特許 6048059 成形温度評価方法及び成形温度評価システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6048059

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】成形温度評価方法及び成形温度評価システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/28 20060101AFI20161212BHJP

   B21D 22/00 20060101ALI20161212BHJP

   G01N 3/08 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   G01N3/28

   B21D22/00

   G01N3/08

【請求項の数】20

【全頁数】45

(21)【出願番号】特願2012-230224(P2012-230224)

(22)【出願日】2012年10月17日

(65)【公開番号】特開2014-81310(P2014-81310A)

(43)【公開日】2014年5月8日

【審査請求日】2015年6月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095957

【弁理士】

【氏名又は名称】亀谷 美明

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100128587

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 一騎

(72)【発明者】

【氏名】久保 雅寛

(72)【発明者】

【氏名】吉田 博司

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 浩一

【審査官】 山口 剛

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２３４３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１６２７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５３−１２７５８１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０４−１０９３５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１１−１３１４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０１２１５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６３−３１７７４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３／００ − ３／６２

Ｂ２１Ｄ ２２／００ − ２２／３０

Ｂ２１Ｄ ２４／００ − ２４／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属板に対して塑性加工試験を行い、得られた試験結果に基づいて当該金属板の成形温度を評価する成形温度評価方法であって、
塑性加工試験装置を用いて、所定のひずみ比における前記金属板の前記塑性加工試験を行い、相異なる複数の温度における前記金属板の最大主ひずみ及び最小主ひずみを測定するひずみ測定ステップと、
前記ひずみ測定ステップで得られた測定結果に基づいて演算を行い、前記金属板の破断時における相当ひずみを含むひずみ関連情報を生成するひずみ演算ステップと、
前記ひずみ演算ステップで得られた前記ひずみ関連情報を利用して、前記ひずみ比での前記金属板の延性の温度依存性を評価する評価ステップと、
を含み、
前記塑性加工試験装置は、
所定温度の液体状の熱媒体を保持するものであり、試験材の長手方向が鉛直方向と略平行となるように前記試験材の被測定部位が浸漬される熱媒体浴と、
前記試験材の長手方向の一端を固定するとともに、当該長手方向の他端に対して外力を印加する外力印加部と、
前記試験材における前記長手方向の前記外力印加部により固定されている側の端部を、前記長手方向に対して直交する短手方向に延設された挟持部で挟持するとともに、前記試験材の伸びに追随する第１挟持部材と、
前記試験材における前記長手方向の前記外力印加部により外力が印加される側の端部を、前記短手方向に延設された挟持部で挟持するとともに、前記試験材の伸びに追随する第２挟持部材と、
前記第１挟持部材及び前記第２挟持部材のそれぞれに設置される変位センサと、
それぞれの前記変位センサからの出力に基づいて、前記試験材の伸び量を算出する演算処理部と、
を備え、試験材の伸びを変位センサで検知して当該試験材に生じた歪みを測定し、前記試験材の引張強度を測定する引張強度試験装置である
ことを特徴とする、成形温度評価方法。

【請求項2】

金属板に対して塑性加工試験を行い、得られた試験結果に基づいて当該金属板の成形温度を評価する成形温度評価方法であって、
塑性加工試験装置を用いて、所定のひずみ比における前記金属板の前記塑性加工試験を行い、相異なる複数の温度における前記金属板の最大主ひずみ及び最小主ひずみを測定するひずみ測定ステップと、
前記ひずみ測定ステップで得られた測定結果に基づいて演算を行い、前記金属板の破断時における相当ひずみを含むひずみ関連情報を生成するひずみ演算ステップと、
前記ひずみ演算ステップで得られた前記ひずみ関連情報を利用して、前記ひずみ比での前記金属板の延性の温度依存性を評価する評価ステップと、
を含み、
前記塑性加工試験装置は、
所定温度の液体状の熱媒体を保持し、試験材が当該熱媒体中に浸漬される熱媒体浴と、
前記熱媒体浴中に配設されており、前記熱媒体の流れる流路が形成されたスペーサと、
前記熱媒体浴中で前記スペーサの天面上に配設されるダイと、
前記試験材が固定されるものであり、前記熱媒体浴中に降下することで前記試験材を前記熱媒体中に浸漬させる試験材固定機構と、
前記熱媒体浴中へと降下し、前記試験材固定機構及び前記ダイに挟持された前記試験材を押圧することで当該試験材に対して負荷を付与するパンチ部と、
を備え、試験材に対して張出加工を行うことで当該試験材の張出試験を行う張出試験装置である
ことを特徴とする、成形温度評価方法。

【請求項3】

前記ひずみ演算ステップでは、
前記ひずみ比ごとに、前記金属板の破断時における相当ひずみである限界相当ひずみが最大となる温度を延性極大温度として特定するとともに、
前記限界相当ひずみの温度依存性を表す近似曲線を正規分布曲線を利用して算出し、
得られた前記近似曲線に基づいて、前記延性極大温度よりも低温側及び高温側における前記近似曲線の標準偏差を算出し、
前記延性極大温度及び前記近似曲線の標準偏差を、前記ひずみ関連情報として利用する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の成形温度評価方法。

【請求項4】

前記評価ステップでは、
前記金属板の予測破断箇所及び当該予測破断箇所におけるひずみ比βｘを特定するとともに、前記ひずみ関連情報を利用して、下記式１で表される温度範囲を算出し、
算出した前記温度範囲を、前記金属板を成形する際に適した温度範囲として評価する
ことを特徴とする、請求項３に記載の成形温度評価方法。

（Ｔ_βｘ−２×σＬ_βｘ）≦Ｔ≦（Ｔ_βｘ＋１．２５×σＨ_βｘ） ・・・（式１）

ここで、上記式１において、
Ｔ_βｘ：ひずみ比βｘにおける延性極大温度（℃）
σＬ_βｘ：ひずみ比βｘの場合における延性極大温度Ｔ_βｘよりも低温側の近似曲線の標準偏差
σＨ_βｘ：ひずみ比βｘの場合における延性極大温度Ｔ_βｘよりも高温側の近似曲線の標準偏差
である。

【請求項5】

前記第１挟持部材及び前記第２挟持部材のそれぞれは、
前記試験材を挟持する挟持部と、
当該挟持部の一端に連結され、前記長手方向に延設された連結部と、
を有しており、
前記第１挟持部材の前記連結部の長さをＡとし、前記第２挟持部材の前記連結部の長さをＢとしたときに、Ｂ／Ａで表される比の値が、０．５以上２．０以下である
ことを特徴とする、請求項１に記載の成形温度評価方法。

【請求項6】

前記第１挟持部材及び前記第２挟持部材それぞれの前記挟持部は、
前記試験材が配設される溝部が設けられており、弾性変形が可能な第１部材と、
前記試験材を挟んで前記第１部材の逆側に配設される第２部材と、
を有しており、
前記第１部材及び前記第２部材により前記試験材を挟持する
ことを特徴とする、請求項５に記載の成形温度評価方法。

【請求項7】

前記Ｂ／Ａで表される比の値が１．０である
ことを特徴とする、請求項６に記載の成形温度評価方法。

【請求項8】

前記試験材は、ＪＩＳ５号試験片であり、
前記第１挟持部材が挟持している前記試験材の位置と、前記第２挟持部材が挟持している前記試験材の位置と、の間の離隔距離が、４５〜５５ｍｍである
ことを特徴とする、請求項５〜７の何れか１項に記載の成形温度評価方法。

【請求項9】

前記熱媒体の温度を制御する温度制御部と、
前記熱媒体浴中の前記熱媒体を攪拌する攪拌装置と、
を更に備え、
前記温度制御部は、前記熱媒体の温度を、−７０〜２５０℃の範囲の所定の温度に維持する
ことを特徴とする、請求項５〜８の何れか１項に記載の成形温度評価方法。

【請求項10】

前記ダイには、前記試験材に当接する前記パンチ部の押圧部位と対応する位置に貫通孔が設けられており、
前記パンチ部が前記熱媒体中へと降下することで、前記貫通孔内の前記熱媒体は前記流路を通って前記熱媒体浴中を流れ、前記熱媒体浴中に対流を生じさせる
ことを特徴とする、請求項２に記載の成形温度評価方法。

【請求項11】

前記スペーサを厚み方向に切断した場合の前記流路の総断面積をＳ_１とし、前記試験材に当接する前記パンチ部の押圧部位の前記スペーサへの投影面積をＳ_２としたときに、（Ｓ_２／Ｓ_１）で表される値が、０．２〜１００である
ことを特徴とする、請求項１０に記載の成形温度評価方法。

【請求項12】

前記（Ｓ_２／Ｓ_１）で表される値が、０．４〜８である
ことを特徴とする、請求項１１に記載の成形温度評価方法。

【請求項13】

前記試験材固定機構には、貫通孔が設けられており、
前記パンチ部は、前記貫通孔を介して前記試験材を押圧する
ことを特徴とする、請求項１０〜１２の何れか１項に記載の成形温度評価方法。

【請求項14】

前記パンチ部は、荷重が付与される板状部位と、当該板状部材から突設され、前記試験材に当接することで前記試験材を押圧する押圧部位と、を有する、断面略Ｔ字形状の部材であり、
前記板状部材と前記試験材固定機構との間には、所定の閾値以上の荷重が付与された際に付与された荷重の大きさに応じて収縮する収縮部材が設けられており、
前記収縮部材が収縮することで、前記押圧部位の先端部が前記試験材を押圧する
ことを特徴とする、請求項１０〜１３の何れか１項に記載の成形温度評価方法。

【請求項15】

前記熱媒体の温度を制御する温度制御機構を更に備える
ことを特徴とする、請求項１０〜１４の何れか１項に記載の成形温度評価方法。

【請求項16】

前記押圧部位の先端部は、球形状、角筒形状、円筒形状又は円錐形状を有している
ことを特徴とする、請求項１４に記載の成形温度評価方法。

【請求項17】

前記収縮部材は、ガススプリングである
ことを特徴とする、請求項１４に記載の成形温度評価方法。

【請求項18】

前記熱媒体浴中の前記熱媒体を攪拌する攪拌装置を更に備える
ことを特徴とする、請求項１０〜１７の何れか１項に記載の成形温度評価方法。

【請求項19】

金属板に対して塑性加工試験を行い、得られた試験結果に基づいて当該金属板の成形温度を評価する成形温度評価システムであって、
前記金属板に対して所定のひずみ比での塑性加工試験を行い、当該金属板の相異なる複数の温度における最大主ひずみ及び最小主ひずみを測定する塑性加工試験装置と、
前記塑性加工試験装置により得られた試験結果に基づいて、前記金属板の成形温度に関する評価を実施する演算処理装置と、
を含み、
前記演算処理装置は、
前記塑性加工試験装置により得られた測定結果に基づいて演算を行い、前記金属板の破断時における相当ひずみを含むひずみ関連情報を生成するひずみ演算部と、
前記ひずみ演算部により得られた前記ひずみ関連情報を利用して、前記ひずみ比での前記金属板の延性の温度依存性を評価する評価部と、
を有し、
前記塑性加工試験装置は、
所定温度の液体状の熱媒体を保持するものであり、試験材の長手方向が鉛直方向と略平行となるように前記試験材の被測定部位が浸漬される熱媒体浴と、
前記試験材の長手方向の一端を固定するとともに、当該長手方向の他端に対して外力を印加する外力印加部と、
前記試験材における前記長手方向の前記外力印加部により固定されている側の端部を、前記長手方向に対して直交する短手方向に延設された挟持部で挟持するとともに、前記試験材の伸びに追随する第１挟持部材と、
前記試験材における前記長手方向の前記外力印加部により外力が印加される側の端部を、前記短手方向に延設された挟持部で挟持するとともに、前記試験材の伸びに追随する第２挟持部材と、
前記第１挟持部材及び前記第２挟持部材のそれぞれに設置される変位センサと、
それぞれの前記変位センサからの出力に基づいて、前記試験材の伸び量を算出する演算処理部と、
を備え、試験材の伸びを変位センサで検知して当該試験材に生じた歪みを測定し、前記試験材の引張強度を測定する引張強度試験装置である
ことを特徴とする、成形温度評価システム。

【請求項20】

金属板に対して塑性加工試験を行い、得られた試験結果に基づいて当該金属板の成形温度を評価する成形温度評価システムであって、
前記金属板に対して所定のひずみ比での塑性加工試験を行い、当該金属板の相異なる複数の温度における最大主ひずみ及び最小主ひずみを測定する塑性加工試験装置と、
前記塑性加工試験装置により得られた試験結果に基づいて、前記金属板の成形温度に関する評価を実施する演算処理装置と、
を含み、
前記演算処理装置は、
前記塑性加工試験装置により得られた測定結果に基づいて演算を行い、前記金属板の破断時における相当ひずみを含むひずみ関連情報を生成するひずみ演算部と、
前記ひずみ演算部により得られた前記ひずみ関連情報を利用して、前記ひずみ比での前記金属板の延性の温度依存性を評価する評価部と、
を有し、
前記塑性加工試験装置は、
所定温度の液体状の熱媒体を保持し、試験材が当該熱媒体中に浸漬される熱媒体浴と、
前記熱媒体浴中に配設されており、前記熱媒体の流れる流路が形成されたスペーサと、
前記熱媒体浴中で前記スペーサの天面上に配設されるダイと、
前記試験材が固定されるものであり、前記熱媒体浴中に降下することで前記試験材を前記熱媒体中に浸漬させる試験材固定機構と、
前記熱媒体浴中へと降下し、前記試験材固定機構及び前記ダイに挟持された前記試験材を押圧することで当該試験材に対して負荷を付与するパンチ部と、
を備え、試験材に対して張出加工を行うことで当該試験材の張出試験を行う張出試験装置である
ことを特徴とする、成形温度評価システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成形温度評価方法及び成形温度評価システムに関する。

