專利名稱：成形性出色的壓力成形用特制坯及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由用于壓力成形的兩種以上的粗加工薄板組成的異材質(zhì)特制坯。確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及焊接有兩種以上板厚或相同板厚和不同機(jī)械性能的冷軋板、熱軋板、表面處理鋼板、不銹鋼板、鋁板、鋁合金等而形成的粗加工薄板(被稱為特制坯或TB材)，在這樣的異材質(zhì)特制坯中，盡管在原材料強(qiáng)度不同的場(chǎng)合下會(huì)在成形時(shí)在低強(qiáng)度粗加工薄板側(cè)出現(xiàn)母材破裂，但通過(guò)最佳組合兩種以上粗加工薄板的加工硬化特性，增大了直到斷裂前的高強(qiáng)度粗加工薄板的應(yīng)變，結(jié)果改善了壓力成形性。
盡管這些通過(guò)連續(xù)焊接相連的特制坯具有上述經(jīng)濟(jì)效果，但由于連續(xù)焊接部的材質(zhì)惡化，出現(xiàn)了在壓力成形時(shí)成形不良的問(wèn)題。壓力成形時(shí)的斷裂被分為“延展性定速方式”及“應(yīng)力定速方式”。在“延展性定速方式”中，當(dāng)與焊珠部平行地拉伸粗加工薄板時(shí)，焊珠部隨著材質(zhì)惡化而破裂。在“應(yīng)力定速方式”中，當(dāng)夾持焊珠部地拉伸粗加工薄板時(shí)，出現(xiàn)低強(qiáng)度側(cè)的薄板母材斷裂。
為對(duì)付這樣的情形，例如在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)平7-26346等中，作為在高密度高能束焊后具有出色成形性的超低碳鋼板地發(fā)明了2.6≤f(C，Si，Mn，P，B)≤12.5的鋼板。但人們發(fā)現(xiàn)，使用這種超低碳鋼板不能滿足過(guò)去只有高強(qiáng)度薄板才適用的部件所需強(qiáng)度，并且盡管能夠確認(rèn)通過(guò)提高焊珠部特性抑制了“延展性定速方式”的破裂，但它對(duì)“應(yīng)力定速方式”的破裂束手無(wú)策。
在這方面，根據(jù)對(duì)應(yīng)力定速方式破裂時(shí)的應(yīng)變分布的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)(例如見(jiàn)池本公一等人的“塑性與加工”，卷32，編號(hào)370(1991)，頁(yè)1383-1390)，通過(guò)元素分析并利用薄板強(qiáng)度之比來(lái)求出兩種以上粗加工薄板的應(yīng)變比。即，通過(guò)σ1＝K1ε1n1，σ2＝K2ε2n2可以表示應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式，其中下標(biāo)1是高強(qiáng)度材料，下標(biāo)2是低強(qiáng)度材料。由于在接合部處應(yīng)力得到平衡，所以關(guān)系式σ1t1＝σ2t2成立。這樣，求解這些式子，低強(qiáng)度材料達(dá)到斷裂極限時(shí)的高強(qiáng)度材料的應(yīng)變(ε1max)由TS1和TS2求出并在下式(1)中給出。
ε1max＝n1{(t2/t1)(TS2/TS1)}1/n1(1)其中，σ拉伸應(yīng)力(MPa)K塑性系數(shù)(MPa)ε對(duì)數(shù)塑性應(yīng)變n加工硬化指數(shù)TS最大拉伸強(qiáng)度(MPa)但是，即便能計(jì)算出高強(qiáng)度材料側(cè)的最大應(yīng)變，這篇文獻(xiàn)也沒(méi)有記載關(guān)于改善“應(yīng)力定速方式”下的破裂的方案。因此，在壓力成形的現(xiàn)場(chǎng)，一旦在異材質(zhì)特制坯中出現(xiàn)“應(yīng)力定速方式”，就要減小板材厚度以降低粗加工薄板強(qiáng)度比或減小強(qiáng)度比。
