伸びを超えるような相当塑性ひずみと硬度との関係を取得することができる。したがって、板鍛造による冷間加工部品についても、容易に任意の部位の硬度を推定することができる。
【００４４】
また、本実施形態に係る冷間加工部品の硬度推定方法で使用する試験片の板厚は特に限定されるものではなく、例えば２ｍｍ以下の薄鋼板の試験片に対しても適用可能であり、１回の圧縮試験によって硬度‐相当塑性ひずみ曲線を得ることができる。なお、試験片の板厚の最小値は、硬度測定用試験片を作成するためのパンチによって試験片に付与することのできる最大荷重に応じて決定される。試験片は、薄すぎると塑性ひずみの分布を特定しにくくなる場合もあるため、ある程度の厚みを有する方が精度のよい硬度‐相当塑性ひずみ曲線を得ることができる。さらに、本実施形態に係る冷間加工部品の硬度推定方法によれば、アスペクト比の高い試験片を作成することなく、円弧状の周面あるいは球面の接触面を有するパンチを用いて薄鋼板を押しつぶすことで試験片に高ひずみを与えることができる。
【実施例】
【００４５】
本発明に係る手法を用いて、熱間圧延鋼板の硬度‐相当塑性ひずみ曲線を取得した。硬度‐相当塑性ひずみ曲線の取得に際して、まず、板幅２０ｍｍ、板長１００ｍｍ、板厚４ｍｍの平板状の熱間圧延鋼板を母材（試験片）として、図２に示した治具を用いて、試験片の中央部分を外周面が円弧形状のパンチにより圧縮した。パンチの円弧部分の曲率半径は２０ｍｍであり、その幅は試験片の板幅と同一の２０ｍｍであった。本実施例では、パンチにより２４ｔｏｎｆの荷重を試験片に加え、最も圧縮された位置（すなわち、窪み部の中央）の板厚が１ｍｍとなるように試験片を圧縮し、硬度測定用試験片を作成した。【００４６】
次いで、硬度測定用試験片を樹脂に埋め込んだ後、パンチにより押圧されて形成された窪み部の中央から長手方向に０．３ｍｍ間隔で硬度を測定した。硬度の測定は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４ビッカース硬さ試験に基づき実施した。本実施例では、１つの硬度測定用試験片に対して３回の硬度測定を実施した。この際、硬度測定を１回実施する毎に硬度測定を実施した硬度測定用試験片の側面を研削して前回の硬度測定の影響をうけていない面を出した後、次の硬度測定を行った。【００４７】
一方、硬度測定用試験片についてＦＥＭによる数値解析を行い、硬度測定用試験片の相当塑性ひずみ分布を取得した。なお、図７は、当該数値解析により得られた硬度測定用試験片の相当塑性ひずみ分布である。【００４８】
そして、硬度測定用試験片の硬度の実測値と図７に示した硬度測定用試験片の相当塑性ひずみ分布とを用いて、各硬度測定位置における相当塑性ひずみを特定した。３回の硬度測定（測定Ｎ１〜Ｎ３）により得られた硬度と、相当塑性ひずみ分布より特定された相当塑性ひずみとをプロットした結果を図８に示す。図８に示すように、各プロットは略同一曲線上にあり、硬度と相当塑性ひずみとの間に一定の対応関係があることがわかる。なお、上記本発明の手法にて取得される硬度‐相当塑性ひずみ曲線は、図８に破線で示すように、測定Ｎ１〜Ｎ３により得られた硬度と相当塑性ひずみとの関係から例えば最小二乗法を用いて得ることができる。【００４９】
ここで、本発明により得られる硬度と相当塑性ひずみとの関係の有効性を検証するため、同一の試験片に対して圧延により塑性ひずみを付与して硬度‐相当塑性ひずみ曲線を求めた結果と、上記硬度と相当塑性ひずみとの関係とを比較した。図９に、圧延により得られた硬度‐相当塑性ひずみ近似曲線を実線で示している。図９に示すように、破線で示す本発明の手法にて得られた硬度‐相当塑性ひずみ曲線は、実線で示す圧延により得られた硬度‐相当塑性ひずみ近似曲線と略等しい。これより、本発明による手法によって精度よく硬度‐相当塑性ひずみ曲線を取得可能であることが示された。【００５０】
また、図５に示したような、板幅方向を拘束しない状態で作成された硬度測定用試験片についても、同様の試験を行った。すなわち、板幅２０ｍｍ、板長１００ｍｍ、板厚４ｍｍの平板状の熱間圧延鋼板を母材（試験片）として、図２に示した治具を用いて、試験片の中央部分を外周面が円弧形状のパンチにより圧縮した。なお、試験片の長手方向中央領域の板幅は、ダイの壁部との接触を回避するため、図５上側に示すように端部領域の板幅（２０ｍｍ）よりも小さくした。パンチの円弧部分の曲率半径は２０ｍｍであり、その幅は試験片の板幅と同一の２０ｍｍであった。パンチにより２４ｔｏｎｆの荷重を試験片に加え、窪み部の中央の板厚が１ｍｍとなるように試験片を圧縮し、硬度測定用試験片を作成した。そして、硬度測定用試験片を樹脂に埋め込んだ後、パンチにより押圧されて形成された窪み部の中央から長手方向に０．３ｍｍ間隔で硬度を測定した。【００５１】
その結果、板幅方向を拘束しない状態で作成された硬度測定用試験片についても、板幅方向を拘束して作成された硬度測定用試験片と同様、図７に示すような相当塑性ひずみ分布が付与されていた。そして、硬度と相当塑性ひずみとの関係も、図８と同様の関係が得られた。【００５２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５３】
１０、１０Ａ              試験片
２０、２０Ａ              硬度測定用試験片
２１、２１Ａ              窪み部
１００、１００Ａ          治具
１１０                    ダイ
１１１、１１３            壁部
１１５                    平面部
１２１、１２３            押さえ部材
１３０、１３０Ａ          パンチ
１３１、１３１Ａ          外周面
２００                    載置台
【要約】
本発明は、試験片が載置される載置台と、試験片と接触する接触面が曲面であるパンチとを用いて、載置台に載置された試験片を圧縮して、パンチの接触面の形状に対応した形状の窪み部を有する硬度測定用試験片を作成し、窪み部において板厚が変化する方向を測定方向として、測定方向の複数の硬度測定位置において硬度測定用試験片の硬度を測定し、数値解析により相当塑性ひずみを算出し、各硬度測定位置における硬度と相当塑性ひずみとに基づいて、硬度‐相当塑性ひずみ曲線を取得し、冷間加工部品の相当塑性ひずみの値を数値解析により算出し、硬度‐相当塑性ひずみ曲線に基づいて、算出された冷間加工部品の任意の部位の相当塑性ひずみの値から硬度を特定する、冷間加工部品の硬度推定方法を提供する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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