【背景技術】

【0002】

これまで、鋼材の成形性を向上させることのできる塑性加工方法が種々提案されている。例えば、以下特許文献１に開示された塑性加工方法では、まず、鋼材のプレス成形前に、７５０℃〜１０００℃程度のオーステナイト単相領域となるＡｃ３点以上に鋼材を加熱炉等で予め加熱する。このオーステナイト単相の状態の鋼材を、プレス成形し、鋼材から金型への伝熱を利用して鋼材を急冷して焼き入れすることで、高強度で寸法精度の良好なプレス成形品を製造する。

【0003】

また、以下の特許文献２に開示された塑性加工方法では、オーステナイトを含有する鋼材に対して、金型のダイを加熱するとともに、金型のパンチを冷却しながら絞り成形する。これにより、成形後にフランジ部となる鋼材の一部をダイとの間での伝熱により加熱させてその変形抵抗を低減させるとともに、鋼材のそれ以外の部位をパンチとの間での伝熱により冷却させてその変形抵抗を増大させて絞り成形することができる。従って、しわや破断の発生を防止しつつ絞り成形することが可能となる。

【0004】

また、以下の特許文献３に開示された塑性加工方法では、鋼材である被加工材の金属組織を、占積率で、母相としてベイニティック・フェライト及び／又はグラニュラー・ベイニティック・フェライトを７０％以上、第２組織として残留オーステナイトを５％以上３０％以下に、かつ上記残留オーステナイト中のＣ濃度を１．０質量％以上に制御する。これによって、室温で７％である上記鋼材の全伸び値が２５０℃で２０％となり、その温度での成形性が向上する。

【0005】

これらの従来技術によって、確かに、ある程度はオーステナイトを含有する鋼材の成形性が向上する。しかし、現在では、部品形状の複雑化や薄肉化が進み、さらなる成形性の向上が要求されている。

【0006】

成形性の向上を図るためには、被成形材の成形特性を正確に評価することが重要である。そのため、例えば以下の特許文献４に開示されているような歪み勾配を考慮した伸びフランジ割れの推定方法等といった、各種の評価方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５−１７７８０５号公報

【特許文献2】特開２００７−１１１７６５号公報

【特許文献3】特開２００４−１９００５０号公報

【特許文献4】特開２０１０− ６９５３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、残留オーステナイト鋼板等のようなある種の金属材では、金属材そのものに由来する発熱（例えば、加工発熱や加工変態熱）に伴い、引張試験や成形試験等といった各種の試験において、正確な試験結果の取得が困難になる場合があるという問題があった。

【0009】

引張試験や成形試験等の各種の試験において、正確な試験結果が得られない場合には、被成形材の正確な評価を行うことができず、更なる成形性の向上に支障をきたす場合が生じうる。

【0010】

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、金属材の成形性の温度依存性をより正確に評価することが可能な成形温度評価方法及び成形温度評価システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、金属板に対して塑性加工試験を行い、得られた試験結果に基づいて当該金属板の成形温度を評価する成形温度評価方法であって、塑性加工試験装置を用いて、所定のひずみ比における前記金属板の前記塑性加工試験を行い、相異なる複数の温度における前記金属板の最大主ひずみ及び最小主ひずみを測定するひずみ測定ステップと、前記ひずみ測定ステップで得られた測定結果に基づいて演算を行い、前記金属板の破断時における相当ひずみを含むひずみ関連情報を生成するひずみ演算ステップと、前記ひずみ演算ステップで得られた前記ひずみ関連情報を利用して、前記ひずみ比での前記金属板の延性の温度依存性を評価する評価ステップと、を含み、前記塑性加工試験装置は、所定温度の液体状の熱媒体を保持するものであり、試験材の長手方向が鉛直方向と略平行となるように前記試験材の被測定部位が浸漬される熱媒体浴と、前記試験材の長手方向の一端を固定するとともに、当該長手方向の他端に対して外力を印加する外力印加部と、前記試験材における前記長手方向の前記外力印加部により固定されている側の端部を、前記長手方向に対して直交する短手方向に延設された挟持部で挟持するとともに、前記試験材の伸びに追随する第１挟持部材と、前記試験材における前記長手方向の前記外力印加部により外力が印加される側の端部を、前記短手方向に延設された挟持部で挟持するとともに、前記試験材の伸びに追随する第２挟持部材と、前記第１挟持部材及び前記第２挟持部材のそれぞれに設置される変位センサと、それぞれの前記変位センサからの出力に基づいて、前記試験材の伸び量を算出する演算処理部と、を備え、試験材の伸びを変位センサで検知して当該試験材に生じた歪みを測定し、前記試験材の引張強度を測定する引張強度試験装置である成形温度評価方法が提供される。
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、金属板に対して塑性加工試験を行い、得られた試験結果に基づいて当該金属板の成形温度を評価する成形温度評価方法であって、塑性加工試験装置を用いて、所定のひずみ比における前記金属板の前記塑性加工試験を行い、相異なる複数の温度における前記金属板の最大主ひずみ及び最小主ひずみを測定するひずみ測定ステップと、前記ひずみ測定ステップで得られた測定結果に基づいて演算を行い、前記金属板の破断時における相当ひずみを含むひずみ関連情報を生成するひずみ演算ステップと、前記ひずみ演算ステップで得られた前記ひずみ関連情報を利用して、前記ひずみ比での前記金属板の延性の温度依存性を評価する評価ステップと、を含み、前記塑性加工試験装置は、所定温度の液体状の熱媒体を保持し、試験材が当該熱媒体中に浸漬される熱媒体浴と、前記熱媒体浴中に配設されており、前記熱媒体の流れる流路が形成されたスペーサと、前記熱媒体浴中で前記スペーサの天面上に配設されるダイと、前記試験材が固定されるものであり、前記熱媒体浴中に降下することで前記試験材を前記熱媒体中に浸漬させる試験材固定機構と、前記熱媒体浴中へと降下し、前記試験材固定機構及び前記ダイに挟持された前記試験材を押圧することで当該試験材に対して負荷を付与するパンチ部と、を備え、試験材に対して張出加工を行うことで当該試験材の張出試験を行う張出試験装置である成形温度評価方法が提供される。

【0012】

前記ひずみ演算ステップでは、前記ひずみ比ごとに、前記金属板の破断時における相当ひずみである限界相当ひずみが最大となる温度を延性極大温度として特定するとともに、前記限界相当ひずみの温度依存性を表す近似曲線を正規分布曲線を利用して算出し、得られた前記近似曲線に基づいて、前記延性極大温度よりも低温側及び高温側における前記近似曲線の標準偏差を算出し、前記延性極大温度及び前記近似曲線の標準偏差を、前記ひずみ関連情報として利用することが好ましい。

【0013】

前記評価ステップでは、前記金属板の予測破断箇所及び当該予測破断箇所におけるひずみ比βｘを特定するとともに、前記ひずみ関連情報を利用して、下記式１で表される温度範囲を算出し、算出した前記温度範囲を、前記金属板を成形する際に適した温度範囲として評価することが好ましい。

【0014】

（Ｔ_βｘ−２×σＬ_βｘ）≦Ｔ≦（Ｔ_βｘ＋１．２５×σＨ_βｘ） ・・・（式１）

【0015】

ここで、上記式１において、
Ｔ_βｘ：ひずみ比βｘにおける延性極大温度（℃）
σＬ_βｘ：ひずみ比βｘの場合における延性極大温度Ｔ_βｘよりも低温側の近似曲線の標準偏差
σＨ_βｘ：ひずみ比βｘの場合における延性極大温度Ｔ_βｘよりも高温側の近似曲線の標準偏差
である。

【0016】

前記第１挟持部材及び前記第２挟持部材のそれぞれは、前記試験材を挟持する挟持部と、当該挟持部の一端に連結され、前記長手方向に延設された連結部と、を有しており、前記第１挟持部材の前記連結部の長さをＡとし、前記第２挟持部材の前記連結部の長さをＢとしたときに、Ｂ／Ａで表される比の値が、０．５以上２．０以下であることが好ましい。

【0017】

前記第１挟持部材及び前記第２挟持部材それぞれの前記挟持部は、前記試験材が配設される溝部が設けられており、弾性変形が可能な第１部材と、前記試験材を挟んで前記第１部材の逆側に配設される第２部材と、を有しており、前記第１部材及び前記第２部材により前記試験材を挟持することが好ましい。

【0018】

前記Ｂ／Ａで表される比の値は、１．０であることが更に好ましい。

【0019】

前記試験材は、ＪＩＳ５号試験片であり、前記第１挟持部材が挟持している前記試験材の位置と、前記第２挟持部材が挟持している前記試験材の位置と、の間の離隔距離が、４５〜５５ｍｍであることが好ましい。

【0020】

前記熱媒体の温度を制御する温度制御部と、前記熱媒体浴中の前記熱媒体を攪拌する攪拌部材と、を更に備え、前記温度制御部は、前記熱媒体の温度を、−７０〜２５０℃の範囲の所定の温度に維持することが好ましい。

【0021】

前記ダイには、前記試験材に当接する前記パンチ部の押圧部位と対応する位置に貫通孔が設けられており、前記パンチ部が前記熱媒体中へと降下することで、前記貫通孔内の前記熱媒体は前記流路を通って前記熱媒体浴中を流れ、前記熱媒体浴中に対流を生じさせることが好ましい。

【0022】

前記スペーサを厚み方向に切断した場合の前記流路の総断面積をＳ_１とし、前記試験材に当接する前記パンチ部の押圧部位の前記スペーサへの投影面積をＳ_２としたときに、（Ｓ_２／Ｓ_１）で表される値が、０．２〜１００であることが好ましく、前記（Ｓ_２／Ｓ_１）で表される値が、０．４〜８であることが更に好ましい。

【0023】

前記試験材固定機構には、貫通孔が設けられており、前記パンチ部は、前記貫通孔を介して前記試験材を押圧することが好ましい。

【0024】

前記パンチ部は、荷重が付与される板状部位と、当該板状部材から突設され、前記試験材に当接することで前記試験材を押圧する押圧部位と、を有する、断面略Ｔ字形状の部材であり、前記板状部材と前記試験材固定機構との間には、所定の閾値以上の荷重が付与された際に付与された荷重の大きさに応じて収縮する収縮部材が設けられており、前記収縮部材が収縮することで、前記押圧部位の先端部が前記試験材を押圧することが好ましい。

【0025】

前記熱媒体の温度を制御する温度制御機構を更に備えることが好ましい。

【0026】

前記押圧部位の先端部は、球形状、角筒形状、円筒形状又は円錐形状を有していてもよい。

【0027】

前記収縮部材は、ガススプリングであってもよい。
また、前記熱媒体浴中の前記熱媒体を攪拌する攪拌装置を更に備えてもよい。

【0028】

また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、金属板に対して塑性加工試験を行い、得られた試験結果に基づいて当該金属板の成形温度を評価する成形温度評価システムであって、前記金属板に対して所定のひずみ比での塑性加工試験を行い、当該金属板の相異なる複数の温度における最大主ひずみ及び最小主ひずみを測定する塑性加工試験装置と、前記塑性加工試験装置により得られた試験結果に基づいて、前記金属板の成形温度に関する評価を実施する演算処理装置と、を含み、前記演算処理装置は、前記塑性加工試験装置により得られた測定結果に基づいて演算を行い、前記金属板の破断時における相当ひずみを含むひずみ関連情報を生成するひずみ演算部と、前記ひずみ演算部により得られた前記ひずみ関連情報を利用して、前記ひずみ比での前記金属板の延性の温度依存性を評価する評価部と、を有し、前記塑性加工試験装置は、所定温度の液体状の熱媒体を保持するものであり、試験材の長手方向が鉛直方向と略平行となるように前記試験材の被測定部位が浸漬される熱媒体浴と、前記試験材の長手方向の一端を固定するとともに、当該長手方向の他端に対して外力を印加する外力印加部と、前記試験材における前記長手方向の前記外力印加部により固定されている側の端部を、前記長手方向に対して直交する短手方向に延設された挟持部で挟持するとともに、前記試験材の伸びに追随する第１挟持部材と、前記試験材における前記長手方向の前記外力印加部により外力が印加される側の端部を、前記短手方向に延設された挟持部で挟持するとともに、前記試験材の伸びに追随する第２挟持部材と、前記第１挟持部材及び前記第２挟持部材のそれぞれに設置される変位センサと、それぞれの前記変位センサからの出力に基づいて、前記試験材の伸び量を算出する演算処理部と、を備え、試験材の伸びを変位センサで検知して当該試験材に生じた歪みを測定し、前記試験材の引張強度を測定する引張強度試験装置である成形温度評価システムが提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、金属板に対して塑性加工試験を行い、得られた試験結果に基づいて当該金属板の成形温度を評価する成形温度評価システムであって、前記金属板に対して所定のひずみ比での塑性加工試験を行い、当該金属板の相異なる複数の温度における最大主ひずみ及び最小主ひずみを測定する塑性加工試験装置と、前記塑性加工試験装置により得られた試験結果に基づいて、前記金属板の成形温度に関する評価を実施する演算処理装置と、を含み、前記演算処理装置は、前記塑性加工試験装置により得られた測定結果に基づいて演算を行い、前記金属板の破断時における相当ひずみを含むひずみ関連情報を生成するひずみ演算部と、前記ひずみ演算部により得られた前記ひずみ関連情報を利用して、前記ひずみ比での前記金属板の延性の温度依存性を評価する評価部と、を有し、前記塑性加工試験装置は、所定温度の液体状の熱媒体を保持し、試験材が当該熱媒体中に浸漬される熱媒体浴と、前記熱媒体浴中に配設されており、前記熱媒体の流れる流路が形成されたスペーサと、前記熱媒体浴中で前記スペーサの天面上に配設されるダイと、前記試験材が固定されるものであり、前記熱媒体浴中に降下することで前記試験材を前記熱媒体中に浸漬させる試験材固定機構と、前記熱媒体浴中へと降下し、前記試験材固定機構及び前記ダイに挟持された前記試験材を押圧することで当該試験材に対して負荷を付与するパンチ部と、を備え、試験材に対して張出加工を行うことで当該試験材の張出試験を行う張出試験装置である成形温度評価システムが提供される。

