特許 7512775 塑性加工における破壊予測方法

(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】

(24)【登録日】2024-07-01

(45)【発行日】2024-07-09

(54)【発明の名称】塑性加工における破壊予測方法

(51)【国際特許分類】

   B21J 5/00 20060101AFI20240702BHJP

   G06F 30/10 20200101ALI20240702BHJP

   G06F 30/23 20200101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

B21J5/00 Z

G06F30/10

G06F30/23

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020146808

(22)【出願日】2020-09-01

(65)【公開番号】P2022041548

(43)【公開日】2022-03-11

【審査請求日】2023-07-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】株式会社プロテリアル

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】石田 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 順

(72)【発明者】

【氏名】向瀬 レミ

【審査官】後藤 泰輔

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２２３６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１３１６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２３１３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０９９９３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｊ ５／００

Ｇ０６Ｆ ３０／１０

Ｇ０６Ｆ ３０／２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

塑性加工における破壊の発生位置を予測する塑性加工における破壊予測方法であって、
前記塑性加工の対象である被加工材の固有破壊閾値を特定し、当該固有破壊閾値と前記塑性加工の際の破壊要因の対応関係を示す固有破壊閾値－破壊要因対応関係を特定し、
前記塑性加工の工程を複数の区分に分割し、
前記複数の区分それぞれにおける、前記塑性加工により発生する前記被加工材に対する状態を示す状態情報を用いて、区分破壊値を算出し、
前記固有破壊閾値－破壊要因対応関係を用いて、前記複数の区分それぞれにおける、前記被加工材の区分破壊閾値を算出し、
前記区分破壊値および前記区分破壊閾値を用いて、前記工程における各区分の破壊効果を積算して、積算破壊効果を算出し、
算出された前記積算破壊効果を用いて、前記被加工材に破壊が発生するかを判断することを特徴とする塑性加工における破壊予測方法。

【請求項2】

請求項１に記載の塑性加工における破壊予測方法であって、
前記被加工材について、有限要素法に基づく複数の要素に分割し、
前記区分破壊値を、前記複数の要素ごとに算出することを特徴とする塑性加工における破壊予測方法。

【請求項3】

請求項１または２のいずれかに記載の塑性加工における破壊予測方法であって、
予め実行された破壊試験における試験片が破壊されたタイミングに対応する区分までの各区分における前記区分破壊値に基づいて、前記区分破壊閾値を特定することを特徴とする塑性加工における破壊予測方法。

【請求項4】

請求項３に記載の塑性加工における破壊予測方法であって、
前記破壊要因は、前記試験片に対する加工温度であることを特徴とする塑性加工における破壊予測方法。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれかに記載の塑性加工における破壊予測方法であって、
前記積算破壊効果が予め定められた値以上となった区分を、前記破壊が発生したタイミングとして特定することを特徴とする塑性加工における破壊予測方法。

【請求項6】

コンピュータに対して、塑性加工における破壊の発生位置を予測する塑性加工における破壊予測方法であって、
前記塑性加工の対象である被加工材の固有破壊閾値を特定させ、当該固有破壊閾値と前記塑性加工の際の破壊要因の対応関係を示す固有破壊閾値－破壊要因対応関係を特定させ、
前記塑性加工の工程を複数の区分に分割させ、
前記複数の区分それぞれにおける、前記塑性加工により発生する前記被加工材に対する状態を示す状態情報を用いて、区分破壊値を算出させ、
前記固有破壊閾値－破壊要因対応関係を用いて、前記複数の区分それぞれにおける、前記被加工材の区分破壊閾値を算出させ、
前記区分破壊値および前記区分破壊閾値を用いて、前記工程における各区分の破壊効果を積算して、積算破壊効果を算出させ、
算出された前記積算破壊効果を用いて、前記被加工材に破壊が発生するかを判断させるコンピュータプログラム。

【請求項7】

請求項１乃至５のいずれかに記載の塑性加工における破壊予測方法を実行する破壊予測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、塑性加工工程における欠陥の予測方法に関する。なお、塑性加工には、鍛造加工、圧延加工などの熱間加工が含まれる。また、破壊には、加工対象物である被加工材の割れ、亀裂、欠陥、破断などが含まれる。

