ES2709206T3

ES2709206T3 - Método de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial y pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial

Info

Publication number: ES2709206T3
Application number: ES14795101T
Authority: ES
Inventors: Takashi Matsuno; Yoshihito Sekito; Tamaki Suzuki; Kaoru Kawasaki; Atsushi Seto
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2019-04-15
Anticipated expiration: 2034-05-09
Also published as: BR112015027819A2; JP6103047B2; WO2014181882A1; IN201918040553A; CA2910862C; CN105163880A; TH159544A; JPWO2014181882A1; CN105163880B; KR20150144801A; RU2015149732A; KR20170143003A; EP2995395B1; TR201900620T4; MX367252B; US20160067760A1; EP2995395A1; RU2633200C2; MX2015015170A; TWI568857B

Abstract

Un método de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial que comprende: calentar y mantener una chapa de acero que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o más en masa en un intervalo de temperaturas de Ac3 a 1400 ° C para austenizar la chapa de acero; posteriormente cizallar la chapa de acero en un estado en el que la chapa de acero se coloca sobre una matriz; y templar enfriando rápidamente la chapa de acero cizallada, en donde una temperatura inicial de la cizalladura se establece para que sea una temperatura (° C) obtenida añadiendo una temperatura de 30 ° C a 140 ° C a una Ar3 medida previamente de la chapa de acero; o en donde una temperatura inicial de la cizalladura se establece para que sea una temperatura (° C) obtenida al añadir un valor, que se calcula multiplicando una cantidad de deformación plástica equivalente de una capa superficial en una parte cizallada por un coeficiente de 40 a 60, a una Ar3 medida previamente de la chapa de acero, en donde la cantidad de deformación plástica equivalente de la capa superficial en la parte cizallada se calcula como valor promedio de una cantidad de deformación plástica equivalente de una región en un intervalo del 5 % al 20 % de un grosor de la chapa de acero desde un plano de cizalladura de la parte cizallada a un interior de la chapa de acero en una dirección normal al plano de cizalladura y en un intervalo del 20 % al 50 % del grosor de la chapa de acero en una dirección de grosor de la chapa de acero desde una parte inferior en un lado de rebaba de la parte cizallada, y en donde la cantidad de deformación plástica equivalente de la capa superficial en la parte cizallada se calcula por una simulación de cizalladura por análisis usando un método de elementos finitos (MEF) que se realiza sobre la base de un diagrama esfuerzo deformación a una temperatura de chapa de acero de 500 ° C a 800 ° C, integrando un incremento en la deformación plástica equivalente "dε-P" por una función de tensión de Mises que se representa por la siguiente Fórmula (1) cuando se define un sistema de coordenadas de material como x, y, y z:**Fórmula**

Description

DESCRIPCION

Metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial y pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial

Campo tecnico

La presente invencion esta relacionada con un metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial de una chapa de acero, que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa y se usa en automoviles, embarcaciones, puentes, equipos de construccion, diversas plantas, o algo semejante, y una pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial.

Antecedentes de la tecnica

Desde el pasado, un material metalico (chapa de acero) que se va a usar en automoviles, embarcaciones, puentes, equipos de construccion, diversas plantas, o algo semejante a menudo ha sido sometido a cizalladura por un troquel y una matriz. Recientemente, desde el punto de vista de la seguridad y ligereza de peso, se han fortalecido diversos miembros, y como se describe en "Press Technology", Vol. 46 n.° 7, p. 36-41 (mas adelante en esta memoria, se le hace referencia como "Bibliografla no de patente 1"), se realiza prensado con templado en el que se realizan formacion en prensa y tratamiento termico casi simultaneamente para formar un miembro de alta resistencia.

Una pieza de trabajo general prensada en frlo se somete a cizalladura tal como troquelado y recorte tras ser sometida a formacion en prensa. Sin embargo, cuando la pieza de trabajo prensada-templada se somete a cizalladura tras ser sometida a formacion, la vida en servicio de una herramienta de cizalladura se vuelve significativamente mas corta debido a la alta dureza del miembro. Adicionalmente, existe la preocupacion de que ocurre la fractura retardada debido a esfuerzo residual en una parte cizallada. Asl, la pieza de trabajo prensadatemplada a menudo se somete a corte con laser en lugar de cizalladura.