【発明の効果】

【0029】

以上説明したように本発明によれば、上記のような引張試験装置又は成形試験装置の少なくとも何れか一方を用いて塑性加工試験を実施することで、金属材の成形性の温度依存性をより正確に評価することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】変態誘起塑性現象を説明するための模式図である。

【図2】一軸引張、平面ひずみ引張及び等二軸引張を説明するための模式図である。

【図3】低炭素鋼の各ひずみ比βにおける限界相当ひずみの温度依存性を示すグラフ図である。

【図4】図３中のβ＝０における限界相当ひずみ温度依存性の正規分布近似曲線を示すグラフ図である。

【図5】本発明の第１の実施形態に係る成形温度評価システムの全体構成を概略的に示した説明図である。

【図6】同実施形態に係る演算処理装置の構成の一例を示したブロック図である。

【図7】同実施形態に係る成形温度評価方法の流れの一例を示した流れ図である。

【図8A】同実施形態に係る引張試験装置を側方から見た場合を模式的に示した概略図である。

【図8B】同実施形態に係る引張試験装置を上方から見た場合を模式的に示した概略図である。

【図9】同実施形態に係る第１挟持部材及び第２挟持部材を示した概略図である。

【図10A】同実施形態に係る第１挟持部材及び第２挟持部材を示した概略図である。

【図10B】同実施形態に係る第１挟持部材及び第２挟持部材を示した概略図である。

【図11A】同実施形態に係る第１挟持部材の部分拡大図である。

【図11B】同実施形態に係る第２挟持部材の部分拡大図である。

【図12】同実施形態に係る第１挟持部材の部分拡大図である。

【図13】同実施形態に係る第１挟持部材の部分拡大図である。

【図14】同実施形態に係る成形試験装置の一例を模式的に示した断面図である。

【図15A】同実施形態に係る成形試験装置のパンチ部の一例を模式的に示した説明図である。

【図15B】同実施形態に係る成形試験装置のパンチ部の一例を模式的に示した説明図である。

【図16】同実施形態に係る成形試験装置に用いられる試験材の形状の一例について模式的に示した説明図である。

【図17】同実施形態に係る成形試験装置のスペーサの一例を模式的に示した説明図である。

【図18】同実施形態に係る成形試験装置のスペーサの一例を模式的に示した説明図である。

【図19】同実施形態に係る成形試験装置のスペーサの一例を模式的に示した説明図である。

【図20】同実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。

【図21】同実施形態に係る引張試験装置の検証結果を示したグラフ図である。

【図22】同実施形態に係る成形試験装置の検証結果を示したグラフ図である。

【図23】同実施形態に係る成形試験装置の検証結果を示したグラフ図である。

【図24】従来の成形試験機による試験結果を示したグラフ図である。

【図25】限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌの測定結果を示したグラフ図である。

【図26】実施例３に対応する評価結果を示したグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

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。

【0032】

以下で説明する成形温度評価方法及び成形温度評価システムは、非鉄金属材や、一般的に用いられる各種の鋼材のみならず、ステンレス鋼板や、ＤＰ（Ｄｕａｌ Ｐｈａｓｅ）鋼、ＴＲＩＰ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）鋼等といった特殊な鋼板まで適用可能なものである。以下の説明では、成形温度評価の対象金属材として、残留オーステナイト鋼板の一種であるＴＲＩＰ鋼を取り上げて説明を行うものとするが、本発明の実施形態に係る成形温度評価方法及び成形温度評価システムの適用金属材が下記の例に限定されるものではない。

【0033】

ＴＲＩＰ鋼は、ベイナイトやフェライトと、オーステナイトとが混在する組織からなる鋼材であり、残留するオーステナイトが変形の途中でマルテンサイトに変態することにより、強度及び延性に優れるという特性を有する鋼材である。このＴＲＩＰ鋼に発現する、変形に伴うオーステナイトからマルテンサイトへの変態現象を、変態誘起塑性現象（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ：ＴＲＩＰ現象）という。

【0034】

以下では、本発明の実施形態に係る成形温度評価方法及び成形温度評価システムについて説明するに先立ち、以下の説明で着目するＴＲＩＰ現象と、ＴＲＩＰ現象を考慮した成形温度評価方法について、図を参照しながら説明する。

【0035】

（変態誘起塑性現象と変態誘起塑性現象を考慮した成形温度評価方法について）
＜変態誘起塑性現象について＞
図１は、変態誘起塑性現象を説明するための模式図である。
図１に示すように、オーステナイトを含有する鋼材（ＴＲＩＰ鋼）を例えば引張変形させると、ある程度の変形後に、くびれが生じる。くびれが生じると、そのくびれ部に作用する応力が高くなり、この応力により残留オーステナイトがマルテンサイトに変態する加工誘起変態（図１中でＡとして示す。）が生じる。マルテンサイトは他のミクロ組織と比較して高強度なので、加工誘起変態によりくびれ部が他の部位より強化され、くびれ部の変形が進行しなくなる。この結果、くびれ部近傍の相対的に低強度である部位で変形が進行するようになる。このように、加工誘起変態によるくびれの発生と、変形の抑制とが繰り返される現象が、変態誘起塑性現象（ＴＲＩＰ現象）と呼ばれる。これにより、材料内で均一に変形が進行して、優れた延性が得られることとなる。

【0036】

しかし、上述したＴＲＩＰ現象には、温度依存性が存在する。このＴＲＩＰ現象（加工誘起変態）による延性の向上は、特定の温度範囲のみにて発現する。また、ＴＲＩＰ現象（加工誘起変態）によって延性が最も向上する温度（以後、加工誘起変態延性極大温度と称する。）は、そのＴＲＩＰ鋼の化学組成及び金属組織に依存する。さらに、本発明者らが、鋭意検討した結果、この加工誘起変態延性極大温度は、塑性変形時のひずみ比β（塑性変形様式）に影響を受けて、その値が変化するひずみ比β依存性（塑性変形様式依存性）も有することが明らかとなった。

【0037】

ここで、ひずみ比βとは、２軸応力状態における２軸方向のひずみをそれぞれ最大主ひずみε１及び最小主ひずみε２とするとき、β＝ε２÷ε１で表される。ただし、ε１≧ε２である。特に、β＝−０．５となる状態が一軸引張状態、β＝０となる状態が平面ひずみ引張状態、そして、β＝１．０となる状態が等二軸引張状態と呼ばれる。図２に、一軸引張、平面ひずみ引張、及び、等二軸引張を説明する模式図を示す。図２に示すように、β＝−０．５である一軸引張とは、図中に示すε１方向に伸び、ε２方向には縮む変形様式であり、これは絞り成形のような塑性加工に対応する。β＝０である平面ひずみ引張とは、図中に示すε１方向に伸び、ε２方向には変形が生じない変形様式であり、これは曲げ成形のような塑性加工に対応する。β＝１．０である等二軸引張とは、図中に示すε１方向に伸び、ε２方向にも伸びる変形様式であり、これは張出し成形のような塑性加工に対応する。

【0038】

塑性変形能の向上のためにＴＲＩＰ現象を有効に活用するには、鋼材種毎に特有の値となる加工誘起変態延性極大温度と、この加工誘起変態延性極大温度に影響を及ぼす塑性変形時のひずみ比β（塑性変形様式）との両方を同時に考慮しなければならない。また、ＴＲＩＰ現象に伴って、ＴＲＩＰ鋼に由来する発熱（加工発熱や、加工変態熱等）が生じるため、これらが塑性加工試験結果に重畳する可能性を考慮することも求められる。しかしながら、上述した従来技術では、これらの考慮を行っていない。そこで、以下で説明する本発明の実施形態に係る成形温度評価方法及び成形温度評価システムでは、上記のような様々な点を考慮しつつ、金属材の成形温度を適切に評価する技術を提供するものである。

【0039】

なお、加工誘起変態延性極大温度はひずみ比βに依存する値であるので、以後、加工誘起変態延性極大温度をＴβと表すものとする。例えば、ひずみ比がβ＝−０．５である場合、その加工誘起変態延性極大温度をＴ−０．５と表す。

【0040】

＜変態誘起塑性現象を考慮した成形温度評価方法について＞
図３に、低炭素鋼について調査した各ひずみ比βにおける限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌの温度依存性を示した。図３中で、四角印及び点線がβ＝−０．５の結果を表し、△印及び二点鎖線がβ＝０の結果を表し、丸印及び実線がβ＝１．０の結果を表している。また、相当ひずみεｅｑとは、２軸応力状態における２軸方向のひずみを、それぞれ最大主ひずみε１および最小主ひずみε２とするとき、下記の式Ａにより計算されるひずみのことである。この相当ひずみεｅｑは、多軸応力状態における応力−ひずみ成分を、それに相当する単軸応力−ひずみに換算したものである。この相当ひずみεｅｑは、異なる塑性変形様式、つまり、異なるひずみ比βにおける塑性変形能（延性）を比較するために用いられる。そして、限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌとは、被加工材である鋼材に破断が発生する際の相当ひずみεｅｑのことである。

【0041】

【数1】

【0042】

図３に示したように、限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ（延性）は、特定の温度範囲でその値が向上する。前述のように、この延性の向上は、ＴＲＩＰ現象の発現に起因するものである。このように、ＴＲＩＰ現象による延性の向上は、温度依存性を有するものである。例えばβ＝−０．５の場合、図３に示したように加工誘起変態延性極大温度Ｔ−０．５は１５０℃となり、この温度で限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが最も高い値となることがわかる。

【0043】

また図３から明らかなように、ひずみ比βに依存して、加工誘起変態延性極大温度Ｔβが変化することがわかる。例えば、上述のようにβ＝−０．５の場合、加工誘起変態延性極大温度Ｔ−０．５は１５０℃であるが、β＝０の場合には加工誘起変態延性極大温度Ｔ０は２００℃となり、β＝１．０の場合には加工誘起変態延性極大温度Ｔ１．０は２５０℃となる。このように、加工誘起変態延性極大温度Ｔβは、ひずみ比β依存性を有する。

【0044】

図４に、図３中のβ＝０における限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌの温度依存性を二点鎖線として示すとともに、限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌの温度依存性が正規分布曲線に従うと仮定した場合の近似曲線を点線として併せて示した。上記のように、ひずみ比β＝０の場合、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが最も向上する温度は、加工誘起変態延性極大温度Ｔ０の２００℃となる。しかし、図４に示すように、限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが向上する温度は、特定の範囲を有している。この限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが向上する温度範囲は、図４中にて点線で示す正規分布曲線に従うと仮定して近似した曲線から求めることが可能である。

【0045】

上記のＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが向上する温度範囲を、近似曲線（近似関数）から求める方法を以下に説明する。

【0046】

まず、限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌの温度依存性が正規分布曲線に従うと仮定して、この温度依存性を下記の式Ｂ及び式Ｃに示す確率密度関数に近似する。

【0047】

【数2】

【0048】

ここで、上記式Ｂは、ひずみ比がβであり、そして、限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが最も向上する温度である加工誘起変態延性極大温度Ｔβより低温度側である、限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌの温度依存性の近似関数（Ｔβより低温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線）を表している。