【背景技術】

【0002】

従来の塑性加工による製品、例えば、航空機エンジンや発電用ガスタービンに用いられる超耐熱合金は、低温で脆化する特性を持つ。このため、例えば、金型によって押圧して成形する熱間鍛造工程において、素材の加熱温度や金型温度が適切でないときに、加熱炉からプレスへの搬送中の空冷と、金型との接触による表面温度の低下により割れが発生することがある。金型温度が高いほど鍛造品の表面温度は高くなり、鍛造品の表面割れの発生リスクは軽減する一方で金型は損傷しやすくなる。このため、金型寿命を確保しつつ表面割れを抑制するには、割れの発生位置を予測して金型と素材温度を適切に設定するプロセス設計が必要である。

【0003】

従来から、欠陥の一例である割れを予測する方法として有限要素法によって破壊を評価する指標を算出して、閾値と比較する手法が一般的に知られている。例えば、特許文献１では、熱間自由鍛造における被鍛造材の熱連成変形解析により、被鍛造材の応力およびひずみから破壊条件式を用いて被鍛造材の破壊パラメータを算出する。そして、この破壊パラメータを破壊閾値と比較することによって被鍛造材の鍛造割れ発生を予測する手法が開示されている。また、特許文献２では、素材の有限要素モデルの各方向の応力成分とひずみ増分成分とを計算し、同一方向の応力成分とひずみ増分成分とを乗算して方向毎に算出された予測値を利用する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－１３１６２１号公報

【文献】特開２０１５－２２３６１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、特許文献１では、破壊パラメータを試験温度および引張り速度をそれぞれ変化させて取得した破壊閾値と比較することで、鍛造温度とひずみ速度の影響を考慮している。但し、特許文献１では、被鍛造材の破壊閾値の加工中の変化については記載されていない。

【0006】

また、特許文献２では、破壊閾値は鍛造成形における温度と対応付けられていることが明記されているが、破壊閾値の加工中の変化についての記載はない。

【0007】

以上のように、特許文献１および２では、塑性加工中の破壊閾値の変化については、記載されていなかった。つまり、特許文献１および２では、塑性加工のおける破壊の条件や状況の推移は把握されていなかった。

【0008】

そこで、本発明の課題は、塑性加工を行う場合における、割れなどの破壊の条件や状況を考慮して、その発生位置を予測することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。

【0010】

塑性加工における破壊の発生位置を予測する塑性加工における破壊予測方法であって、前記塑性加工の対象である被加工材の固有破壊閾値を特定し、当該固有破壊閾値と前記塑性加工の際の破壊要因の対応関係を示す固有破壊閾値－破壊要因対応関係を特定し、前記塑性加工の工程を複数の区分に分割し、前記複数の区分それぞれにおける、前記塑性加工により発生する前記被加工材に対する状態を示す状態情報を用いて、区分破壊値を算出し、前記固有破壊閾値－破壊要因対応関係を用いて、前記複数の区分それぞれにおける、前記被加工材の区分破壊閾値を算出し、前記区分破壊値および前記区分破壊閾値を用いて、前記工程における各区分の破壊効果を積算して、積算破壊効果を算出し、算出された前記積算破壊効果を用いて、前記被加工材に破壊が発生するかを判断する塑性加工における破壊予測方法である。

【0011】

また、本発明には、塑性加工における破壊予測方法を実行するためのコンピュータプログラムやそのための装置が含まれる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、塑性加工におけるより精度の高い欠陥予測を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態における割れ予測方法の全体処理を示すフローチャートである。

【図2】本発明の一実施形態における予測モデルの概要を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態を適用可能な供試材の公称合金成分を示す図である。