Sin embargo, como el corte con laser requiere costes, por ejemplo, hasta el momento se han propuesto los siguientes metodos: un metodo para realizar un tratamiento termico despues de cizallar (por ejemplo, vease la solicitud de patente japonesa abierta a la inspeccion publica (JP-A) n.° 2009-197253 (mas adelante en esta memoria, se le hace referencia como "bibliografla de patente 1")); metodos para reducir el esfuerzo residual en una parte cizallada realizando simultaneamente cizalladura y prensado en caliente antes de templar (por ejemplo, vease el documento JP-A n.° 2005-138111 (mas adelante en esta memoria, se le hace referencia como "bibliografla de patente 2"), JP-A n.° 2006-104526 (mas adelante en esta memoria, se le hace referencia como "bibliografla de patente 3"), y JP-A n.° 2006-83419 (mas adelante en esta memoria, se le hace referencia como "bibliografla de patente 4")); un metodo para reducir la dureza de temple reduciendo gradualmente una tasa de enfriamiento de una parte cizallada (por ejemplo, vease el documento JP-A n.° 2003-328031 (mas adelante en esta memoria, se le hace referencia como "bibliografla de patente 5")); un metodo de trabajo para ablandar unicamente una parte programado para cizalladura a realizar calentamiento electrico local (por ejemplo, vease "CIRP Annals-Manufacturing Technology" 57 (2008), p. 321-324 (mas adelante en esta memoria, se le hace referencia como "bibliografla no de patente 2")); y una tecnologla relacionada con cizalladura para controlar estructuras en una capa superficial de un plano de cizalladura en una chapa de acero de alta resistencia para mejorar la resistencia a fractura retardada (vease el documento JP-A n.° 2012-237041 (mas adelante en esta memoria, se le hace referencia como "bibliografla de patente 6")).

COMPENDIO DE LA INVENCION

Problema tecnico

Hay varios problemas en los metodos descritos en las bibliograflas de patente 1 a 6 y el metodo descrito en la bibliografla no de patente 2. Segun el metodo descrito en la bibliografla de patente 1, como el metodo se puede usar unicamente para un material especlfico y se usa para realizar cizalladura en un material templado, no se resuelve el problema tal como deterioro de la vida en servicio de la herramienta.

Segun los metodos descritos en las bibliograflas de patente 2 a 4, se puede reducir el esfuerzo residual en la parte cizallada provocado por resistencia a deformacion de la chapa de acero, pero no es posible reducir el esfuerzo termico provocado por agarrotamiento de la herramienta y no uniformidad de un contacto con una matriz durante el temple y reducir el esfuerzo residual provocado por la trasformacion de la chapa de acero. Por lo tanto, cuando la ductilidad de la parte cizallada en caliente es baja, no se resuelve un problema tal como aparicion de la fractura retardada. En las bibliograflas de patente 2 a 4 no se describe un metodo para mejorar la ductilidad de la parte cizallada en caliente.

Segun el metodo descrito en la bibliografla de patente 5, se considera que la ductilidad puede ser mejorada porque la parte cizallada de la chapa de acero no se endurece, pero un tiempo de cizalladura se hace mas largo y asl aumentan los costes ya que la tasa de enfriamiento se vuelve mas lenta. Segun el metodo descrito en la bibliografla no de patente 2, se necesita preparar una nueva matriz formada con un aparato de calentamiento electrico para cizallar y asl aumentan los costes.

Segun el metodo descrito en la bibliografla de patente 6, tiene el efecto excelente de mejorar la resistencia a fractura retardada, pero se define una temperatura inicial de cizalladura de 400 ° C a 900 ° C independientemente de un material de un miembro a cizallar o una tasa de enfriamiento. Por esta razon, la cizalladura puede ocurrir en un intervalo de temperaturas (lado de temperatura baja), en el que ocurre la fractura retardada, que depende de los materiales del miembro a cizallar o las condiciones de cizalladura. Por el contrario, cuando la cizalladura se realiza a alta temperatura mas de la necesaria de manera que no ocurre la fractura retardada, la cantidad de expansion termica se vuelve mas grande y un cambio dimensional se hace mas grande en el momento de volver a una temperatura ambiente. Como resultado, el error dimensional de la pieza de trabajo se vuelve mayor. Por lo tanto, en un caso en el que la temperatura de cizalladura sea controlada con precision a la temperatura inferior segun condiciones de cizalladura reales, todavla existe la posibilidad de suprimir la fractura retardada mientras ademas se mejora la precision de cizalladura de la pieza de trabajo.

La bibliografla de patente 6 describe que la fractura retardada no ocurre cuando hay presente ferrita fina en la superficie de una parte de cizalladura. Sin embargo, por ejemplo, en numeros experimentales 36 a 40 en los que se usa una chapa de acero A8 indicada en la Tabla 5 obtenida por la chapa de acero componente A8 o A9 indicado en la Tabla 1 del Ejemplo, incluso cuando la cizalladura se realiza a la misma temperatura de cizalladura y tasa de enfriamiento bajo las mismas condiciones de calentamiento y condiciones de mantenimiento, las estructuras varlan y as! la fractura retardada puede ocurrir en algunos casos. Incluso cuando se usa una chapa de acero A9 indicada en la Tabla 5, se obtuvieron los mismos resultados.

A fin de resolver los problemas anteriores, la invencion tiene tareas para impedir que ocurra la fractura retardada en una parte cizallada en caliente y para mejorar la precision de cizalladura de una pieza de trabajo sin aumentar el tiempo de cizalladura y nuevas etapas, y un objeto del mismo es proporcionar un metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial y una pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial, que cumple estos requisitos, con el proposito de lograr estas tareas.