【0049】

また、上記式Ｃは、ひずみ比がβであり、そして、限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが最も向上する温度である加工誘起変態延性極大温度Ｔβより高温度側である、限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌの温度依存性の近似関数（Ｔβより高温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線）を表している。

【0050】

なお、上記式Ｂ及び式Ｃにおいて、
εｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ：限界相当ひずみ
Ｔ：温度
Ｔβ：加工誘起変態延性極大温度
σＬβ：Ｔβより低温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差、
σＨβ：Ｔβより高温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差、
ｅ：自然対数、
π：円周率、
Ｃ１〜Ｃ４：定数、
である。

【0051】

確率密度関数の数学的な定義から考慮すると、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが向上する温度範囲は、上記のσＬβとσＨβとにより表現が可能である。つまり、この温度範囲は、例えば、（Ｔβ−３×σＬβ）〜（Ｔβ＋３×σＨβ）、（Ｔβ−２×σＬβ）〜（Ｔβ＋２×σＨβ）、又は、（Ｔβ−σＬβ）〜（Ｔβ＋σＨβ）等のように表現することができる。ここで、上記範囲が（Ｔβ−３×σＬβ）〜（Ｔβ＋３×σＨβ）である場合は、確率密度関数の積分値が０．９９７４となることを数学的に意味し、上記範囲が（Ｔβ−２×σＬβ）〜（Ｔβ＋２×σＨβ）である場合は、確率密度関数の積分値が０．９５４４となることを数学的に意味し、上記範囲が（Ｔβ−σＬβ）〜（Ｔβ＋σＨβ）である場合は、確率密度関数の積分値が０．６８２６となることを数学的に意味する。

【0052】

このように、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが向上する温度範囲は、正規分布曲線に従うと仮定して近似した曲線（限界相当ひずみ近似曲線）の標準偏差であるσＬβとσＨβとを用いて表現することができる。これらのσＬβ及びσＨβは、ひずみ比βに依存する値である。以後、これらのσＬβ及びσＨβを、例えば、ひずみ比がβ＝０である場合、σＬ０及びσＨ０と記す。図４に示すひずみ比β＝０の場合では、加工誘起変態延性極大温度Ｔ０が２００℃となり、そして、近似曲線の解析結果から、σＬ０が５５℃、σＨ０が１９℃となる。なお、σＬβとσＨβとを求めるための近似曲線の解析は、一般のデータ分析・グラフ作成アプリケーションや、一般のグラフ作成機能を有する表計算アプリケーションで行うことができる。

【0053】

図４では、例えば、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが向上する温度範囲は、（Ｔ０−３×σＬ０）〜（Ｔ０＋３×σＨ０）の場合が３５℃〜２５７℃、（Ｔ０−２×σＬ０）〜（Ｔ０＋２×σＨ０）の場合が９０℃〜２３８℃、または、（Ｔ０−σＬ０）〜（Ｔ０＋σＨ０）の場合が１４５℃〜２１９℃、などと表現することが可能である。

【0054】

ただ、本発明者らが、種々の鋼材及び種々のひずみ比について鋭意検討した結果、温度範囲として（Ｔβ−２×σＬβ）〜（Ｔβ＋１．２５×σＨβ）を採用すると、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが向上する温度範囲を、過不足なく好ましく表現できることが判明した。従って、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが向上する温度範囲としては、（Ｔβ−２×σＬβ）〜（Ｔβ＋１．２５×σＨβ）を採用することが好ましい。

【0055】

また、必要に応じて、上記の温度範囲の下限を、（Ｔβ−１．７５×σＬβ）、（Ｔβ−１．５×σＬβ）、又は（Ｔβ−１．２５×σＬβ）としてもよい。同様に、上記の温度範囲の上限を、（Ｔβ＋１．２０×σＨβ）、（Ｔβ＋１．１５×σＨβ）、又は（Ｔβ−１．１０×σＬβ）としてもよい。

【0056】

ひずみ比がβ＝０の場合、そして、温度範囲を（Ｔ０−２×σＬ０）〜（Ｔ０＋１．２５×σＨ０）とする場合、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが向上する温度範囲は９０℃〜２２３．７５℃となる。つまり、この低炭素鋼の場合、ひずみ比β＝０である塑性変形様式で塑性変形能を向上させるためには、９０℃〜２２３．７５℃の温度範囲で塑性加工を行えばよい、という成形温度評価を下すことができる。

【0057】

以上説明したように、ＴＲＩＰ鋼の成形温度を評価する場合には、温度Ｔ及びひずみ比βを変化させながらＴＲＩＰ鋼の塑性加工試験を実施し、最大主ひずみε１及び最小主ひずみε２を測定する。その後、得られた測定結果を利用して、ひずみ比β毎に各温度Ｔにおける限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌを算出する。これにより、図３に例示したような、温度Ｔと限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌとの関係を示したグラフ図を得ることができる。続いて、得られた限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌの温度依存性を示す曲線を正規分布曲線で近似する。このような正規分布曲線を算出することで、塑性加工に適した成形温度を評価することが可能となる。

【0058】

なお、以上の説明では、ＴＲＩＰ鋼を例に挙げて説明を行ったが、一般的な鋼材を含む他の金属材の場合であっても、限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが最大となる温度を特定し、かかる温度を延性極大温度Ｔ_βとして取り扱うことで、同様に成形温度を評価することが可能である。

【0059】

以下では、以上説明したような金属材に対する成形温度評価を行うことが可能な成形温度評価システムについて、図を参照しながら詳細に説明する。

【0060】

（第１の実施形態）
＜成形温度評価システムの構成について＞
以下では、まず、図５を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る成形温度評価システムの構成について説明する。図５は、本実施形態に係る成形温度評価システムの全体構成を概略的に示した説明図である。

【0061】

図５に示したように、本実施形態に係る成形温度評価システム１は、演算処理装置１０と、塑性加工試験装置２０と、を少なくとも有する。

【0062】

演算処理装置１０は、成形温度を評価する評価対象金属材（以下、単に金属材とも称する。）の塑性加工試験結果に基づいて、評価対象金属材の成形温度に関する評価（より具体的には、延性の温度依存性に関する評価）を行う装置である。この演算処理装置１０は、先だってＴＲＩＰ鋼を例に挙げて説明したような成形温度評価方法に基づいて、評価対象金属材の評価を実施する。

【0063】

なお、演算処理装置１０の詳細な構成等については、以下で詳述する。

【0064】

塑性加工試験装置２０は、評価対象金属材に対して種々の塑性加工試験を実施して、評価対象金属材の最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２を少なくとも測定する装置である。このような塑性加工試験装置２０としては、公知の引張試験機や成形試験機を挙げることができ、これら公知の試験機を用いることで、試験中の試験片の温度変化を５０℃以内に保ちつつ、塑性加工試験を実施することができる。

【0065】

ここで、本実施形態に係る成形温度評価システム１では、以下で詳述するような特定の引張試験装置２１又は成形試験装置２３の少なくとも一方を用いるものとする。以下で詳述するような試験装置の少なくとも一方を用いることで、ステンレス鋼を含む、オーステナイト含有率が２〜１００％であるオーステナイト鋼を試験対象とした場合であっても、試験中の試験片の温度変化を３０℃以内に均一に保ちつつ、正確な測定を行うことができる。また、以下で詳述するような試験装置の双方を用いることで、オーステナイト含有率が２〜３０％であるオーステナイト鋼（例えば、ＴＲＩＰ鋼やＤＰ鋼等）を試験対象とした場合であっても、試験中の試験片の温度変化を１５℃以内に均一に保ちつつ、極めて正確な測定を行うことができる。これは、以下で詳述する引張試験装置２１や成形試験装置２３を利用することで、金属材を均一に加熱し、塑性変形をより均一に近い状態で進行させることが可能となるためである。

【0066】

これら引張試験装置２１及び成形試験装置２３の詳細な構成については、以下で詳述する。

【0067】

以上、図５を参照しながら、本実施形態に係る成形温度評価システム１の構成について説明した。

【0068】

＜演算処理装置の構成について＞
次に、図６を参照しながら、本実施形態に係る成形温度評価システム１が備える演算処理装置１０の構成について、詳細に説明する。図６は、本実施形態に係る演算処理装置１０の構成の一例を示したブロック図である。

【0069】

本実施形態に係る演算処理装置１０は、図６に示したように、測定データ取得部１０１と、ひずみ演算部１０３と、評価部１０５と、評価結果出力部１０７と、表示制御部１０９と、記憶部１１１と、を主に備える。

【0070】

測定データ取得部１０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、入力装置、通信装置等により実現される。測定データ取得部１０１は、以下で詳述する塑性加工試験装置２０により実施された各種の塑性加工試験の試験結果に対応する測定データを取得する。この測定データには、評価対象金属材について、ひずみ比βを変化させながら様々な温度で測定した、最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２に関する測定データが少なくとも含まれている。

【0071】

かかる測定データは、後述する記憶部１１１に予め格納されていてもよいし、ユーザによってキーボード等の入力装置から入力されたものであってもよいし、各種の記録媒体に記録されたものであってもよい。測定データ取得部１０１は、塑性加工試験装置２０から測定データを直接取得してもよいし、測定データが格納されている外部のサーバから測定データを取得してもよい。

【0072】

測定データ取得部１０１は、取得した塑性加工試験結果に対応する測定データを、ひずみ演算部１０３に出力する。

【0073】

ひずみ演算部１０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。ひずみ演算部１０３は、塑性加工試験装置により実施された、所定のひずみ比における相異なる複数の温度での測定結果に基づいて、相当ひずみε_ｅｑを演算する。より詳細には、ひずみ演算部１０３は、塑性加工試験装置による試験結果のうち、試験材が破断した時点での測定データを利用して、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}を演算する。限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}の演算は、上記式Ａを用いることで行うことができる。

【0074】

ひずみ演算部１０３は、このような限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}を、塑性加工試験を実施した各ひずみ比β毎に試験を行った各温度Ｔについて算出することで、図３に例示したような限界相当ひずみの温度依存性を表す曲線に対応するデータ群を生成することができる。

【0075】

また、ひずみ演算部１０３は、以上のようにして得られた演算結果を利用し、それぞれのひずみ比βごとに、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が極大となる温度（すなわち、延性極大温度Ｔ_β）を特定する。その後、ひずみ演算部１０３は、上記式Ｂ及び式Ｃを利用して、延性極大温度Ｔ_βよりも低温度側に位置する限界相当ひずみの近似曲線と、延性極大温度Ｔ_βよりも高温度側に位置する限界相当ひずみの近似曲線と、を算出する。得られた近似曲線を表す式と、上記式Ｂ及び上記式Ｃとを比較することで、ひずみ演算部１０３は、ひずみ比β毎に、延性極大温度Ｔβより低温度側における、ひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差σＬβと、延性極大温度Ｔβより高温度側における、ひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差σＨβとを、特定することができる。

【0076】

ひずみ演算部１０３は、以上のようにして、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}や、延性極大温度Ｔ_βや、各標準偏差σＬβ，σＨβ等を含むひずみ関連情報を、それぞれのひずみ比βについて生成する。

【0077】

ひずみ演算部１０３は、以上のようにして生成した各ひずみ比βでのひずみ関連情報を、評価部１０５に出力する。

【0078】

以上説明したように、本実施形態に係るひずみ演算部１０３は、評価対象金属材の物性を解析する物性解析部であると言える。

【0079】

評価部１０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。評価部１０５は、ひずみ演算部１０３により得られたひずみ関連情報を利用して、各ひずみ比βでの金属材の延性の温度依存性を評価する。

【0080】

具体的には、評価部１０５は、まず、評価対象金属材を塑性変形させる際に、金属材の最もくびれや破断が発生しやすい局所領域（予測破断箇所）を特定し、この局所領域の塑性変形様式としてひずみ比βｘを特定する。続いて、評価部１０５は、塑性加工試験装置２０で測定されたひずみ比β（ひいては、ひずみ演算部１０３から出力されたひずみ関連情報に含まれるひずみ比β）の中から、このひずみ比βｘを選択する。

【0081】

ここで、予測破断箇所及び該当箇所のひずみ比βｘの特定方法は、特に限定されるものではないが、例えば、塑性加工試験装置２０により別途スクライブドサークルテストを実施することで、予測破断個所及び該当箇所のひずみ比βｘを特定することができる。スクライブドサークルテストとは、加工前の被加工材の表面に、円形パターンや格子パターン等を描いておき、塑性変形によってくびれや破断が発生しやすい局所領域（予測破断箇所）を特定するとともに、当該局所領域の上記パターン形状を測定することで、局所領域の塑性変形様式（ひずみ比βｘ）を特定する方法である。

【0082】

評価部１０５は、塑性加工試験装置２０により別途実施されたスクライブドサークルテストの結果から、局所領域の塑性変形様式を、一軸引張（β＝−０．５）、絞り領域（−０．５＜β＜０）、平面ひずみ引張（β＝０）、張出領域（０＜β＜１．０）及び等二軸引張（β＝１．０）等に分類することができる。