針對(duì)與異材質(zhì)特制坯有關(guān)的壓力成形不良且尤其是至盡找不到有效對(duì)策的“應(yīng)力定速方式”的破裂，本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到粗加工薄板的加工硬化特性的重要性并試圖通過(guò)改善與低強(qiáng)度材料側(cè)的強(qiáng)度平衡來(lái)提高成形性。即，本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)如下(1)成形性出色的壓力成形用特制坯，它是連續(xù)焊接拉伸強(qiáng)度不同的兩種以上的粗加工薄板而形成的特制坯，其特征在于，拉伸強(qiáng)度高那側(cè)的材料的加工硬化特性值(n1)與拉伸強(qiáng)度低那側(cè)的材料的加工硬化特性值(n2)之比(n1/n2)取0.75以上到3.8以下。
(2)如(1)所述的壓力成形用特制坯，其中所述粗加工薄板是鋼板或表面處理鋼板，所述拉伸強(qiáng)度低那側(cè)的鋼板的拉伸強(qiáng)度小于380MPa。
(3)壓力成形用特制坯，粗加工薄板是鋼板或表面處理鋼板，拉伸強(qiáng)度低那側(cè)的鋼板的拉伸強(qiáng)度為380Mpa以上且小于590Mpa，加工硬化特性值之比(n1/n2)取1.0以上且3.8以下。
(4)壓力成形用特制坯的制造方法，其中如權(quán)利要求1-3之一所述的特制坯的焊接方法是激光焊、壓薄滾焊、電弧焊、電子束焊及TIG焊中的任一種焊接方法。
此外，在本發(fā)明中，“n”值表示拉伸延伸率從λ5＝5％到λ10＝10％的加工硬化特性，在5％和10％延伸率時(shí)的拉伸載荷分別為P5(N)和P10(N)，n值由通過(guò)下列等式測(cè)量的值決定n(5％～10％)＝[log(P10/P5)+log[(1+λ10/100)/(1+λ5/100)]]/[log[log(1+λ10/100)/log(1+λ5/100)]]＝[log(P10/P5)+0.0202]/0.2908 …………………(2)另外，在本發(fā)明中被用于特制坯的粗加工薄板包括冷軋鋼板、鍍鋅等的電鍍鋼板、不銹鋼板和鋁板等有色金屬薄板等。
下面將進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖3表示當(dāng)?shù)蛷?qiáng)度材料與高強(qiáng)度材料接合而成的TB材破裂時(shí)的負(fù)荷-應(yīng)變關(guān)系。當(dāng)?shù)蛷?qiáng)度材料達(dá)到最大負(fù)荷時(shí)，盡管同樣的負(fù)荷被施加到高強(qiáng)度材料側(cè)上，但此時(shí)，在高強(qiáng)度材料側(cè)是低“n”值的材料的場(chǎng)合下，所達(dá)到的應(yīng)變小。另一方面，當(dāng)高強(qiáng)度材料側(cè)是高“n”值時(shí)，所達(dá)到的應(yīng)變大。這樣，通過(guò)增大高強(qiáng)度粗加工薄板側(cè)的“n”值，可以在低強(qiáng)度粗加工薄板斷裂前促進(jìn)高強(qiáng)度粗加工薄板的變形，這有助于成形性提高。


圖1示出了利用等式(1)求出在各強(qiáng)度下的高強(qiáng)度鋼板側(cè)的應(yīng)變值。如圖1所示，在鋼板等所取的“n”值為0.15-0.25的情況下，當(dāng)粗加工薄板的強(qiáng)度與厚度比(t2·TS2/t1·TS1)小于0.8(1∶1.25)時(shí)，高強(qiáng)度鋼板側(cè)的塑性應(yīng)變大約為0.1以下，這幾乎對(duì)成形無(wú)幫助。
此外，高強(qiáng)度粗加工薄板所需的最大塑性應(yīng)變值(ε1max)因部件而異，所以，當(dāng)在粗加工薄板的強(qiáng)度和厚度每次組合中逆算式(1)時(shí)，高強(qiáng)度粗加工薄板側(cè)所需“n”值(n1)成為圖2所示的值。