Solucion al problema

Los presentes inventores han estudiado intensamente una tecnica para resolver los problemas anteriores. Como resultado, los inventores encontraron que en un caso en el que una temperatura para el inicio de cizalladura (temperatura inicial de cizalladura) se establece a un intervalo apropiado sobre la base de la cantidad de deformacion plastica equivalente de una capa superficial de una parte cizallada, no ocurre fractura retardada incluso cuando queda alto esfuerzo residual en la parte cizallada.

Esto es, la cantidad de deformacion plastica equivalente de la parte cizallada se ve afectada por una temperatura durante la cizalladura y una estructura antes de la cizalladura (ferrita o austenita), pero se cambia una estructura despues de la cizalladura de manera diferente dependiendo de la cantidad de deformacion plastica equivalente de la parte cizallada y la temperatura de cizalladura. En cuanto a como difiere la estructura, composiciones de la chapa de acero, condiciones de pensado e historiales de temperatura asociados con estas condiciones de prensado cuando se realiza prensado antes de la cizalladura contribuyen a lo mismo. Los inventores encontraron condiciones en las que incluso cuando queda alto esfuerzo residual en la parte cizallada, se mejora la precision dimensional sin aparicion de la fractura retardada al optimizar la temperatura de cizalladura en vista de todos estos factores.

En particular, los inventores confirmaron, en un acero al carbono para uso estructural de maquina definido en JIS G 4051 que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa o que tiene preferiblemente un contenido de carbono del 0,48 % o menos en masa en vista de facilidad de trabajo en frlo tras enfriamiento de cizalladura, que la invencion era aplicable a chapas de acero laminadas en frlo S17C, S25C, S35C y S45C definidas en JIS G 4051 cuando un punto Ar3 medido realmente es aproximadamente de 500 ° C o inferior en el momento de enfriamiento a su ritmo.

La invencion ha sido realizada sobre la base de los hallazgos anteriores y la esencia de los mismos de la siguiente manera.

Un primer aspecto de la invencion es proporcionar un metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial que incluye: calentar y mantener una chapa de acero que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa en un intervalo de temperaturas de Ac3 a 1400 ° C para austenizar la chapa de acero; posteriormente cizallar la chapa de acero en un estado en el que la chapa de acero se coloca sobre una matriz; y templar enfriando rapidamente la chapa de acero cizallada, en donde se establece una temperatura inicial de la cizalladura para que sea una temperatura (° C) obtenida al anadir una temperatura de 30 ° C a 140 ° C a una Ar3 medida previamente de la chapa de acero.

Un segundo aspecto de la invencion es proporcionar un metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial que incluye: calentar y mantener una chapa de acero que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa en un intervalo de temperaturas de Ac3 a 1400 ° C para austenizar la chapa de acero; posteriormente cizallar la chapa de acero en un estado en el que la chapa de acero se coloca sobre una matriz; y templar enfriando rapidamente la chapa de acero cizallada, en donde se establece una temperatura inicial de la cizalladura para que sea una temperatura (° C) obtenida al anadir un valor, que se calcula multiplicando una cantidad de deformacion plastica equivalente de una capa superficial en una parte cizallada por un coeficiente de 40 a 60, a una Ar3 medida previamente de la chapa de acero.

Un tercer aspecto de la invencion es proporcionar el metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun el segundo aspecto de la invencion, en donde la cantidad de deformacion plastica equivalente de la capa superficial en la parte cizallada se calcula como valor promedio de una cantidad de deformacion plastica equivalente de una region en un intervalo de 5 % a 20 % de un grosor de la chapa de acero desde un plano de cizalladura de la parte cizallada a un interior de la chapa de acero en una direccion normal al plano de cizalladura y en un intervalo del 20 % al 50 % del grosor de la chapa de acero en una direccion de grosor de la chapa de acero desde una parte inferior en un lado de rebaba de la parte cizallada.

Un cuarto aspecto de la invencion es proporcionar el metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun el segundo o tercer aspecto de la invencion, en donde la cantidad de deformacion plastica equivalente de la capa superficial en la parte cizallada se calcula mediante una simulacion numerica que se realiza sobre la base de un diagrama esfuerzo-deformacion a una temperatura de chapa de acero de 500 ° C a 800 ° C. Un quinto aspecto de la invencion es proporcionar el metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun uno cualquiera del segundo aspecto al cuarto aspecto de la invencion, en donde la cantidad de deformacion plastica equivalente de la capa superficial en la parte cizallada se calcula sobre la base de una funcion de tension de Mises representada por la siguiente Formula (1).

Un sexto aspecto de la invencion es proporcionar el metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun el primer o segundo aspecto de la invencion, en donde la cizalladura de la chapa de acero empieza dentro de tres segundos despues de que la chapa de acero entra en contacto con la matriz.

Un septimo aspecto de la invencion es proporcionar el metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun el primer o segundo aspecto de la invencion, en donde el enfriamiento rapido se realiza cuando la chapa de acero entra en contacto con la matriz.