【図4】本発明の一実施形態を適用した場合における高温引張試験で得られた破断伸びと破断絞りを示す図である。

【図5】本発明の一実施形態を適用した塑性加工シミュレーションの解析結果を示す図である。

【図6】本発明の一実施形態を適用した塑性加工シミュレーションによって得られた結果をまとめた図である。

【図7】本発明の一実施形態の鍛造割れ予測装置の構成を示す図である。

【図8】本発明の一実施形態で用いられる被鍛造材特性情報を示す図である。

【図9】本発明の一実施形態で用いられる鍛造条件情報を示す図である。

【図10】本発明の一実施形態における鍛造割れの判定ステップの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。本実施態では、塑性加工の欠陥として、鍛造割れを例に説明するが、本発明は、この実施形態に限られるものではない。このため、本実施形態の被鍛造材についても、各種被加工材ないし素材を用いることができる。
＜システム構成＞
まず、図７に、本実施形態での鍛造割れを予測する鍛造割れ予測装置１００の構成を示す。鍛造割れ予測装置１００は、いわゆるコンピュータで実現できる。このため、鍛造割れ予測装置１００は、ＣＰＵの如き演算装置で実現できる処理部１１００を有する。処理部１１００は、メモリ１２００に格納された鍛造加工シミュレーションプログラム１２１０に従って、各種演算を実行する。この内容は、後述する。また、鍛造加工シミュレーションプログラム１２１０は、図示しないネットワークを介して配信されたり、これを格納した記憶媒体を介して鍛造割れ予測装置１００に格納することが可能である。

【0015】

また、鍛造割れ予測装置１００は、利用者へ情報を提供する出力部１３００を有する。これは、表示モニタなどで実現できる。さらに、鍛造割れ予測装置１００は、利用者からの操作を受け付ける入力部１４００を有する。これは、キーボードやマウス等のポインティングデバイスなどで実現できる。ここで、出力部１３００や入力部１４００は、鍛造割れ予測装置１００と別筐体の端末装置で実現してもよい。この場合、端末装置は、ＰＣの他、タブレットやスマートフォンなどで実現できる。

【0016】

さらに、鍛造割れ予測装置１００は、各種情報を記憶する記憶装置を備える。記憶装置には、被鍛造材特性情報１００１、鍛造条件情報１００２やシミュレーション結果情報１００３が記憶されている。これらの内容は、後述する。なお、記憶装置については、鍛造割れ予測装置１００と別筐体のファイルシステムなどで実現してもよい。
＜割れ予測方法＞
図１は、本実施形態の鍛造割れ予測方法の全体の流れを示すフローチャートである。以下、図１に従って、鍛造割れ予測方法について説明する。なお、この際、各処理の主体を処理部１１００として記載するが、これは、上述のように鍛造加工シミュレーションプログラム１２１０に従った処理となる。

【0017】

まず、図１のフローチャート全体の概要を説明し、次に、各ステップの詳細を説明する。ステップＳ１において、処理部１１００は、鍛造加工の対象とする材料の一例である被鍛造材の被鍛造材特性を求める。このために、本実施形態では、被鍛造材の試験片に対して、破壊試験を実行している。

【0018】

次に、ステップＳ２において、処理部１１００は、対象とする被鍛造材について、破壊閾値Ｃ０を求める。

【0019】

次に、ステップＳ３において、処理部１１００は、所定の加工方法を再現する塑性加工シミュレーションを実施する。そして、処理部１１００は、被鍛造材に対する割れの発生の有無を判定する。この判定のために、処理部１１００は、時間ｔ（ｉ）に対応する区分における区分破壊閾値Ｃ０（ｉ）として取得し、割れ予測モデルを用いて割れの発生を判定する。

【0020】

次に、ステップＳ４において処理部１１００は、加工中の温度Ｔと脆化温度（ＴＣ）を比較して低温での脆化に起因している割れが発生する部位を特定する。

【0021】

そして、ステップＳ５において、処理部１１００は、ステップＳ４で特定された割れを抑制できる加工温度を特定する。つまり、処理部１１００は、どの程度、加工温度を上昇させれば、割れを抑止できるかを判断する。
＜＜Ｓ１：被鍛造材特性の特定＞＞
まず、本ステップを実行する際もしくはこれ以前に、図示しない試験装置を用いて、被鍛造材の試験片に対して、破壊試験を実行する。具体的には、試験装置は、試験片に対して、予め設定された複数の温度それぞれに保持した状態で変形を付与し、評価基準とする被鍛造材特性を求める。本実施形態では、試験装置は、高温引張試験を行って得られる、破断伸び、あるいは破断絞りを用いる。但し、目的に応じて任意の被鍛造材特性、例えば破壊靭性値、衝撃値等を用いても良い。ここで、被鍛造材特性が大きく変化する、例えば延性が急激に低下する温度を、脆化温度（ＴＣ）と定義する。なお、延性が急激に低下する温度とは、予め定められた基準以上に低下する温度を示す。なお、この破壊試験に際しては、実際の熱間加工工程で想定される温度変化を事前に鍛造シミュレーション等で求め、それを模擬した温度履歴を与えてから破壊試験を行うことも可能である。また、この破壊試験である高温引張試験により、破断伸びも特定される。