在圖2中的橫坐標(biāo)軸為用ln(t1·TS1/t2·TS2)表示的板厚強(qiáng)度比，縱坐標(biāo)軸為高強(qiáng)度粗加工薄板側(cè)所需的“n”值(n1)被除以低強(qiáng)度鋼板側(cè)的“n”值(假定n2＝0.3)之比。圖2中的各曲線表示部件所需的高強(qiáng)度粗加工薄板側(cè)的最大塑性應(yīng)變(ε1max)相同時(shí)的場(chǎng)合。例如如圖2所示，當(dāng)部件所需的高強(qiáng)度粗加工薄板側(cè)的最大塑性應(yīng)變(ε1max)為0.05并且兩種板厚度比(t1·TS1/t2·TS2)為2倍(ln2＝0.69)時(shí)，高強(qiáng)度粗加工薄板側(cè)所需的“n”值之比為(n1/n2)＝1.16。
在普通的鋼板制造中，因?yàn)椤皀”值在強(qiáng)度增大時(shí)傾向于減小，所以很難如上所述地使高強(qiáng)度鋼板側(cè)的“n”值之比變?yōu)?以上。但在用殘余γ鋼或不銹鋼等的情況下，由于高“n”值材料可能是適用的，所以存在能夠滿足圖2所示“n”值比的組合。
此外，與所需“n”值比(n1/n2)的范圍有關(guān)地，當(dāng)假定板材厚度強(qiáng)度比(t1·TS1/t2·TS2)為1.2以上(ln1.2＝0.18)時(shí)，因?yàn)楦邚?qiáng)度鋼板側(cè)所需的塑性應(yīng)變最好為0.2以上，所以根據(jù)圖2，(n1/n2)≥1.1是必須的。在一個(gè)實(shí)際的特制坯中，高強(qiáng)度板材的“n”值趨向于很低。不過(guò)，在使用的特制坯中，由于高強(qiáng)度鋼板側(cè)的n值降低的傾向很強(qiáng)烈，所以如果考慮采用能夠確保高強(qiáng)度鋼板側(cè)的塑性應(yīng)變?cè)?.1以上的加工方法，則人們希望(n1/n2)≥0.75。另一方面，本發(fā)明所用原材料的最大n值在使不銹鋼板的情況下為0.5左右，n值低的普通熱軋鋼板通常具有約0.13的n值，結(jié)果，(n1/n2)≤0.5/0.13＝3.8。
盡管以拉伸強(qiáng)度低的鋼板側(cè)的拉伸強(qiáng)度不到380兆帕為特點(diǎn)的壓力成形用特制坯因上述原因而滿足0.75≤(n1/n2)≤3.8的關(guān)系，但在以拉伸強(qiáng)度低的鋼板側(cè)的拉伸強(qiáng)度為380Mpa以上但小于590MPa的壓力成形用特制坯的場(chǎng)合下，因?yàn)閚2低到約0.15-0.2，所以最好使用n值高達(dá)2以上的雙相鋼板或殘余γ鋼，以彌補(bǔ)拉伸強(qiáng)度高的鋼板的成形性，這樣，加工硬化特性值之比(n1/n2)為1.0(＝2.0/2.0)以上是適當(dāng)?shù)摹?br> 圖2是針對(duì)成品所需的各高強(qiáng)度薄板側(cè)的塑性應(yīng)變表示在板厚強(qiáng)度比組合場(chǎng)合下所需的高強(qiáng)度薄板與低強(qiáng)度薄板的“n”值之比(n1/n2)。
圖3說(shuō)明了當(dāng)改變高強(qiáng)度薄板側(cè)的“n”值時(shí)施加在高強(qiáng)度薄板上的最大塑性應(yīng)變?chǔ)?max的差異并且說(shuō)明了當(dāng)組合高n材料時(shí)的成形性提高機(jī)理。
圖4是成形實(shí)驗(yàn)所用的液壓鼓凸實(shí)驗(yàn)的示意說(shuō)明圖。
圖5是表示在對(duì)異材質(zhì)特制坯進(jìn)行液壓鼓凸實(shí)驗(yàn)時(shí)的成形高度的比較的視圖。
符號(hào)說(shuō)明1-沖模 2-防皺壓板 3-試驗(yàn)材料 4-機(jī)油在表1中，作為低強(qiáng)度粗加工薄板地使用0.80mm厚的軟質(zhì)冷軋鋼板(ASPCEN)和高強(qiáng)度鋼板(B440MPa)，作為高強(qiáng)度粗加工薄板地使用0.80mm厚的各種590MPa高拉伸強(qiáng)度材料(C-F)。通過(guò)5kW的CO2激光器，焊接結(jié)合各鋼種，由此制作出A材或B材與C-F材料組合而成的各特制坯。表1.異材質(zhì)特制坯所用粗加工薄板的典型機(jī)械特性