【0083】

なお、上述のように、実測によって予測破断箇所及び該当箇所のひずみ比βｘを解析することも可能であるが、評価部１０５は、有限要素法を用いた塑性変形シミュレーションを用いて、予測破断箇所及び該当箇所のひずみ比βｘを解析してもよい。この場合には、数多く市販されているコンピュータ用の塑性変形シミュレーションプログラムを使用すればよい。塑性変形シミュレーションを用いれば、実測が困難である、被加工材の内部が予測破断箇所となる場合でも、予測破断箇所の特定と該当箇所のひずみ比βｘの解析とが可能となる。そして、上記シミュレーション結果の妥当性を、実験にて確認するだけでよいため、最小実験数にて予測破断箇所及び該当箇所のひずみ比βｘを解析することが可能となる。

【0084】

このように、評価部１０５では、まず、塑性変形様式の解析処理が実施される。

【0085】

その後、評価部１０５は、下記式Ｄで表される金属材の予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}の範囲を、該当箇所のひずみ比βｘに応じた成形最適温度範囲であると評価する。ここで、下記式Ｄに示した成形最適温度範囲の下限値及び上限値を算出する際には、ひずみ演算部１０３により算出された各ひずみ比βでのひずみ関連情報が利用される。

【0086】

（Ｔ_βｘ−２×σＬ_βｘ）≦Ｔ_{ｌｏｃａｌ}≦（Ｔ_βｘ＋１．２５×σＨ_βｘ） ・・・（式Ｄ）

【0087】

上記のように、温度範囲としては、（Ｔ_βｘ−３×σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ＋３×σＨ_βｘ）または（Ｔ_βｘ−２×σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ＋２×σＨ_βｘ）などを用いてもよいが、本実施形態では、（Ｔ_βｘ−２×σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ＋１．２５×σＨ_βｘ）を、第一の成形最適温度範囲として評価する。また、評価部１０５は、必要に応じて、上記第一の成形最適温度範囲を、例えば、（Ｔ_βｘ−σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ＋σＨ_βｘ）又は（Ｔ_βｘ−０．５×σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ＋０．５×σＨ_βｘ）などと更に狭めて設定することも可能である。

【0088】

また、成形を行う金属材がＴＲＩＰ鋼等であり、更に好ましく延性向上効果を得たい場合には、評価部１０５は、塑性加工中に熱交換や加工発熱などによって変化する予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}の温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}を単位℃で解析しておき、上記式Ｄに示した第一の成形最適温度範囲に代わり、この温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}を勘案した下記の式Ｅに示す温度範囲を、第二の成形最適温度範囲として評価すればよい。

【0089】

（Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}−２×σＬ_βｘ）≦Ｔ_{ｌｏｃａｌ}≦（Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}＋１．２５×σＨ_βｘ） ・・・（式Ｅ）

【0090】

このように、塑性加工中に熱交換や加工発熱などによって変化する金属材の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}の温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}を考慮することによって、次の効果が得られる。例えば、ひずみ速度が遅い塑性加工であり、塑性加工開始時と、金属材にくびれや破断が発生する塑性加工終了時と、を比較して金属材の温度変化が大きい場合であっても、塑性変形能が最も必要とされる塑性加工終了時における予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}を、適切に評価することができる。又は、例えば、ひずみ速度が速い塑性加工であり、加工発熱の影響が無視できない場合であっても、上記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}を適切に評価することができる。

【0091】

評価部１０５は、最も好ましく延性向上効果を得たい場合、必要に応じて、上記第二の成形最適温度範囲を、（Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}−σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}＋σＨ_βｘ）又は（Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}−０．５×σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}＋０．５×σＨ_βｘ）などとすればよい。

【0092】

なお、温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}の解析は、予測破断箇所に熱電対等を取り付けて塑性変形中の予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}を実際に測定すればよい。または、上述した有限要素法を用いた塑性変形シミュレーションを用いて、上述した予測破断箇所及びその箇所のひずみ比βｘの解析に加えて、この温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}を解析してもよい。

【0093】

以上のようにして得られた第一又は第二の成形最適温度範囲は、金属材の延性の温度依存性を評価したデータであると言える。評価部１０５は、このようにして得られた成形最適温度範囲に関するデータを、着目している金属材の評価結果として、評価結果出力部１０７に出力する。

【0094】

評価結果出力部１０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。評価結果出力部１０７は、評価部１０５による評価対象金属材に対する評価結果を出力する。評価結果は、表示制御部１０９を介してディスプレイ等の表示装置に表示されたり、プリンタ等の出力装置により紙媒体として出力されたり、各種記録媒体にデータとして格納されたり、外部に設けられた各種の機器に送信されたりする。これにより、成形温度評価システム１のユーザは、各種の評価結果を把握することが可能となる。

【0095】

表示制御部１０９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置、通信装置等により実現される。表示制御部１０９は、評価部１０５から伝送された、評価対象金属材の延性の温度依存性を含む各種の評価結果を、演算処理装置１０が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置１０の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、成形温度評価システム１のユーザは、各種の評価結果をその場で把握することが可能となる。

【0096】

記憶部１１１は、例えば本実施形態に係る演算処理装置１０が備えるＲＯＭ、ＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部１１１には、本実施形態に係る演算処理装置１０が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部１１１は、測定データ取得部１０１、ひずみ演算部１０３、評価部１０５、評価結果出力部１０７、表示制御部１０９等が、自由にデータのリード／ライト処理を行うことが可能である。

【0097】

以上、本実施形態に係る演算処理装置１０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。

【0098】

なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。

【0099】

＜成形温度評価方法の流れについて＞
続いて、図７を参照しながら、本実施形態に係る成形温度評価方法の流れの一例について、簡単に説明する。図７は、本実施形態に係る成形温度評価方法の流れの一例を示した流れ図である。

【0100】

本実施形態に係る成形温度評価方法では、所定の塑性加工試験装置２０を利用して、評価対象金属材に対して塑性加工試験が実施される（ステップＳ１０１）。

【0101】

その後、演算処理装置１０の測定データ取得部１０１は、得られた試験結果に対応する測定データを取得して（ステップＳ１０３）、ひずみ演算部１０３に出力する。

【0102】

ひずみ演算部１０３では、取得した測定データに基づいて、限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌを演算するとともに（ステップＳ１０５）、得られた限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌを利用して、上記のひずみ関連情報を生成する（ステップＳ１０７）。その後、ひずみ演算部１０３は、得られたひずみ関連情報を、評価部１０５に出力する。

【0103】

評価部１０５は、ひずみ演算部１０３から得られたひずみ関連情報を利用するとともに、塑性加工試験装置２０により実施されたスクライブドサークルテスト等の結果や各種シミュレーション結果を利用して、評価対象金属材の塑性変形様式を解析する（ステップＳ１０９）。その後、評価部１０５は、得られた解析結果やひずみ関連情報を利用して、上記式Ｄ又は式Ｅ等に基づいて、評価対象金属材の成形最適温度範囲を算出する（ステップＳ１１１）。評価部１０５は、このようにして得られた評価対象金属材の成形最適温度範囲を、評価結果として評価結果出力部１０７に出力する。

【0104】

続いて、評価結果出力部１０７は、評価部１０５から出力された評価結果を、所定の方法により出力する。これにより成形温度評価方法を利用したユーザは、評価対象金属材の成形最適温度範囲に関する評価結果（すなわち、延性の温度依存性の評価結果）を把握することが可能となる。

【0105】

以上、図７を参照しながら、本実施形態に係る成形温度評価方法の流れについて、簡単に説明した。

【0106】

続いて、本実施形態に係る塑性加工試験装置２０として利用することが好ましい各種の試験装置について、図を参照しながら詳細に説明する。

【0107】

＜引張試験装置について＞
［引張試験装置の全体構成について］
まず、図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら、本実施形態に係る成形温度評価システムにおいて使用することが好ましい引張試験装置２１の全体構成について説明する。図８Ａは、本実施形態に係る引張試験装置を側方から見た場合を模式的に示した概略図であり、図８Ｂは、本実施形態に係る引張試験装置を上方から見た場合を模式的に示した概略図である。ここで、図８Ａ及び図８Ｂに関する説明では、各図に示した直交座標系を利用して方向を説明するものとする。また、図８Ａは、引張試験装置の内部構造をより明確に図示するために、部材の一部を省略して記載している。

【0108】

本実施形態に係る引張試験装置２１は、金属試験材の伸びを変位センサで検知して試験材に生じたひずみを測定し、試験材の引張強度を測定する引張試験装置である。かかる引張試験装置２１は、恒温槽として機能する熱媒体浴２０１を有しており、熱媒体浴２０１の内部には、例えばシリコンオイル等の液体状の熱媒体２０３が保持されている。この熱媒体浴２０１には、試験材Ｓの長手方向が鉛直方向（ｚ軸方向）と略平行となるように、試験材Ｓの被測定部位が浸漬される。熱媒体２０３としてシリコンオイル等といった液体状の媒体を利用することで、熱媒体の熱容量を増加させることが可能となり、試験材に発生する熱による影響を緩和することができる。

【0109】

熱媒体２０３の種類は、引張試験の実施温度に応じて決定すればよく、熱媒体２０３として例えばシリコンオイルを用いた場合には、シリコンオイルの使用許容温度範囲である−７０℃〜２５０℃での引張試験が可能となる。

【0110】

ここで、試験材Ｓの形状は特に限定するものではないが、例えば、ＪＩＳ Ｚ２２０１（金属材料引張試験片）に規定されているようなＪＩＳ５号試験片等の各種の試験片を利用することが可能である。

【0111】

試験材Ｓは、長手方向の下端（ｚ軸負方向側の端部）を固定する試験材下部チャック治具（以下、下部チャック治具とも称する。）２０５と、長手方向の上端（ｚ軸正方向側の端部）を固定する試験材上部チャック治具２０７ａ，２０７ｂと、により固定されている。試験材下部チャック治具２０５は、図８Ａに示したように、熱媒体浴２０１の内部に固定される。また、試験材上部チャック治具２０７ａ，２０７ｂは、熱媒体浴２０１の外部に配設されるものであり、図８Ｂに示したように、ｘ軸正方向側から試験材Ｓを固定する治具２０７ａと、ｘ軸負方向側から試験材Ｓを固定する治具２０７ｂと、から構成されている（以下、これらの治具２０７ａ，２０７ｂをまとめて、上部チャック治具２０７とも称する。）。

【0112】

試験材下部チャック治具２０５及び試験材上部チャック治具２０７ａ，２０７ｂは、シャフト２０９を介して、荷重被負荷治具２１１と連結されている。これら試験材下部チャック治具２０５、試験材上部チャック治具２０７ａ，２０７ｂ、シャフト２０９及び荷重被負荷治具２１１が、試験材Ｓに対する外力印加部として機能する。

【0113】

すなわち、荷重被負荷治具２１１は、アクチュエータ等の公知の駆動装置（図示せず。）に連結され、駆動装置の動作に伴ってｚ軸正方向側に引っ張られたり、ｚ軸負方向側に圧縮されたりする。荷重被負荷治具２１１に加えられた荷重負荷は、シャフト２０９を介して試験材上部チャック治具２０７ａ，２０９ｂに伝達され、その結果、試験材Ｓに対して外力が印加されることとなる。

【0114】

また、試験材Ｓには、試験材Ｓの下部チャック治具２０５側の端部（ｚ軸負方向側の端部）を挟持する第１挟持部材２１３と、試験材Ｓの上部チャック治具２０７側の端部（ｚ軸正方向側の端部）を挟持する第２挟持部材２１５と、が設けられている。第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５の一端は、熱媒体浴１の外部に位置している。かかる第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５については、以下で詳述する。

【0115】

第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５の熱媒体浴２０１の外部に位置する端部には、変位センサとして機能する差動トランス式変位計２１７がそれぞれ設置されている。差動トランス式変位計２１７は、コア２１９の鉛直方向（ｚ軸方向）の変位を電圧差として出力する変位センサであり、コア２１９に生じた変位を、電圧という高精度な電気信号として出力することができる。それぞれの差動トランス式変位計２１７からの出力データ（すなわち、電圧に関する電気信号）は、後述する演算処理ユニット２２３に出力される。本実施形態に係る引張試験装置２１では、試験材Ｓに生じた変位を測定する測定機器が熱媒体浴２０１の外部に設けられているため、熱媒体２０３によって測定系が影響を受けることがない。

【0116】

このように、本実施形態に係る引張試験装置２１では、第１挟持部材２１３、第２挟持部材２１５及び各差動トランス式変位計２１７が互いに連携することで、ひずみ計として機能することとなる。

【0117】

熱媒体浴２０１の下部には、熱媒体の温度を制御する温度制御部として機能するヒータ２２１が設けられており、熱媒体２０３の温度を、引張試験を実施する所定の温度に維持することができる。

【0118】

また、引張試験装置２１には、それぞれの差動トランス式変位計２１７から出力された電圧に関する電気信号に基づいて、試験材Ｓに発生した伸び量（又は縮み量）を算出する演算処理ユニット２２３が設けられている。