【0022】

この破壊試験の結果、つまり、脆化温度（ＴＣ）および破断伸びについては、鍛造割れ予測装置１００の入力部１４００を介して、記憶装置の被鍛造材特性情報に、その被鍛造材と対応付けて記憶される。この被鍛造材特性情報１００１を図８に示す。図８に示すように、被鍛造材特性情報１００１は、被鍛造材ごとに、脆化脆化温度（ＴＣ）および破断伸びが対応付けられて記憶されている。さらに、被鍛造材特性情報１００１には、被鍛造材ごとに、その形状、金型形状、その応力ひずみ曲線や熱物性が記憶されている。

【0023】

以上の破壊試験を実行すると、ステップＳ１において、処理部１１００は、被鍛造材特性として、入力部１４００を介して指定される被鍛造材に対応する脆化温度（ＴＣ）を、被鍛造材特性情報１００１から特定する。
＜＜Ｓ２：固有破壊閾値と加工温度の固有破壊閾値－加工温度対応関係の特定＞＞
ステップＳ２では、処理部１１００は、破壊試験である高温引張試験を行って得られた対象となる被鍛造材の破断伸びを、被鍛造材特性情報１００１から特定する。次に、処理部１１００は、この破断伸びを用いて、当該被鍛造材の固有破壊閾値Ｃ０を計算する。そして、処理部１１００は、固有破壊閾値Ｃ０と加工温度の対応関係を示す破壊閾値－加工温度対応関係を求める。

【0024】

具体的には、以下の処理を実行する。まず、処理部１１００は、高温引張試験と同じ条件で有限要素法により試験片の変形解析を行う。そして、処理部１１００は、変形解析による伸びが破壊試験での試験片の破断伸びと同じ値になった場合の破壊、つまり、割れた部位における最大主応力σ＿ｍａｘ＿ｆ、ミーゼスの相当応力σ＿ｅｆｆ＿ｆ、および相当塑性ひずみεfの履歴を特定する。処理部１１００は、これらを用いて、固有破壊閾値Ｃ０を算出する。このために、処理部１１００は、（数１）に示す一般化されたＣｏｃｋｒｏｆｔ＆Ｌａｔｈａｍの式を用いる。なお、同じ値とは、その差が一定範囲内である場合を含む。

【0025】

そして、処理部１１００は、破壊試験での試験片で破断伸びを発生した際の加工温度を特定する。このことで、処理部１１００は、固有破壊閾値Ｃ０と加工温度の関係である固有破壊閾値－加工温度対応関係を特定する。なお、本実施形態では、破壊要因として、加工温度を用いるため、状態―加工温度対応関係を用いる。但し、破壊要因には、加工温度以外のひずみ速度などを用いることが可能である。このため、固有破壊閾値－破壊要因対応関係を用いることも可能である。

【0026】

【数1】

【0027】

本実施形態では、対応関係として、Ｃｏｃｋｒｏｆｔ＆Ｌａｔｈａｍの式を用いるが、一般的に提唱されている別の破壊条件式、例えば大矢根の式で求めても良い。この大矢根の式の利用の詳細については、後述する。
＜＜Ｓ３：鍛造割れ判定＞＞
ステップＳ３では、処理部１１００は、以下に述べるように割れ予測モデルにより鍛造割れの発生を判定する。ここで、ステップＳ２での固有破壊閾値－加工温度対応関係を求める手法は、試験片を等温に保持した高温引張試験を元にしたものである。一方、通常の鍛造加工を含む塑性加工では、素材（被鍛造材）と治具との間に生じる熱伝達や、素材内部から生じる加工発熱によって、素材（表面や内部）の温度が時間変化する。よって、本ステップＳ３では、温度の時間変化を伴う塑性加工プロセスに、試験片を等温に保持した引張試験から導出した温度と固有破壊閾値Ｃ０の関係を適用する。このため、例えば、鍛造割れ判定のステップＳ３を、図１０に示すフローチャートに従った予測モデルにより実行する。

【0028】

まず、ステップＳ３００１において、処理部１１００は、被鍛造材の鍛造前の形状と、金型形状を、被鍛造材特性情報１００１から読み込む。

【0029】

次に、ステップＳ３００２において、処理部１１００は、被鍛造材の応力ひずみ曲線と熱物性を、被鍛造材特性情報１００１から読み込む。なお、前記熱物性として、被鍛造材の密度、熱伝導率、放射率など用いることができる。