Un octavo aspecto de la invencion es proporcionar el metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun el primer o segundo aspecto de la invencion, en donde el enfriamiento rapido se realiza cuando un chorro de agua desde una perforacion formada en una parte de contacto de la chapa de acero con la matriz atraviesa un surco proporcionado en la parte de contacto de la chapa de acero.

Un noveno aspecto de la invencion es proporcionar el metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun el primer o segundo aspecto de la invencion, en donde entre el calentamiento y la cizalladura de la chapa de acero se realiza formacion en prensa que no acompana fractura de la chapa de acero.

Un decimo aspecto de la invencion es proporcionar una pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial, que incluye: una chapa de acero que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa, una capa superficial de una parte cizallada de la chapa de acero que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa que incluye una fase de ferrita y un resto, la capa superficial es definida como amplitud hasta 100 pm dentro de la chapa de acero en una direccion normal a un plano de cizalladura desde un plano de fractura de la parte cizallada; en donde el resto incluye al menos una fase de una fase de bainita, una fase de martensita, o una fase de austenita residual que tienen un diametro de grano de cristal de 3 pm o menos, e incluye cementita e inevitablemente inclusiones generadas; en donde la fase de ferrita tiene un tamano de grano medio de 3 pm o menos; en donde la capa superficial contiene el 5 % o mas de granos en numero que tiene una relacion de aspecto de 3 o mas; y en donde una region fuera de la amplitud de 100 pm incluye: martensita e inevitablemente inclusiones generadas; o bainita, martensita, e inevitablemente inclusiones generadas.

Un decimoprimer aspecto de la invencion es proporcionar la pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun el decimo aspecto de la invencion, en donde, en la capa superficial, la cementita tiene una densidad de numero de 0,8 pedazos/pm3 o menos y la cementita tiene una longitud maxima de 3 pm o menos.

Un decimosegundo aspecto de la invencion es proporcionar la pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun el decimo o decimoprimer aspecto de la invencion, en donde una relacion de area total de la fase de bainita, la fase de martensita, y la fase de austenita residual, que se miden mediante un metodo de difraccion de haz de electrones por retrodispersion (EBSD), es del 10 % al 50 % en la capa superficial.

Un decimotercer aspecto de la invencion es proporcionar una pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial, la pieza de trabajo producida al: calentar y mantener una chapa de acero que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa en un intervalo de temperaturas de Ac3 a 1400 ° C para austenizar la chapa de acero; posteriormente cizallar la chapa de acero en un estado en el que la chapa de acero se coloca sobre una matriz; y templar enfriando rapidamente la chapa de acero cizallada, en donde se establece una temperatura inicial de la cizalladura para que sea una temperatura (° C) obtenida al anadir una temperatura de 30 ° C a 140 ° C a una Ar3 medida previamente de la chapa de acero.

Un decimocuarto aspecto de la invencion es proporcionar una pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial, la pieza de trabajo producida al: calentar y mantener una chapa de acero que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa en un intervalo de temperaturas de Ac3 a 1400 ° C para austenizar la chapa de acero; posteriormente cizallar la chapa de acero en un estado en donde la chapa de acero se coloca sobre una matriz; y templar enfriando rapidamente la chapa de acero cizallada, en donde se establece una temperatura inicial de la cizalladura para que sea una temperatura (° C) obtenida al anadir un valor, que se calcula multiplicando una cantidad de deformacion plastica equivalente de una capa superficial en una parte cizallada por un coeficiente de 40 a 60, a una Ar3 medida previamente de la chapa de acero.

Efectos ventajosos de la Invencion

Segun un metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial y una pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial de la invencion, es posible suprimir la fractura retardada en una parte cizallada y proporcionar una pieza de trabajo que tiene excelente precision dimensional sin aumentar el tiempo de cizalladura y nuevas etapas.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

La figura 1A es un diagrama esquematico que ilustra un ejemplo de troquelado-cizalladura mediante un troquel y una matriz.

La figura 1B es un diagrama esquematico que ilustra un ejemplo de recorte-cizalladura mediante un troquel y una matriz.

La figura 2 es un diagrama que ilustra un ejemplo de una parte cizallada de una chapa de acero.

La figura 3 es un diagrama que ilustra una relacion entre un historial de temperatura y un punto Ar3.

La figura 4A es un diagrama que ilustra un estado de un aparato de cizalladura en caliente usado en la Prueba A antes de cizallar.

La figura 4B es un diagrama que ilustra un estado del aparato de cizalladura en caliente usado en la Prueba A durante la cizalladura.

La figura 4C es un diagrama que ilustra un estado del aparato de cizalladura en caliente usado en la Prueba A despues de cizallar.

La figura 5 es un diagrama que ilustra inclusiones (una imagen de microscopio electronico de trasmision observada mediante un metodo de replica), que son observadas mediante un metodo de replica usando un microscopio electronico de trasmision en el Ejemplo Comparativo, en una capa superficial de una parte cizallada.

La figura 6A es un diagrama que ilustra una region en la que se promedia deformacion plastica equivalente. La figura 6B es un diagrama que ilustra una region en la que se forma una estructura fina en una parte realmente cizallada en caliente.