【0119】

差動トランス式変位計２１７は、出力される電圧差が測定対象に生じた変位と比例している計測機器である。従って、第１挟持部材２１３に設置された差動トランス式変位計２１７が検知した変位量と、第２挟持部材２１５に設置された差動トランス式変位計２１７が検知した変位量との差分を取ることによって、演算処理ユニット２２３は、試験材Ｓに生じた変位量（すなわち、伸び量又は縮み量）を算出することができる。

【0120】

また、演算処理ユニット２２３は、算出した試験材Ｓの伸び量と、試験材Ｓに加えられた外力の大きさと、を利用して、試験材Ｓに生じたひずみや、試験材Ｓに付与された応力の大きさを算出することが可能である。更に、演算処理ユニット２２３は、得られた算出結果に基づいて応力−ひずみ曲線等を作成し、ディスプレイ等の表示装置や他のコンピュータ等に結果出力したり、所定の帳票形式で結果をプリントアウトしたりすることも可能である。

【0121】

なお、演算処理ユニット２２３は、引張試験装置２１に実装されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる電子回路であっても良いし、引張試験装置２１に接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する各種のコンピュータであってもよい。

【0122】

また、図８Ｂに示したように、熱媒体浴２０１には、熱媒体２０３を攪拌するための公知の攪拌装置２２５が設置されていることが好ましい。攪拌装置２２５により熱媒体２０３を攪拌することで、熱媒体浴２０１中における熱媒体２０３の温度分布をより均一化することが可能となり、より正確に引張試験を実施することが可能となる。

【0123】

更に、図８Ｂに示したように、熱媒体浴２０１中には、ヒータ２２１に加えて、投げ込みヒータ２２７が更に設置されていてもよい。

【0124】

以上、図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら、本実施形態に係る引張試験装置２１の全体構成について説明した。

【0125】

［第１挟持部材及び第２挟持部材について］
続いて、図９〜図１３を参照しながら、第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５について、詳細に説明する。図９〜図１０Ｂは、本実施形態に係る第１挟持部材及び第２挟持部材を示した概略図である。図１１Ａ、図１２、図１３は、本実施形態に係る第１挟持部材２１３の部分拡大図であり、図１１Ｂは、本実施形態に係る第２挟持部材２１５の部分拡大図である。

【0126】

図９は、図８Ａ及び図８Ｂに示した引張試験装置２１の全体構成から、試験材Ｓ、第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５を取り出して示したものである。図９に示したように、第１挟持部材２１３は略Ｓ字形状の部材であり、第２挟持部材２１５は、略Ｚ字形状の部材である。これら第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５は、試験材Ｓを短手方向（ｙ軸方向）に沿って挟持する。換言すれば、第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５は、試験材Ｓの引張方向（ｚ軸方向）に対して直交する方向に、試験材Ｓを面で挟持している。また、第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５は、第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５自体は変形することなく、試験材Ｓの伸び（又は縮み）に追随する。これにより、シリコンオイル等の液体状の熱媒体２０３中に試験材Ｓが浸漬されたとしても、試験材Ｓとの間に滑りが生じることなく確実に保持することが可能となるため、液体状の熱媒体中で正確に引張試験を行うことが可能となる。

【0127】

第１挟持部材２１３は、図９に示すように、ｙ軸方向に延設され試験材Ｓを挟持する挟持部２１３ａと、挟持部２１３ａの一端に連結され、試験材Ｓの長手方向（ｚ軸方向）に延設された連結部２１３ｂと、連結部２１３ｂの一端から延設された変位センサ取付部２１３ｃと、を備える。これら挟持部２１３ａ、連結部２１３ｂ及び変位センサ取付部２１３ｃは、一体に形成されることが好ましい。

【0128】

同様に、第２挟持部材２１５は、ｙ軸方向に延設され試験材Ｓを挟持する挟持部２１５ａと、挟持部２１５ａの一端に連結され、試験材Ｓの長手方向（ｚ軸方向）に延設された連結部２１５ｂと、連結部２１５ｂの一端から延設された変位センサ取付部２１５ｃと、を備える。これら挟持部２１５ａ、連結部２１５ｂ及び変位センサ取付部２１５ｃは、一体に形成されることが好ましい。

【0129】

また、第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５が試験材Ｓに取り付けられる際、挟持部２１３ａと挟持部２１５ａとの間の離隔距離Ｌ１を所定範囲の値となるように調整することが好ましい。例えば試験材ＳとしてＪＩＳ５号試験片を利用する場合、離隔距離Ｌ１は、４５ｍｍ〜５５ｍｍとなることが好ましい。この数値範囲について、ＪＩＳ Ｚ２２０１では、ＪＩＳ５号試験片を利用する場合の標点距離を５０ｍｍとすることが規定されている。そこで、標点距離に対応する離隔距離Ｌ１としては、ＪＩＳで規定された標点距離に５ｍｍの余裕を見て、４５ｍｍ〜５５ｍｍが好ましいとしている。離隔距離Ｌ１が４５ｍｍ未満である場合には、局所的な伸びの影響が大きくなり、正確な評価が出来ない場合があるため、好ましくない。また、離隔距離Ｌ１が５５ｍｍ超過である場合には、ＪＩＳ５号試験片のＲによる影響が大きくなって、正確な評価が出来ない場合があるため、好ましくない。

【0130】

続いて、図１０Ａ〜図１３を参照しながら、第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５のより詳細な構造について説明する。
図１０Ａに示したように、第１挟持部材２１３の連結部２１３ｂの長さをＡ［ｍｍ］とし、第２挟持部材２１５の連結部２１５ｂの長さをＢ［ｍｍ］とした場合に、（Ｂ／Ａ）で表される連結部の長さの比が、０．５以上２．０以下となることが好ましい。以下、長さの比（Ｂ／Ａ）が上記範囲となることが好ましい理由について説明する。

【0131】

試験材Ｓが、下部チャック部材２０５及び上部チャック部材２０７に取り付けられる際に、試験材Ｓの長手方向が鉛直方向（ｚ軸方向）と平行となるように設置されることが望ましいが、試験材Ｓが鉛直方向から若干傾いて設置されてしまう場合が生じうる。このように設置された試験材Ｓに対して外力を印加して引張試験を行った場合、試験材Ｓは、図９中のｙｚ平面内で回転運動をしつつ伸び（又は縮み）が生じることとなる。その結果、得られた試験結果には、回転運動に伴う影響が含まれることとなり、本来得られるべき正確な試験結果から誤差を生じてしまう。そこで、上記の長さの比（Ｂ／Ａ）を、０．５≦（Ｂ／Ａ）≦２．０とすることによって、試験材Ｓの取り付け誤差に伴う回転運動の影響を緩和させることが可能となり、より正確な試験結果を得ることが可能となる。

【0132】

長さの比（Ｂ／Ａ）が０．５未満となる場合や、２．０超過となる場合には、試験材Ｓの取り付け誤差に伴う回転運動の影響を十分に緩和することができず、好ましくない。また、長さの比（Ｂ／Ａ）は、１．０に近づくほど好ましく、図１０Ｂに示したように、長さの比（Ｂ／Ａ）が１．０となる場合が最も好ましい。連結部の長さの比（Ｂ／Ａ）が１．０となる場合には、回転運動に伴って第１連結部材２１３に作用するモーメントの大きさと第２連結部材２１５に作用するモーメントの大きさとの釣り合いが取れ、試験材Ｓの取り付け誤差に伴う回転運動の影響をより確実に緩和させることができる。

【0133】

図１１Ａは、第１挟持部材２１３の挟持部２１３ａの近傍を拡大して模式的に示した分解斜視図である。図１１Ａに示したように、挟持部２１３ａは、第１部材２３１と、第２部材２３３と、を有している。第２部材２３３は、連結部２１３ｂから延設される部材であり、第１部材２３１は、第２部材２３３に着脱可能なように設けられる部材である。第１部材２３１には、試験材Ｓが配設される溝部２３５が設けられており、弾性変形が可能な部材を利用して形成されている。また、第１部材２３１及び第２部材２３３には、ボルト締結用のネジ穴２３７が形成されており、ボルト（図示せず。）を利用して試験材Ｓを第１部材２３１と第２部材２３３との間に固定する。

【0134】

図１１Ｂは、第２挟持部材２１５の挟持部２１５ｂの近傍を拡大して模式的に示した分解斜視図である。図１１Ｂに示したように、挟持部２１５ａは、第１部材２４１と、第２部材２４３と、を有している。第２部材２４３は、連結部２１５ｂから延設される部材であり、第１部材２４１は、第２部材２４３に着脱可能なように設けられる部材である。第１部材２４１には、試験材Ｓが配設される溝部２４５が設けられており、弾性変形が可能な部材を利用して形成されている。また、第１部材２４１及び第２部材２４３には、ボルト締結用のネジ孔２４７が形成されており、ボルト（図示せず。）を利用して試験材Ｓを第１部材２４１と第２部材２４３との間に固定する。

【0135】

なお、第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５の第１部材に設けられる溝部の深さは特に限定されるものではなく、引張試験を実施する試験材Ｓの厚みに応じて適宜決定すればよい。

【0136】

図１２は、第１挟持部材２１３を例に挙げて、試験材Ｓの挟持状態を説明するための図であり、第１挟持部材２１３の挟持部２１３ａを上方（図８Ａにおけるｚ軸正方向側）から見た場合を示している。ここで、以下では、第１挟持部材２１３を例に挙げて説明を行うが、第２挟持部材２１５についても同様の機構により試験材Ｓを挟持するものである。

【0137】

試験材Ｓが第１部材２３１の溝部２３５に配設されつつ、第１部材２３１及び第２部材２３３に挟持され、第１部材２３１及び第２部材２３３それぞれに設けられたネジ孔２４７に、ボルト２４９，２５１が締結される（図１２上段）。この状態で、試験材Ｓに当接しているボルト２５１を更に締めることで、第１部材２３１が弾性変形し、更に強力に試験材Ｓを挟持することが可能となる（図１２下段）。これにより、試験材Ｓとの間で滑りが生じやすい液体状の熱媒体中であっても、試験材Ｓを更に強力に挟持することができ、より正確な試験結果を得ることが可能となる。

【0138】

図１３は、第１挟持部材２１３の挟持部２１３ａを、溝部２３５が形成されている部分で切断し、側方（図８Ａにおけるｙ軸正方向側）から見た場合を示した概略断面図である。本実施形態に係る引張試験装置２１では、例えば図１３に示したように、第２部材２３３の断面形状を略三角形状としてもよい。図１３に示したように、第２部材２３３の断面形状を略三角形状とし、試験材Ｓに当接する第２部材２３３の面積を小さくすることで、更に強力に試験材Ｓを挟持することが可能となる。また、試験材Ｓに当接する部分の頂角の大きさは、挟持部に求められる試験材保持力の大きさに応じて、適宜決定すればよい。

【0139】

以上、図９〜図１３を参照しながら、第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５について、詳細に説明した。

【0140】

以上説明したように、本実施形態に係る引張試験装置２１では、熱媒体としてシリコンオイル等の液体状の熱媒体を使用することで、２０℃近傍の室温だけでなく、熱媒体の使用許容温度範囲で、鋼材や非鉄金属材等の金属材の引張試験を実施することが可能となる。また、熱媒体として液体状の熱媒体を利用することで、金属材に発生した熱による影響を抑制し、金属材に生じる温度変化を少なくとも３０℃以内、更には１５℃以内とすることが可能となる。その結果、より温度が安定した試験条件で金属材に生じるひずみを計測することができ、試験材の微小な伸びを均一温度で正確に計測することが可能となる。

【0141】

そのため、本実施形態に係る引張試験装置２１を利用することで、各種の非鉄金属材のみならず、残留オーステナイト鋼板等のように加工発熱や加工変態熱の影響を受けやすいような鋼板であっても、より正確な引張試験を行うことが可能となる。

【0142】

＜成形試験装置について＞
［成形試験装置の全体構成について］
次に、図１４〜図１５Ｂを参照しながら、本実施形態に係る成形温度評価システムにおいて使用することが好ましい成形試験装置２３の全体構成について説明する。図１４は、本実施形態に係る成形試験装置を側方から見た場合を模式的に示した概略断面図であり、図１５Ａ及び図１５Ｂは、本実施形態に係る成形試験装置のパンチ部の一例を模式的に示した説明図である。

【0143】

なお、図１４に関する説明では、図中に示した直交座標系を利用して方向を説明するものとする。また、図１４は、本実施形態に係る成形試験装置を、その中心軸を通るようにｙｚ平面で切断した場合を示したものであるが、本実施形態に係る成形試験装置は、中心軸を通るようにｘｚ平面で切断した場合についても、図１４と同様な構造を有している。

【0144】

本実施形態に係る成形試験装置２３は、金属試験材に対して張出加工を行うことで、金属試験材の成形試験を行うものであり、いわゆる張出試験装置として機能する装置である。成形試験装置２３は、金属試験材（以下、試験材とも称する。）Ｓに対して塑性加工を施す塑性加工部３１と、金属試験材の温度を所定の温度に維持する恒温槽部３３と、から構成されている。