【0030】

次に、ステップＳ３００３において、処理部１１００は、ステップＳ２で求めた固有破壊閾値－加工温度対応関係を読み込む。なお、この対応関係は、処理部１１００により、メモリ１２００に格納されているものとする。

【0031】

次に、ステップＳ３００４において、処理部１１００は、鍛造条件情報１００２から当該被鍛造材の鍛造条件を読み込む。この鍛造条件情報を、図９に示す。図９に示すように、鍛造条件には、被鍛造材の加熱温度、被鍛造材を加熱炉から取り出してから鍛造プレスに設置するまでの時間、鍛造時の圧下速度、圧下量などを用いることができる。なお、本実施形態では、鍛造条件として、これらのうち、少なくとの１つを用いることが可能である。

【0032】

次に、ステップＳ３００５において、処理部１１００は、ステップＳ３００１にて読み込んだ被鍛造材の形状と金型形状を、それぞれ有限要素法の各要素に分割する。

【0033】

次に、ステップＳ３００６において、処理部１１００は、鍛造加工時間を複数の区分に分割する。例えば、鍛造加工時間を１０秒として、１００区分に分割すると、区分iが示す時間(区間)は、t=０.１x i以上、０.１ x (i＋１)である。

【0034】

次に、ステップＳ３００７において、処理部１１００は、ステップＳ３００１～Ｓ３００５で読み込んだ各情報に基づいて、有限要素法によって最大主応力σ＿ｍａｘ、ミーゼスの相当応力σ＿ｅｆｆ、および相当塑性ひずみεを計算する。そして、処理部１１００は、これら結果である状態情報を記憶装置もしくはメモリ１２００に記憶する。

【0035】

次に、ステップＳ３００８において、処理部１１００は、ステップＳ３００６で分割された各区分i（ｉは０≦ｉ≦ｎ－1の正の整数、ｎはシミュレーションの最終ステップ番号）における被鍛造材の温度Ｔ（i）を算出する。このために、図２（a）に示すような加工時間－温度対応関係を用いる。ここで、本実施形態では、加工時間ｔ（ｉ）とｔ（ｉ＋１）（ｉは０≦ｉ≦ｎ－1の正の整数）の間の被鍛造材の温度は、Ｔ（ｉ）一定であると近似する。また、ｔ（ｉ）に対する温度Ｔ（ｉ）の変化は、必ずしも単調減少または単調増加である必要はない。つまり、被鍛造材と治具との間に生じる熱伝達や、被鍛造材内部から生じる加工発熱によって、任意に増減してよい。なお、加工時間－温度対応関係は、上述した破壊試験の結果を用いることが可能である。

【0036】

次に、ステップＳ３００９において、処理部１１００は、ステップＳ３００７にて計算した状態情報を用いて、ステップＳ３００６で分割された指定した各区分iにおける区分破壊値Ｃ１（ｉ）を算出する。

【0037】

つまり、処理部１１００は、状態情報である最大主応力σ＿ｍａｘ（ｉ）、ミーゼスの相当応力σ＿ｅｆｆ（ｉ）、および相当塑性ひずみε（ｉ）を、以下の（数２）に適用する。この結果、算出される破壊値区分Ｃ１（ｉ）を、グラフ化した例を図２（ｂ）に示す。なお、この区分破壊値Ｃ１は、一般化されたＣｏｃｋｒｏｆｔ＆Ｌａｔｈａｍの式の被積分関数で求められる。なお、この区分破壊値Ｃ１は、有限要素法における要素ごとに算出してもよい。さらに、試験片が破壊されたタイミングに対応する区分までの各区分について、区分破壊値Ｃ１を求めてもよい。

【0038】

【数2】

【0039】

次に、ステップＳ３０１０において、処理部１１００は、ステップＳ３００３で読み込んだ固有破壊閾値－温度対応関係を用いて、各区分の区分破壊閾値Ｃ０（ｉ）を算出する。つまり、ステップＳ３００６で分割された各ステップiについて、図２（ｃ）に示すような温度Ｔ（ｉ）と破壊閾値Ｃ０（ｉ）の関係を特定する。なお、温度Ｔ（i）に対応する破壊閾値Ｃ０がステップＳ３００３で読み込まれていない場合、処理部１１００は、ステップＳ３００３で読み込まれた固有破壊閾値Ｃ０の値から補間または補外によって区分破壊閾値Ｃ０（ｉ）を求める。