La figura 7 es un ejemplo de estructura metalica (imagen EBSD) obtenida por el Ejemplo 1.

La figura 8 es un ejemplo de inclusiones (una imagen de microscopio electronico de trasmision observada mediante un metodo de replica) de una estructura metalica obtenida por el Ejemplo 1.

La figura 9A es un diagrama que ilustra un estado de doblez de un aparato de cizalladura en caliente usado en la Prueba B.

La figura 9B es un diagrama que ilustra un estado de cizalladura de un aparato de cizalladura en caliente usado en la Prueba B.

DESCRIPCION DE REALIZACIONES

[Primera realizacion]

A continuacion se describira un metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial y una pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun una primera realizacion de la invencion.

En primer lugar, se describira cizalladura en general y entonces se describira una parte cizallada de la pieza de trabajo cizallada que es sometida a la cizalladura.

Como se ilustra en las figuras 1A y 1B, se realiza troquelado-cizalladura o recorte-cizalladura en una chapa de acero 1 colocada sobre una matriz 3 al bajar un troquel 2. En este momento, como se ilustra en la figura 2, una parte cizallada 8 de la chapa de acero 1 se configura mediante (a) una calda de cizalladura 4 que se forma de tal manera que la chapa de acero 1 es presionada totalmente por el troquel 2, (b) un plano de cizalladura 5 que se forma de tal manera que la chapa de acero 1 es atralda a un espacio libre entre el troquel 2 y la matriz 3 (una holgura entre el troquel 2 y la matriz 3) y luego es estirada localmente, (c) un plano de fractura 6 que se forma de tal manera que la chapa de acero 1 atralda al espacio libre entre el troquel 2 y la matriz 3 se fractura, y (d) una rebaba 7 que se genera en la superficie posterior de la chapa de acero 1.

En la siguiente descripcion de la realizacion, los mismos componentes tambien se denotan mediante los mismos numerales de referencia y no se presentara la descripcion detallada de los mismos.

En esta realizacion, se usa una expresion de "capa superficial de la parte cizallada", y esto se refiere a una region desde la superficie de la parte cizallada hasta 100 pm en una direccion normal al plano de cizalladura.

Mas adelante en esta memoria, primero, se describen los hallazgos de los inventores sobre la cizalladura en caliente, luego se describe el metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial encontrado sobre la base de los hallazgos, y finalmente se describe la pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial formada por este tipo de metodo de cizalladura junto con la operation del metodo de cizalladura.

En la cizalladura en caliente segun esta realizacion, se usa una chapa de acero de la region de alto-carbono del 0,15 % o mas en masa. Una temperatura inicial de trasformacion (punto Ae3) en un diagrama de estado desde austenita a ferrita de la chapa de acero es de 800 ° C a 900 ° C. Una parte, que es sometida a gran deformation plastica en el estado de austenita, se transforma a ferrita sin aparicion de trasformacion de martensita incluso cuando es enfriado rapidamente. Por lo tanto, cuando es enfriado rapidamente tras ser cizallado en un intervalo de temperaturas de una unica fase de austenita sobre la base del diagrama de estado, casi enteramente de la capa superficial de la parte cizallada que tiene gran deformacion plastica se transforma en ferrita y otras partes, que no se deforman plasticamente, se transforman en martensita. Sin embargo, cuando la temperatura de cizalladura es alta, la precision dimensional se vuelve pobre debido a la tension termica. Adicionalmente, existla el problema de que la variation en aparicion de fractura retardada resulta de la ferrita deformada plasticamente en el momento de la cizalladura en un intervalo de temperaturas en el que la austenita y la ferrita se mezclan sobre la base del diagrama de estado.

Entonces, los inventores han experimentado realizando la cizalladura sobre la chapa de acero que se somete a tratamiento de inmersion seguido por un cambio de temperatura desde el inicio a la cizalladura (temperatura de inicio de cizalladura). Con respecto a la temperatura inicial de cizalladura, se incrusto un termopar en el centro en una direccion de grosor de la chapa en una posicion espaciada de 3 a 5 mm desde una posicion de cizalladura de la chapa de acero para medir la temperatura al inicio de la cizalladura. Como la chapa de acero es liberada por calor y as! se baja la temperatura cuando entra en contacto con una matriz, la cizalladura de la chapa de acero se inicia en menos de tres segundos despues de que la chapa de acero entre en contacto con la matriz.

En esta realizacion, la "matriz" se refiere a la matriz 3 y una plaquita 12 (vease la figura 4A) para ser usada durante la cizalladura. Ademas, el significado de "despues de que la chapa de acero entra en contacto con la matriz" se refiere al tiempo despues de que la chapa de acero 1 entra en contacto con la matriz 3 o la plaquita 12.

Como resultado, los inventores encontraron que hay un intervalo de temperaturas en el que la fractura retardada no ocurre en la parte cizallada (plano de fractura) de la chapa de acero y se mejora la precision dimensional y que este intervalo de temperaturas varla dependiendo de las condiciones de cizalladura o los componentes de la chapa de acero. Los inventores tambien encontraron que el control de enfriamiento de la chapa de acero antes de que la cizalladura tambien afecte a la fractura retardada de la parte cizallada (plano de fractura) o la precision dimensional de la pieza de trabajo.