【0145】

○塑性加工部について
まず、塑性加工部３１の構成について説明する。
塑性加工部３１は、試験材Ｓに対して負荷を付与する、断面略Ｔ字形状のパンチ部３０１を有する。パンチ部３０１は、図１５Ａに示したように、アクチュエータ等の公知の駆動装置（図示せず。）に連結されることで荷重が付与される板状部材３０１ａと、板状部材３０１ａから突設され、試験材Ｓに当接することで試験材Ｓを押圧する押圧部位３０１ｂと、から形成されている。また、図１４及び図１５Ａでは、押圧部位３０１ｂの先端部（ｚ軸負方向側の先端部）の断面形状が球形である球頭形状となっているが、押圧部位３０１ｂの先端部の形状は、実施する成形試験の種類に応じて適宜変更することが可能である。

【0146】

すなわち、図１５Ｂに示したように、中島法による成形限界試験を実施する場合には、図１４及び図１５Ａに示したような球頭パンチを用いればよいし、マルシニアック法による成形限界試験を実施する場合には、図１５Ｂに示したような円筒パンチを用いればよい。また、成形試験を実施する場合には、図１５Ｂに示したような角筒パンチを用いればよいし、穴拡げ試験を実施する場合には、図１５Ｂに示したような円錐パンチを用いればよい。

【0147】

このように、押圧部位３０１ｂの先端部の形状は、実施する試験に応じて、球形状、角筒形状、円筒形状又は円錐形状を有している。

【0148】

図１４に戻って、パンチ部３０１の板状部材３０１ａの下方（ｚ軸負方向側）、かつ、パンチ部３０１の押圧部位３０１ｂの周囲には、収縮部材３０３が配設される。収縮部材３０３は、所定の閾値以上の荷重が付与された際に、付与された荷重の大きさに応じて収縮部材３０３自体の高さが定量的に変化する部材である。本実施形態では、パンチ部３０１の板状部材３０１ａを介して荷重が付与され、荷重の大きさが所定の閾値を超えた時点で、付与された荷重の大きさに応じて高さが規則的に収縮していく。このような収縮部材３０３として、公知の部材を用いることが可能であるが、収縮部材３０３の一例として、ガススプリングを挙げることができる。

【0149】

収縮部材３０３の下方（ｚ軸負方向側）には、図１４に示したように、押圧部位３０１ｂに対応する部分に貫通孔が形成された断熱材３０５が配設されることが好ましい。かかる断熱材３０５には、テフロンシート等の公知の断熱材を使用することが可能である。

【0150】

断熱材３０５の更に下方には、押圧部位３０１ｂに対応する部分に貫通孔が形成され、試験材Ｓの固定されるブランクホルダ３０７が配設される。

【0151】

ブランクホルダ３０７は、試験材固定機構として機能する部材であり、ｚ軸負方向側の面の貫通孔に対応する部分に、試験材Ｓが固定される。パンチ部３０１の押圧部位３０１ｂは、断熱材３０５及びブランクホルダ３０７に形成された貫通孔を介して、固定されている試験材Ｓを押圧することとなる。

【0152】

なお、試験材Ｓは、成形試験装置２３の中心軸（ｚ軸方向の中心軸）に対して点対称に配置された複数の試験材保持部材３０９により、試験材Ｓの中心と成形試験装置２３の中心軸とが一致するようにブランクホルダ３０７に固定される。これにより、試験材Ｓの中心がずれないように保持しつつ、試験材Ｓに対して塑性加工を行うことができる。また、試験材保持部材３０９は、ブランクホルダ３０７に脱着可能に配設されるため、試験材保持部材３０９を取り外すことで、試験材Ｓの交換をより簡便に実施することができる。

【0153】

○恒温槽部について
次に、恒温槽部３３の構成について説明する。
恒温槽部３３は、図１４に示したように、熱媒体浴３１１を有しており、熱媒体浴３１１の内部には、例えばシリコンオイル等の液体状の熱媒体３１３が保持されており、試験材Ｓの被測定部位が浸漬される。熱媒体３１３としてシリコンオイル等といった液体状の媒体を利用することで、熱媒体の熱容量を増加させることが可能となり、試験材に発生する熱による影響を緩和することができる。

【0154】

熱媒体３１３の種類は、成形試験の実施温度に応じて決定すればよく、熱媒体３１３として例えばシリコンオイルを用いた場合には、シリコンオイルの使用許容温度範囲である−７０℃〜２５０℃での成形試験が可能となる。

【0155】

また、熱媒体浴３１１の内部（より具体的には、図１４に示したように、熱媒体浴３１１の底面）には、スペーサ３１５が固定されている。このスペーサ３１５には、成形試験装置２３の中心軸を中心として貫通孔が形成されており、また、この貫通孔を中心に、熱媒体３１３の流れる流路３１７が形成されている。

【0156】

このスペーサ３１５については、以下で改めて詳述する。

【0157】

スペーサ３１５の天面（熱媒体浴３１１の底面と対向する面）上には、ダイ３１９が配設される。ダイ３１９には、成形試験装置２３の中心軸を中心として、パンチ部３０１の押圧部材３０１ｂに対応する位置に貫通孔が形成されている。この貫通孔の形状は、パンチ部３０１の押圧部材３０１ｂの先端部の形状に適合したものとなっている。

【0158】

また、熱媒体浴３１１の下部には、図１４に示したように、熱媒体３１３の温度を制御するための温度制御機構として、ヒータ３２１が配設されている。

【0159】

○成形試験装置の動作機構について
以上説明した塑性加工部３１と、恒温槽部３３とは、図１４に示したように、中心にシャフトが配設された連結用スプリング３２３によって互いに接続されている。

【0160】

試験材Ｓに対する各種の成形試験を実施する際は、まず、連結用スプリング３２３の長さを調整することで、試験材Ｓの固定された塑性加工部３１を所定の温度に維持されている熱媒体浴３１１中に降下させ、試験材Ｓが、ブランクホルダ３０７及びダイ３０９に挟持されるようにする。

【0161】

その後、試験材Ｓ及びパンチ部３０１の温度が安定するまで（例えば、試験材Ｓ及びパンチ部３０１の温度が熱媒体３１３の温度とほぼ等しくなるまで）、試験材Ｓに対して荷重をかけることなく、熱媒体浴３１１中に維持する。その後、試験材Ｓ及びパンチ部３０１の温度が安定した段階でパンチ部３０１の板状部材３０１ａに対して荷重を付与して、パンチ部３０１を更に降下させる。これにより、ブランクホルダ３０７及びダイ３０９に挟持された試験材Ｓは、押圧部材３０１ｂにより更に押圧されることで張出加工が施されることとなり、ダイ３０９に設けられた貫通孔の中空部分に向かって試験材Ｓが張り出していく。

【0162】

試験材Ｓが張り出していくことでダイ３０９に設けられた貫通孔の中空部分から押し出される熱媒体３１３は、貫通孔を通過し、更に、スペーサ３１５に設けられた流路３１７を流れることで、熱媒体浴３１１中を対流することとなる。このように、本実施形態に係る成形試験装置２３では、パンチ部３０１の熱媒体３１３中への降下動作に伴って熱媒体浴３１１中に対流が生じ、熱媒体３１３が攪拌されることとなる。その結果、本実施形態に係る熱媒体浴３１１中では、成形試験を実施している際に熱媒体３１３の温度が均一に保たれることとなる。

【0163】

なお、本実施形態に係る成形試験装置２３では、熱媒体浴３１１中の熱媒体３１３の温度を更に均一にするために、上記のような攪拌機構に加えて、攪拌装置を更に利用してもよい。

【0164】

以上、図１４〜図１５Ｂを参照しながら、本実施形態に係る成形試験装置２３の全体構成について、詳細に説明した。

【0165】

［試験材の形状について］
次に、図１６を参照しながら、本実施形態に係る成形試験装置２３で利用される試験材Ｓの形状について、簡単に説明する。図１６は、本実施形態に係る成形試験装置に用いられる試験材の形状の一例について模式的に示した説明図である。

【0166】

図１４〜図１５Ｂを参照しながら説明した成形試験装置２３では、板状の金属材であれば、任意の形状の金属材を試験材Ｓとして利用することが可能である。しかしながら、図１６に示したような略Ｈ字形状の試験材を用いることで、より正確に金属材の成形特性を試験することが可能となる。

【0167】

すなわち、試験材Ｓの中央部分には、パンチ部２０１により荷重が加えられることとなるが、試験材Ｓの形状を略Ｈ字形状とすることによって、図中の点線で囲んだ領域への応力集中を分散することが可能となる。その結果、点線で囲んだ領域に応力集中に起因してき裂等が生じることを防止することができ、より正確に試験材Ｓの成形特性を測定することが可能となる。

【0168】

［スペーサの構造について］
次に、図１７〜図１９を参照しながら、本実施形態に係る成形試験装置２３で用いられるスペーサ１１５の構造について、より詳細に説明する。図１７〜図１９は、本実施形態に係る成形試験装置のスペーサの一例を模式的に示した説明図である。

【0169】

先だって説明したように、本実施形態に係る成形試験装置２３に用いられるスペーサ３１５には、パンチ部３０１の押圧部位３０１ｂに対応する部分に貫通孔が形成されている。この貫通孔は、例えば図１７に示したように、スペーサ３１５を上方（図１４のｚ軸正方向側）から見た場合に、成形試験装置２３の中心軸を中心として形成されている。また、スペーサ３１５に形成されている流路３１７は、図１７に例示したように、貫通孔と連通するように形成されている。図１７に示した例では、流路３１７は、スペーサ３１５に対して井桁状に形成されている。

【0170】

このような流路３１７をスペーサ３１５に形成することで、図１７に示したように、パンチ部３０１の下降動作に伴って押しのけられる熱媒体３１３を、流路３１７を介してスペーサ３１５の外部の熱媒体浴３１１へと排出することができる。これにより、熱媒体浴３１１中に対流が生じて熱媒体３１３が攪拌される。

【0171】

ここで、本実施形態に係るスペーサ３１５では、スペーサ３１５を厚み方向に切断した場合の流路の総断面積をＳ_１とし、試験材Ｓに当接するパンチ部３０１の押圧部位３０１ｂのスペーサ３１５への投影面積をＳ_２としたときに、（Ｓ_２／Ｓ_１）で表される値が、０．２〜１００となるように流路３１７が形成されることが好ましい。

【0172】

ここで、流路の総断面積Ｓ_１は、例えば図１７の場合には、単位流路長あたりの断面積がＷ×Ｈで表されるため、（８本分の流路３１７の総延長）×Ｗ×Ｈで表される値が、流路の総断面積Ｓ_１となる。

【0173】

（Ｓ_２／Ｓ_１）で表される値が０．２未満である場合には、成形試験に伴いスペーサ３１５の土台となっている金属が塑性変形してしまい、正確な試験結果が得られなくなる可能性があるため、好ましくない。また、（Ｓ_２／Ｓ_１）で表される値が１００超過である場合には、押しのけられた熱媒体３１３の行き場がなくなり、成形試験装置２３に必要以上の負荷が掛かって正確な試験結果が得られなくなる可能性があるため、好ましくない。

【0174】

（Ｓ_２／Ｓ_１）で表される値は、更に好ましくは、０．４以上８以下である。（Ｓ_２／Ｓ_１）で表される値を０．４以上とすることで、適度な熱媒体３１３の流速を実現することができ、十分な熱媒体３１３の攪拌効果を得ることが可能となる。また、（Ｓ_２／Ｓ_１）で表される値を８以下とすることで、適度な流路の大きさを実現することができ、十分な熱媒体３１３の攪拌効果を得ることが可能となる。

【0175】

なお、スペーサ３１５に形成される流路３１７のレイアウトは、図１７に示した例に限定されるわけではない。例えば図１８に示したように、スペーサ３１５上に十字状に流路３１７が形成されていても良いし、例えば図１９に示したように、スペーサ３１５上に放射状に流路３１７が形成されていても良い。また、図１７〜図１９に示した例では、流路３１７の幅Ｗが一定である場合について図示しているが、流路３１７の幅Ｗを例えばスペーサ３１５の端部に向かうほど広くなるように形成するなど、幅Ｗを一定にしなくとも良い。

【0176】

以上、図１７〜図１９を参照しながら、本実施形態に係る成形試験装置２３が備えるスペーサ３１５に設けられた流路３１７の構造について、詳細に説明した。

【0177】

以上説明したように、本実施形態に係る成形試験装置２３では、熱媒体としてシリコンオイル等の液体状の熱媒体を使用することで、２０℃近傍の室温だけでなく、熱媒体の使用許容温度範囲で、鋼材や非鉄金属材等の金属材の成形試験（張出試験等）を実施することが可能となる。また、熱媒体として液体状の熱媒体を利用することで、金属材に発生した熱による影響を抑制し、金属材に生じる温度変化を少なくとも３０℃以内、更には１５℃以内）とすることが可能となる。その結果、より温度が安定した試験条件で金属材の成形試験を実施することができ、試験材に対して塑性加工を均一温度で正確に施すことが可能となる。

【0178】

そのため、本実施形態に係る成形試験装置２３を利用することで、各種の非鉄金属材のみならず、残留オーステナイト鋼板等のように加工発熱や加工変態熱の影響を受けやすいような鋼板であっても、より正確な成形試験（張出試験等）を行うことが可能となる。