【0040】

次に、ステップＳ３０１１において、処理部１１００は、加工時間ｔ（ｉ）とｔ（ｉ＋１）の間の区分で蓄積される割れの効果である破壊効果ΔＤ（ｉ）を、以下の（数３）を用いて計算する。そして、処理部１１００は、時間ｔ（０）からｔ(ｉ)の間に蓄積される割れの効果の総和である積算破壊効果Ｄ（i）を、以下の（数４）で計算する。

【0041】

【数3】

【0042】

【数4】

【0043】

この（数３）（数４）の計算結果に対応する、図２（ｄ）に、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）から求めた時間ｔ（ｉ）とＤ（ｉ）の関係を示す。この図２（ｄ）では、図２（ｃ）でＣ１（３）＜０よりΔＤ（３）＝０となっているため、Ｄ（２）＝Ｄ（３）である。このため、処理部１１００は、Ｄ（ｉ）が１を超えた時点で、割れが発生すると判定する。図２（ｄ）では、時間ｔ（ｓ０）に対応する区分で鍛造割れが発生すると判定される。

【0044】

なお、ステップＳ３００８～Ｓ３０１１の処理は、以下のとおり実行してもよい。それは、ステップＳ３００７において各区分に対する有限要素法による計算が終わった後、次の区分の計算を行う前に当該ステップＳ３００７における最大主応力σ＿ｍａｘ、ミーゼスの相当応力σ＿ｅｆｆ、および相当塑性ひずみεを取得して実行する。また、ステップＳ３００７の各区分の計算が全区分について完了したあとに、データベースに格納された最大主応力σ＿ｍａｘ、ミーゼスの相当応力σ＿ｅｆｆ、および相当塑性ひずみεを対象に処理を実行しても良い。

【0045】

以上のように、ステップＳ４およびステップＳ５を実施する前にステップＳ３００１～３０１１の各ステップを実行し、ステップＳ３の処理を終了する。なお、処理部１１００の処理により、ステップＳ３００１～３０１１の各ステップの結果を、記憶装置ないしメモリ１２００にデータとして保持することが望ましい。

【0046】

但し、ステップＳ３００１～３０１１の各ステップ必ずしも結果はデータとして記憶していなくともよい。この場合、その都度これらの処理、つまり、シミュレーション結果を作成してもよい。
＜＜ステップＳ３のバリエーション＞＞
ここで、ステップＳ４以降の詳細を説明する前に、ステップＳ３の変形例、つまり、バリエーションについて、説明する。上述のステップＳ３では、（数２）と（数３）として、一般化されたＣｏｃｋｒｏｆｔ＆Ｌａｔｈａｍの式を用いた予測モデルで処理を実行している。但し、一般的に提唱されている別の破壊条件式を用いて、割れ予測を実行することも可能である。例えば、パラメータａと平均応力σ＿ｍを用いて、（数１）を以下の（数５）に、（数３）を以下の（数６）に差し替えることによって、一般的に提唱されている破壊条件式である、大矢根の式を元にした割れ予測モデルを構築できる。よって、割れの予測モデルには、対象とする鍛造割れの現象を最も良く表現できる破壊条件式を採用すればよい。なお、（数４）は、上述のものを利用する。

【0047】

【数5】

【0048】

【数6】

【0049】

以上で、ステップＳ３の説明を終了し、以下、ステップＳ４以降について説明する。
＜＜Ｓ４：鍛造割れが発生した部位の特定および原因判断＞＞
次に、ステップＳ４では、処理部１１００は、ステップＳ３により鍛造割れが発生したと判定された部位を特定し、鍛造割れの原因が鍛造割れかを判断する。このために、処理部１１００は、被鍛造材の各部位について、加工温度Ｔを脆化温度ＴＣと比較する。加工温度Ｔが脆化温度ＴＣを下回ることがある場合、延性が低下した温度領域における区分破壊閾値Ｃ０（ｉ）が延性をもつ温度領域と比較して小さいため、破壊効果ΔＤ（ｉ）は大きくなる。