Los inventores encontraron que se anaden bainita fina o martensita fina y austenita residual fina ademas de ferrita fina y que la cementita se reduce cuando se establece la temperatura inicial de cizalladura para que sea una temperatura apropiada como se describira mas adelante.

En general, la estructura de ferrita fina tiene una tenacidad mas alta que la estructura de martensita. Por lo tanto, cuando la estructura de ferrita fina que tiene alta tenacidad esta presente en la capa superficial de la parte cizallada, se suprime la fractura retardada.

La temperatura inicial de cizalladura que tiene un intervalo de temperaturas apropiado se obtuvo al considerar cambios de temperatura en la cizalladura en caliente y ademas calculando el tamano de deformacion por cizalladura. La chapa de acero fue calentada primero a 950 ° C y despues de mantuvo durante 90 segundos y despues se enfrio en un estado de estar colocada en cuatro agujas puntiagudas (mas adelante en esta memoria, a veces se le hace referencia como un "soporte de espigas"), se midio la temperatura de trasformacion de la chapa de acero. La temperatura fue medida por el termopar incrustado en la chapa de acero.

El punto Ar3 medido es una temperatura que empieza a transformar a una estructura cristalina BBC tal como ferrita a partir de la estructura de austenita de un cristal FCC a una tasa de enfriamiento finita en lugar de la suposicion de que la tasa de enfriamiento es cero como en el diagrama de estado.

El punto Ar3 medido era significativamente diferente en el intervalo de 200 a 300 ° C de una temperatura de trasformacion (punto Ae3) a la que austenita cambio a ferrita como se ilustra en el diagrama de estado. Ademas, el punto Ar3 medido en un estado de contacto superficial con la matriz (templar es inadecuado, pera la tasa de enfriamiento es mas rapida comparado con el caso del soporte de espigas) fue tan bajo como aproximadamente 400 ° C comparado con el punto Ae3, esto es, fue tan bajo como aproximadamente 100 ° C comparado con el caso del soporte de espigas.

El hecho de que el punto Ar3 sea inferior al punto Ae3 es de conocimiento tecnico comun en el campo de materiales metalicos. Sin embargo, no es clara una diferencia cuantitativa entre el punto Ar3 y el punto Ae3. Por pruebas de los inventores, estaba claro que la significativa diferencia entre el punto Ar3 y el punto Ae3 esta presente en la cizalladura en caliente como se ha descrito anteriormente.

Por referencia, resultados de la medicion del punto Ar3 mediante el metodo de medicion anterior (soporte de espigas) se ilustran en la figura 3. La chapa de acero que se usaba principalmente tenia un grosor de chapa de 1,5 mm. El intervalo del grosor de la chapa de acero a usar en la cizalladura es de aproximadamente 0,5 mm a 3,0 mm. Como el punto Ar3 es la temperatura inicial de trasformacion en el que la austenita se cambia a la ferrita, no es necesario incluir cizalladura y un proceso de temple (enfriamiento rapido) en la medicion del punto Ar3. Por consiguiente, el proceso de temple no se incluye en la grafica de la figura 3.

En la figura 3, inicialmente, la tasa de enfriamiento era 7 ° C/s, y la tasa de enfriamiento disminuye bruscamente cuando el tiempo ha trascurrido 50 segundos desde un inicio de enfriamiento. Una temperatura (aproximadamente 680 ° C) de la chapa de acero a la que la tasa de enfriamiento de la chapa de acero es igual o menor que 1 ° C/s se identifica como la temperatura de trasformacion (punto Ar3). En el momento de la medicion del punto Ar3, la chapa de acero se enfrla a temperatura ambiente tal como esta, pero, de hecho, la cizalladura se inicia a una temperatura mas alta que el punto Ar3 y entonces se realiza el proceso de temple.

En esta realization, una temperatura Ar3 medida usando el mismo metodo que en el caso del soporte de espigas anterior bajo condiciones de colocation de una chapa a cizallar realmente se define como la "Ar3 medida (de la chapa de acero)". La tasa de enfriamiento es generalmente aproximadamente de 5 ° C/s a 30 ° C/s (estado de enfriamiento a su ritmo) en el momento de la medicion en muchos casos.

Siempre que se verifiquen condiciones apropiadas de cizalladura en caliente al realizar el experimento anterior como prueba preliminar, cuando se realiza apropiada gestion de temperatura de inmersion de la chapa de acero y gestion de tiempo hasta el inicio de cizalladura tras colocar la chapa de acero en la matriz en etapas de un proceso de production en serie real, no es necesario realizar la operation tras preparar la matriz en la que se incrusta el termopar y medir una temperatura de superficie de la chapa de acero a cizallar en el momento del inicio de cizalladura para cada cizalladura. En caso de realizar la operacion midiendo la temperatura de superficie de la chapa de acero en el proceso de produccion en serie, la temperatura de superficie de la chapa de acero puede ser medida inmediatamente antes de la cizalladura en caliente usando un termometro de radiation.