【0179】

＜演算処理装置のハードウェア構成について＞
次に、図２０を参照しながら、本発明の実施形態に係る演算処理装置１０のハードウェア構成について、詳細に説明する。図２０は、本発明の実施形態に係る演算処理装置１０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。

【0180】

演算処理装置１０は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置１０は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。

【0181】

ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、またはリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置１０内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。

【0182】

バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。

【0183】

入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置１０の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。さらに、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。演算処理装置１０のユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、演算処理装置１０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。

【0184】

出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置１０が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置１０が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。

【0185】

ストレージ装置９１３は、演算処理装置１０の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。

【0186】

ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置１０に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。

【0187】

接続ポート９１７は、機器を演算処理装置１０に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、演算処理装置１０は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。

【0188】

通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。

【0189】

以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置１０の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。

【0190】

以上、図５〜図２０を参照しながら、本実施形態に係る成形温度評価システム及び成形温度評価方法について、詳細に説明した。

【実施例】

【0191】

（引張試験装置２１の検証）
以下ではまず、図８Ａ及び図８Ｂに例示した本発明の実施形態に係る引張試験装置２１の性能について検証した結果について説明する。

【0192】

以下では、図８Ａ及び図８Ｂに示した引張試験装置２１を用いて、残留オーステナイト鋼板に対する引張試験を行った。用いたオーステナイト鋼板は、ＳＵＳ３０４である。なお、用いた引張試験装置２１では、第１挟持部材２１３及び第２挟持部材２１５における連結部の長さの比（Ｂ／Ａ）は１．０であり、各挟持部材２１３，２１５の挟持部における第１部材の断面形状は、図１３に示したような略三角形状となっている。また、熱媒体２０３としては、−７０℃〜２５０℃の範囲で使用可能なシリコンオイルを使用した。

【0193】

ここで、オーステナイト鋼板はＪＩＳ５号試験片に加工し、熱媒体であるシリコンオイルの温度を２０℃に制御した上で引張試験を行って、応力−ひずみ曲線（Ｓｔｒｅｓｓ−Ｓｔｒａｉｎ Ｃｕｒｖｅ）を得た。

【0194】

また、引張試験を行うに際しては、ＪＩＳ５号試験片の標点中心部における試験片の温度を、Ｋ熱電対を利用して併せて測定した。

【0195】

また、比較例として、従来の引張強度試験機を用いて、上記と同様のＪＩＳ５号試験片についての引張試験を大気中で実施した。

【0196】

得られた結果を図２１に併せて示した。図２１において、横軸は、ＪＩＳ５号試験片に生じたひずみ（公称ひずみ）［％］である。また、縦軸として、ＪＩＳ５号試験片に与えられた応力［ＭＰａ］と、標点部温度［℃］を示している。図２１において、オイル中と示した曲線が実施例で使用した引張強度試験装置を用いた測定結果であり、大気中と示した曲線が従来の引張強度試験機を用いた測定結果である。

【0197】

図２１から明らかなように、オーステナイト鋼板を用いたＪＩＳ５号試験片を大気中で測定した場合、ひずみ量が大きくなるにつれて、標点部の温度が急激に上昇していることがわかる。この温度上昇は、オーステナイト鋼板の加工変態熱や加工発熱に伴う温度上昇と考えられ、得られた応力の測定結果には、加工変態熱や加工発熱に伴う誤差が重畳されているものと考えられる。

【0198】

一方、オーステナイト鋼板を用いたＪＩＳ５号試験片を、本発明の実施形態に係る引張試験装置を用いてオイル中で測定した場合、ひずみ量が大きい場合であっても、標点部温度の上昇度合い（温度変化）を、従来の１／３程度に抑制できていることがわかる。従って、本発明の実施形態に係る引張試験装置による応力の測定結果は、加工変態熱や加工発熱に伴う誤差が低減されており、より正確にオーステナイト鋼板のひずみを表したものであるといえる。

【0199】

（成形試験装置２３の検証）
次に、図１４に例示した本発明の実施形態に係る成形試験装置２３の性能について検証した結果について説明する。

【0200】

＜張出試験＞
以下ではまず、図１４に示した成形試験装置２３を用いて、引張試験装置の検証に用いたものと同様のオーステナイト鋼板（ＳＵＳ３０４）に対する張出試験を行った。なお、パンチ部３０１には、図１５Ｂに示した球頭パンチを用い、スペーサ３１５には、（Ｓ_２／Ｓ_１）で表される値が０．６９である、図１７に示したスペーサを使用した。また、熱媒体３１３としては、−７０℃〜２５０℃の範囲で使用可能なシリコンオイルを使用した。ここで、熱媒体浴３１１には、更なる攪拌装置を設置せずに試験を行った。

【0201】

また、オーステナイト鋼板は図１６に示した形状を有する試験片に加工し、熱媒体であるシリコンオイルの温度を２５℃に制御した上で張出試験を行って、パンチ部３０１の降下量である成形ストローク［ｍｍ］と、試験片温度［℃］との関係を測定した。なお、試験片温度は、パンチ部３０１の押圧部位３０１ｂの先端と試験材との接触部位を、Ｋ熱電対を利用して測定した。

【0202】

また、比較例として、従来の成形試験機を用い、上記と同様の試験片について試験片温度を大気中で測定した。

【0203】

得られた結果を図２２に示した。図２２において、横軸はパンチ部３０１の成形ストローク［ｍｍ］であり、縦軸は試験片温度［℃］である。また、図２２において、オイル中と示した曲線が実施例で使用した成形試験装置を用いた測定結果であり、大気中と示した曲線が従来の成形試験機を用いた測定結果である。

【0204】

図２２から明らかなように、オーステナイト鋼板を用いた試験材を大気中で測定した場合、成形ストロークが大きくなるにつれて、接触部の温度が大きく上昇していることがわかる。この温度上昇は、オーステナイト鋼板の加工変態熱や加工発熱に伴う温度上昇と考えられ、得られた接触部温度の測定結果には、加工変態熱や加工発熱に伴う誤差が重畳されているものと考えられる。

【0205】

一方、オーステナイト鋼板を用いた試験材を、本発明の実施形態に係る成形試験装置を用いてオイル中で測定した場合、成形ストロークが大きい場合であっても、接触部温度の上昇度合い（温度変化）を、従来の１／３程度に抑制できていることがわかる。従って、本発明の実施形態に係る成形試験装置による試験片温度の測定結果は、加工変態熱や加工発熱に伴う誤差が低減されており、より正確にオーステナイト鋼板の加工に伴う温度変化を表したものであるといえる。

【0206】

＜成形限界線図試験＞
続いて、上記張出試験で用いたものと同様のオーステナイト鋼板に対し、上記と同様の成形試験装置を利用して、成形限界線図（Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｌｉｍｉｔ Ｄｉａｇｒａｍ：ＦＬＤ）試験を実施した。試験に際しては、（最小主ひずみε_２／最大主ひずみε_１）で表されるひずみ比βが１．０である等二軸引張を試験材に施した。なお、最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２の計測は、熱媒体であるシリコンオイルの温度を−５０℃、室温（約２０℃）、１００℃、２００℃にそれぞれ制御して実施した。

【0207】

また、比較例として、従来の成形試験機を用い、上記と同様の試験片についてＦＬＤ試験を大気中で実施した。なお、最大主ひずみε_１及び最小主ひずみε_２の計測は、熱媒体である大気の温度を−５０℃、室温（約２０℃）、１００℃、２００℃にそれぞれ制御して実施した。

【0208】

得られた結果を、図２３及び図２４に示す。図２３は、本発明の実施形態に係る成形試験装置を用いた試験結果を示しており、図２４は、従来の成形試験機を用いた試験結果を示している。また、図２３及び図２４の双方において、横軸は最小主ひずみε_２であり、縦軸は最大主ひずみε_１を表している。

【0209】

図２３及び図２４を比較すると、同様の試験材であるにも関わらず、各温度における成形限界線の形状が異なっていることがわかる。この結果からも明らかなように、本発明の実施形態に係る成形試験装置では、温度による材料特性の変化を明確に測定することが可能であることがわかる。

【0210】

次に、以下において実施例を示しながら、本発明の実施形態に係る成形温度評価システム及び成形温度評価方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明の実施形態に係る成形温度評価システム及び成形温度評価方法を説明するためのあくまでも一例であって、本発明に係る成形温度評価システム及び成形温度評価方法が以下に示す例に限定されるわけではない。

【0211】

（実験例１）
以下では、オーステナイトを含有する鋼材（実施例）と、オーステナイトを含有しない鋼材（比較例）とを用い、上記の成形試験装置２３を利用して各ひずみ比β及び各温度における限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}を測定した。各ひずみ比β及び各温度における限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}の測定では、試験片の縦横寸法を変化させて、試験片端部を固定する球頭張り出し試験を、各温度にて実施した。これにより、くびれや破断が生じた際のひずみから、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}を算出した。

【0212】

以下の表１に、各ひずみ比β及び各温度における限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌの測定結果を示した。また、図２５に、このようにして得られた限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌの測定結果の一つをグラフとして示した。

【0213】

【表1】

【0214】

例えば、実施例１では、β＝−０．５の場合、限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが極大を示す加工誘起変態延性極大温度Ｔ−０．５は７５℃となり、β＝１．０の場合、加工誘起変態延性極大温度Ｔ１．０は１５０℃となる。実施例３では、β＝−０．５の場合、加工誘起変態延性極大温度Ｔ−０．５は１５０℃となり、β＝１．０の場合、加工誘起変態延性極大温度Ｔ１．０は２５０℃となる。このようにオーステナイトを含有する鋼材（実施例）では、鋼材種、加工温度及びひずみ比βに依存して、限界相当ひずみεｅｑｃｒｉｔｉｃａｌが変化することがわかる。一方、比較例６では、表１に示すように、限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが最も向上する温度が、ひずみ比βに依存しない。すなわち、加工誘起変態延性極大温度Ｔβにひずみ比β依存性が存在しない。これは、オーステナイトを含有しない鋼材（比較例）であるため、ＴＲＩＰ現象が発現しないからである。

【0215】

また、以下の表２に、表１に示した結果を用いて近似曲線（近似関数）解析を行って求めた、各ひずみ比における加工誘起変態延性極大温度Ｔβより低温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＬβと、Ｔβより高温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＨβとを示した。

【0216】

【表2】

【0217】

このように、標準偏差σＬβと、σＨβとをひずみ比β毎に解析することにより、各ひずみ比βにおいて塑性変形能を向上させることができる成形最適温度範囲を決定し、着目する鋼材を評価することができる。

【0218】

例えば、実施例３では、β＝０の場合、２×σＬ０＝１１０℃、１．２５×σＨ０＝２４℃であるので、加工誘起変態延性極大温度Ｔβを基準として、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみεｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌが向上する温度範囲が、９０℃〜２２４℃であると決定することができる。

【0219】

次に、上記の成形試験装置２３を利用して角筒絞り成形加工を施し、予測破断箇所と、この予測破断箇所のひずみ比βとを解析した。この角筒絞り成形加工に関する解析を、スクライブドサークルテストによって行った。

【0220】

以上のようにして得られた結果のうち、実施例３に対応する評価結果を、図２６に併せて示した。このような解析を行うことで、着目する金属材の塑性変形様式と、成形最適温度と、をあわせて評価することが可能となる。

【0221】

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】

【0222】

１ 成形温度評価システム
１０ 演算処理装置
２０ 塑性加工試験装置
２１ 引張試験装置
２３ 成形試験装置
３１ 塑性加工部
３３ 恒温槽部
１０１ 測定データ取得部
１０３ ひずみ演算部
１０５ 評価部
１０７ 評価結果出力部
１０９ 表示制御部
１１１ 記憶部
２０１ 熱媒体浴
２０３ 熱媒体
２０５ 試験材下部チャック治具
２０７（２０７ａ，２０７ｂ） 試験材上部チャック治具
２０９ シャフト
２１１ 荷重被負荷治具
２１３ 第１挟持部材
２１３ａ 挟持部
２１３ｂ 連結部
２１３ｃ 変位センサ取付部
２１５ 第２挟持部材
２１５ａ 挟持部
２１５ｂ 連結部
２１５ｃ 変位センサ取付部
２１７ 差動トランス式変位計
２１９ コア
２２１ ヒータ
２２３ 演算処理装置
２２５ 攪拌装置
２２７ 投げ込みヒータ
２３１，２４１ 第１部材
２３３，２４３ 第２部材
２３５，２４５ 溝部
２３７，２４７ ネジ孔
２４９，２５１ ボルト
３０１ パンチ部
３０１ａ 板状部材
３０１ｂ 押圧部材
３０３ 収縮部材
３０５ 断熱材
３０７ ブランクホルダ
３０９ 試験材保持部材
３１１ 熱媒体浴
３１３ 熱媒体
３１５ スペーサ
３１７ 流路
３１９ ダイ
３２１ ヒータ
３２３ 連結用スプリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】