【0050】

したがって、加工温度Ｔが一度でも脆化温度ＴＣを下回って鍛造割れが発生すると判定された場合、低温での脆化が少なくとも割れの発生に寄与する可能性が高い。一方、加工温度Ｔが脆化温度ＴＣを上回っているにも関わらず、鍛造割れが判定された場合、鍛造割れの発生は低温での脆化に無関係と推測される。

【0051】

このため、処理部１１００は、鍛造割れが発生したと判定された部位について、一度でも加工温度Ｔが脆化温度ＴＣを下回った部位がある場合（Ｙｅｓ）、この部位を特定する。そして、出力部１３００が、このことを出力する。また、ステップＳ４からステップＳ５へ処理が遷移する。なお、出力部１３００は、鍛造割れが発生した部位と低温脆化以外での鍛造割れが発生した部位を区別して出力してもよい。このため、鍛造割れ予測装置１００の利用者は、低温脆化による鍛造割れが発生する部位を確認できる。

【0052】

また、鍛造割れが発生したと判定された各部位について、加工温度Ｔが脆化温度ＴＣを下回る部位がない場合（Ｎｏ）、出力部１３００がその旨を出力し、処理を終了する。このため、鍛造割れ予測装置１００の利用者は、低温脆化による鍛造割れが発生していないことを確認できる。

【0053】

なお、処理部１１００は、本ステップでＹｅｓ、Ｎｏのいずれと判定しても、鍛造割れの部位およびその原因を含むシミュレーション結果情報１００３を、記憶装置に記憶する。
＜＜Ｓ５：鍛造割れを抑制できる加工温度の特定＞＞
そして、ステップＳ５において、まず、処理部１１００は、低温脆化による鍛造割れが発生したと判定され部位について、加工温度Ｔと脆化温度ＴＣとの温度差ΔＴの最大値を特定する。温度差ΔＴは加工時間ｔの関数として、以下の（数７）で算出される。

【0054】

【数7】

【0055】

ここで、加工中の温度Ｔが一度でも脆化温度ＴＣを下回ると、Ｔ－ＴＣ＜０となる時刻が存在する。そこで、処理部１１００は、これを用いて、ΔＴの加工開始から加工終了までの最大値ΔＴｍaｘを求める。

【0056】

また、ステップＳ４により、鍛造割れが発生したと判定された部位において、低温脆化を抑制するには、ΔＴが最大であるΔＴｍａｘとなる時刻ないし区分において、ＴをΔＴｍaｘ以上増加させる必要がある。そこで、処理部１１００が、鍛造割れが発生したと判断し一度でも加熱温度Ｔが脆化温度ＴＣを下回った各部位について、ΔＴｍaｘを特定する。そして、出力部１３００がこの結果を表示する。このことによって、利用者に低温脆化の抑制に必要な温度の増加量を部位ごとに示すことができる。

【0057】

そして、処理部１１００は、温度の増加量に基づいて、鍛造加工の加工条件の変更内容を特定する。これを受け、出力部１３００が、当該変更内容を出力する。この加工条件の変更内容は、例えば被鍛造材の加熱温度の増加であっても良い。また、金型の加熱温度、あるいは圧下速度であっても良い。また、低温での脆化に起因して割れが発生した要素と接触する部分で断熱材を厚くする、金型表面をバーナーで加熱するなど、局部的に温度の低下を抑える手段であっても良い。このために、鍛造割れ予測装置１００は、記憶装置に、温度の増加量と加工条件の変更内容を対応付けた情報を記憶しておき、処理部１１００はこれを用いて、変更内容を特定する。

【0058】

また、処理部１１００は、本ステップでの処理結果を、シミュレーション結果情報１００３として、記憶装置に記憶する。
＜破壊パラメータの変形例＞
本実施形態では、破壊要因として、加工温度を用いた。但し、被鍛造材には、固有破壊閾値Ｃ０が例えば、ひずみ速度など別の要因に依存するものがある。この場合、処理部１１００は、破壊要因として、ひずみ速度などの別の要因を用いて、上述した処理を実行する。この際、図２（ａ）と図２（ｄ）で示される情報に関し、その縦軸を、温度から別の要因に差し替えることで、対象とする要因が固有破壊閾値Ｃ０に与える依存性を考慮した割れの予測モデルを構築することができる。