Partiendo del hecho de que la deformation plastica provocada por la cizalladura esta relacionada con la estructura de la parte cizallada como se ha descrito anteriormente, los inventores derivaron por calculo numerico deformacion plastica en las inmediaciones de la parte cizallada. Aqul, la deformacion plastica fue evaluada como deformacion plastica equivalente.

Partiendo del hecho de que la cizalladura real se realiza en un intervalo mas alto que la temperatura Ar3 medida, como premisa del calculo, el valor numerico de las caracterlsticas mecanicas tales como resistencia a deformacion de la chapa de acero fue definido como valor de austenita. Adicionalmente, se obtuvo la dependencia de temperatura de la caracterlsticas mecanicas de la austenita usando un valor de medicion real en una prueba de traction en caliente (tras calentar la chapa de acero a una temperatura mas alta o igual al punto Ac3, la chapa de acero se enfrla a su ritmo hasta una temperatura predeterminada, y luego se realiza una prueba de traccion) de acero equivalente 22MnB5 que se usa ampliamente para estampacion en caliente. Tal dependencia de temperatura se describe en, por ejemplo, "Modeling and FE Simulation of Quenchable High Strength Steels Sheet Metal Hot Forming Process", de Hongsheng Liu, Jim Bao, Zhongwen Xing, Dejin Zhang, Baoyu Song, y Chengxi Lei, en Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 20(6), 2011, p.894 a p. 902" (mas adelante en esta memoria, a veces se le hace referencia como "Bibliografia no de patente 3"), y los profesionales pueden usar valores descritos en esta bibliografia sin medir realmente los valores.

La deformacion plastica obtenida por el calculo numerico es la mas grande en la superficie de la superficie de cizalladura, y se vuelve mas pequena al alejarse de la superficie. Ademas, se encontro que una region de aparicion de la deformacion plastica equivalente del 100 % o mas en la parte cizallada coincide con una region de aparicion real de la estructura fina en un intervalo de temperaturas predeterminado.

Con respecto a los valores obtenidos por el calculo numerico, preocupa que la variacion sea provocada por analistas. Por lo tanto, los inventores realizaron el calculo numerico usando grados de acero, analista y software de varias maneras. Como resultado del calculo numerico, los inventores obtuvieron el resultado de que el intervalo de temperaturas en el que la region de aparicion (distancia) de la deformacion plastica equivalente del 100 % o mas en la direccion normal al plano de cizalladura en la parte cizallada coincide con la region de aparicion de la estructura fina en la direccion normal al plano de cizalladura es un intervalo de temperaturas mas alto en aproximadamente 30 a 140 ° C que la Ar3 medida.

Aqul, en un intervalo de temperaturas mas alto que una temperatura obtenida al anadir 140 ° C a la Ar3 medida (mas adelante en esta memoria, a veces se le hace referencia como "mas alta que Ar3 140 ° C"), la region de aparicion de la deformacion plastica equivalente de aproximadamente el 100 % en la direccion normal al plano de cizalladura en la parte cizallada que se obtiene por calculo se vuelve mas grande que la region fina real en la parte cizallada de la pieza de trabajo. Como resultado de analisis de la region de estructura fina, la region fue configurada principalmente por ferrita y carburo. Por otro lado, otras regiones excepto la capa superficial se configuran por una estructura de martensita.

La ferrita y la martensita tienen un volumen diferente, respectivamente, de la diferencia de una estructura de cristal y un estado de solucion solida del elemento. Por lo tanto, cuando la region de estructura fina se forma ampliamente en la capa superficial de la parte cizallada y la mayorla de la estructura fina se configura por ferrita, el area fronteriza entre la ferrita fina y la martensita fina aumenta. Como resultado, se deteriora la precision dimensional de la pieza de trabajo. En consideracion de la tension termica, la precision dimensional de la pieza de trabajo se deteriora conforme la temperatura inicial de cizalladura se vuelve mas alta.

Ademas, cuando la temperatura inicial de cizalladura es inferior a una temperatura obtenida al anadir 30 ° C a la Ar3 medida (mas adelante en esta memoria, a veces se le hace referencia como "inferior a Ar3 30 ° C"), la region fina real es menor que la region de aparicion de la deformacion plastica equivalente del 100 % o mas. Como la region de aparicion de la deformacion plastica equivalente del 100 % o mas se vuelve mas pequena, la region de estructura fina real mas pequena que de este tipo de region se vuelve ademas mas pequena. A la temperatura inferior a "Ar3 30 ° C" que se mide, una pieza de austenita empieza a transformarse en ferrita por la influencia de distribucion interna de calor, y dicha ferrita es deformada plasticamente por la cizalladura. En consecuencia, los inventores encontraron que el esfuerzo residual es excesivamente grande en la superficie de la parte cizallada de la pieza de trabajo y as! aumenta el riesgo de fractura retardada.