圖4表示成形性對(duì)比用液壓鼓凸實(shí)驗(yàn)法，其中，1表示沖模，2表示防皺壓板，3表示實(shí)驗(yàn)材料，4表示由沖模提供的施加液壓用機(jī)油。
圖5表示液壓鼓凸成形實(shí)驗(yàn)中的高度測(cè)量結(jié)果。左邊是單塊冷軋鋼板(A)與單塊440MPa高強(qiáng)度冷軋鋼板(B)的鼓凸成形高度，從右邊起是與(A+C)、(A+D)、(A+E)、(A+F)、(B+C)、(B+D)、(B+E)和(B+F)組合有關(guān)的異材質(zhì)特制坯的鼓凸成形高度?？梢詮闹锌吹?，高強(qiáng)度鋼板的n值變得越高，鼓凸成形高度越大，在低強(qiáng)度粗加工薄板的拉伸強(qiáng)度為304MPa的情況下，當(dāng)(n1/n2)超過(guò)0.75時(shí)，突出高度超過(guò)25mm，另一方面，在低強(qiáng)度粗加工薄板的拉伸強(qiáng)度為459MPa的情況下，當(dāng)(n1/n2)超過(guò)1.0時(shí)，突出高度超過(guò)20mm，成形性的改善效果顯著。
此外，斷裂形式都是在低強(qiáng)度薄板側(cè)斷裂的“應(yīng)力定速方式”。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，提供這樣一種異材質(zhì)特制坯，即通過(guò)把必要的“n”值比賦予以冷軋鋼板、熱軋鋼板、鍍鋅等電鍍鋼板、不銹鋼板、鋁板、鋁合金板等有色金屬薄板為原材料的異材質(zhì)特制坯，也能有效地影響無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的異材質(zhì)特制坯的成形性提高對(duì)策來(lái)對(duì)付的應(yīng)力定速式破裂形式。根據(jù)本發(fā)明的壓力成形性出色的特制坯對(duì)深拉和外伸等的成形非常有效并且具有很高的工業(yè)價(jià)值。
權(quán)利要求
1.成形性出色的壓力成形用特制坯，它是連續(xù)焊接拉伸強(qiáng)度不同的兩種以上的粗加工薄板而形成的特制坯，其特征在于，拉伸強(qiáng)度高那側(cè)的材料的加工硬化特性值(n1)與拉伸強(qiáng)度低那側(cè)的材料的加工硬化特性值(n2)之比(n1/n2)取0.75以上到3.8以下。
2.如權(quán)利要求1所述的壓力成形用特制坯，其特征在于，所述粗加工薄板是鋼板或表面處理鋼板，所述拉伸強(qiáng)度低那側(cè)的鋼板的拉伸強(qiáng)度小于380MPa。
3.壓力成形用特制坯，其特征在于，粗加工薄板是鋼板或表面處理鋼板，拉伸強(qiáng)度低那側(cè)的鋼板的拉伸強(qiáng)度為380Mpa以上且小于590Mpa，加工硬化特性值之比(n1/n2)取1.0以上且3.8以下。
4.壓力成形用特制坯的制造方法，其中如權(quán)利要求1-3之一所述的特制坯的焊接方法是激光焊、壓薄滾焊、電弧焊、電子束焊及TIG焊中的任一種焊接方法。
全文摘要
提供一種壓力成形性出色的具有不同厚度的異材質(zhì)特制坯，它能夠在厚度不同的異材質(zhì)特制坯的壓力成形中避免在低強(qiáng)度材料側(cè)(或較薄板材側(cè))的由強(qiáng)度定速引起的破裂。成形性出色的壓力成形用特制坯是連續(xù)焊接拉伸強(qiáng)度不同的兩種以上的粗加工薄板而形成的特制坯，其特點(diǎn)是，拉伸強(qiáng)度高那側(cè)的材料的加工硬化特性值(n
文檔編號(hào)B21D22/00GK1469786SQ00819977
公開(kāi)日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2000年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月20日
發(fā)明者橋本浩二, 栗山幸久, 吉田亨, 宮崎康信, 久, 信 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社