【0059】

さらに、固有破壊閾値Ｃ０がＮ個（Ｎは２以上の自然数）の複数の要因に依存する被鍛造材には、図２（ａ）および図２（ｂ）で示される情報に関し、以下のとおり処理することで、鍛造割れの予測が可能になる。まず、図２（ａ）の縦軸を、各要因の項目に差し替えたＮ個の時間履歴のグラフとする。また、図２（ｄ）をＮ個の要因と固有破壊閾値Ｃ０の関係を表した（Ｎ＋１）次元のグラフとする。このことで、処理部１１００は、各区分（ｉ）での被鍛造材の区分破壊閾値Ｃ０（ｉ）を決定することができる。
＜被鍛造材の適用例＞
本実施形態は、図３に例示する各供試材に対して適用可能である。このうち、
熱間加工性の温度依存性が例示した供試材内では比較的大きいNi基合金について、本実施形態へ適用した例を示す。

【0060】

図３に示す公称成分のNi基合金インゴットを、真空誘導溶解、エレクトロスラグ再溶解を用いて作製した後、熱間鍛造を行って、丸棒形状の中間素材（ビレット）を得た。中間素材から引張試験片（平行部：直径８ｍｍ、長さ２４ｍｍ）を採取して、高温引張試験を行ったところ、図４に示す破断伸びと破断絞りが得られた。この試験では、製品の鍛造中に生じる温度低下を想定して、初期保持温度１０５０℃から、５℃/secで冷却して試験温度に到達した時点で引張荷重を付与するものとした。図４に示すように、試験温度の低下とともに破断伸びと破断絞りが急激に低下し、脆化温度（ＴＣ）約９５０℃を求めることができた。

【0061】

また、図３に示した公称成分のNi基合金インゴットの変形抵抗を考慮して、前記高温引張試験における試験片の変形解析を行った。つまり、伸びが図４に示した値と同じ値となる場合の破断部における最大主応力σ＿ｍａｘ＿ｆ、ミーゼスの相当応力σ＿ｅｆｆ＿ｆ、および相当塑性ひずみεfから一般化されたＣｏｃｋｒｏｆｔ＆Ｌａｔｈａｍの式によって固有破壊閾値Ｃ０を求めた。次に、前記Ni基合金インゴットと同じ公称成分の被鍛造材１を１０００℃に加熱した後、図５に示す円錐台状の上金敷２上金敷２と平坦な下金敷３で圧下するプロセスの塑性加工シミュレーションによって割れの発生を判定した。

【0062】

加工終了の際における被鍛造材１の上面の中心Ｐ１、上金敷２の角部との接触点Ｐ２、被鍛造材１の外周角部Ｐ３を対象に割れの発生を判定し、加工中の温度Ｔを脆化温度ＴＣと比較した結果を図６に示す。Ｐ１およびＰ３では、加工終了時刻における積算破壊効果Ｄは１を下回る、割れは発生しない。一方、Ｐ２において、加工終了時刻において積算破壊効果Ｄは１を上回り、加工中の温度は脆化温度ＴＣを下回る、低温での脆化に起因した割れが発生する。また、Ｐ２について、脆化温度との温度差の最大値ΔＴｍaｘは３００℃である。

【0063】

上記の判断を、例えばサブルーチンの実行によって被鍛造材１の各部位について実施することにより、鍛造割れの発生位置の予測と、低温での脆化に起因した割れの部位の明確化が可能となる。また、低温での脆化の抑制に必要な温度の増加量を部位ごとに示すことも可能である。

【0064】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、本実施形態のある構成の一部を別の構成に置き換えることが可能である。本実施形態の構成に、他の構成を加えることも可能である。つまり、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0065】

以上の本発明の一実施形態によれば、その区分ごとの温度変化を考慮した破壊パラメータが算出されるため、被鍛造材の温度の変化が大きいプロセスであっても鍛造品の割れを正確に予測することができる。また、加工温度Ｔが脆化温度ＴＣを一度でも下回る要素を抽出することにより低温での脆化に起因している割れの発生位置を特定することができる。

【符号の説明】

【0066】

１ 被鍛造材、２ 上金敷、３ 下金敷、１００ 鍛造割れ予測装置、１１００ 処理部、１２００ メモリ、１２１０ 鍛造加工シミュレーションプログラム、１３００ 出力部、１４００ 入力部、１００１ 被鍛造材特性情報、１００２ 鍛造条件情報、１００３ シミュレーション結果情報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】