Por otro lado, cuando la temperatura inicial de cizalladura es mayor que "Ar3 30 ° C", la chapa de acero es sometida a la cizalladura antes de que la austenita empiece a transformarse en ferrita, por lo que se evita excesivo esfuerzo residual en la parte cizallada debido a ferrita.

Sobre la base de los hallazgos anteriores, el metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun esta realizacion se configuro de la siguiente manera.

Primero, se describira brevemente una maquina de cizalladura usada en la prueba. Como se ilustra en la figura 4A, una maquina de cizalladura 10 incluye la matriz 3 sobre la que se coloca la chapa de acero 1, una plaquita 12 que se dispone sobre la matriz 3 para presionar la chapa de acero 1 colocada sobre la matriz 3, y un troquel 2 que se dispone dentro de la plaquita 12 y se inserta en una perforacion 14 de la matriz 3 para troquelar una amplitud de la chapa de acero 1.

Primero, la chapa de acero 1 que tiene el contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa se coloca sobre la matriz 3 tras ser calentada en el intervalo de Ac3 a 1400 ° C mas alta que la temperatura inicial de cizalladura en el intervalo de Ar3 30 ° C a Ar3 140 ° C y se somete a un tratamiento de inmersion (vease la figura 4A).

Entonces, como se ilustra en la figura 4B, despues de que la chapa de acero 1 sobre la matriz 3 sea presionada por la plaquita 12, la chapa de acero 1 es sometida a la cizalladura por el troquel 2. Despues de que la chapa de acero 1 sea colocada sobre la matriz 3, la cizalladura de la chapa de acero 1 se inicia en menos de tres segundos. Mediante el control del tiempo (tiempo de inicio de cizalladura) hasta que empieza la cizalladura despues de que la chapa de acero 1 sea colocada sobre la matriz 3, la temperatura de la chapa de acero 1 durante la cizalladura es controlada en el intervalo de Ar3 30 ° C a Ar3 140 ° C.

Como se ilustra en la figura 4C, una amplitud predeterminada de la chapa de acero 1 es troquelada por el troquel 2, la chapa de acero 1 troquelada es enfriada rapidamente y templada por la matriz 3 y la plaquita 12, y as! se forma una pieza de trabajo de cizalladura.

Se describira el funcionamiento del metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun esta realizacion como se ha descrito anteriormente y la pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial (mas adelante en esta memoria, a veces se le hace referencia como "pieza de trabajo") formada por este metodo de cizalladura.

En la parte cizallada 8 de la pieza de trabajo (chapa de acero) formado de esta manera, la capa superficial de la parte cizallada 8 definido como el intervalo hasta 100 pm al interior de la chapa de acero en una direccion normal al plano de cizalladura 5 incluye una fase de ferrita que forma al menos una parte del plano de fractura y el resto, y el resto tiene una fase de bainita, una fase de martensita, una fase de austenita residual, y cementita e inevitablemente inclusiones generadas. La fase de ferrita, la fase de bainita, la fase de martensita, y la fase de austenita residual que se forman en la capa superficial de la parte cizallada 8 tienen un tamano de grano medio de 3 pm o menos, respectivamente. La capa superficial de la parte cizallada 8 contiene un 5 % o mas granos en numero que tienen una relacion de aspecto de 3 o mas. Adicionalmente, otras regiones excepto la capa superficial de la parte cizallada 8 incluyen una estructura mixta de una inclusion generada inevitablemente y martensita o una estructura mixta de martensita, bainita, y una inclusion generada inevitablemente.

Esto es, como la pieza de trabajo se forma por la cizalladura de la chapa de acero 1 calentada a la temperatura de punto Ar3 30 ° C al punto Ar3 140 ° C, se forman una estructura de ferrita fina, una estructura de martensita fina, una estructura de bainita fina, y una estructura de austenita residual fina en la capa superficial de la parte cizallada 8 (plano de fractura 6) (vease la figura 2). La figura 6B ilustra la chapa de acero 1 que realmente ha sido sometida a la cizalladura. Como se ilustra en la figura 6B, se forma una estructura fina 11 desde el plano de fractura 6 hacia el plano de cizalladura 5 en la parte cizallada 8 en la capa superficial, pero la estructura fina se forma particularmente hasta una profundidad de aproximadamente 100 pm desde la superficie en el plano de fractura 6.

La estructura de ferrita fina tiene generalmente una tenacidad mas alta que la estructura de martensita.

Por consiguiente, como la estructura de ferrita fina de alta tenacidad esta presente en la capa superficial de la parte cizallada 8 (plano de fractura 6), se suprime aparicion de la fractura retardada en la parte cizallada 8 (plano de fractura 6) debido al fractura retardada.

Como se describira mas adelante, en la pieza de trabajo segun esta realizacion, la aparicion de la fractura retardada en la parte cizallada 8 (plano de fractura 6) puede ser suprimida por la estructura de martensita fina, la estructura de bainita fina, y la estructura de austenita residual fina que se forman en la capa superficial de la parte cizallada 8 (plano de fractura 6).

Por referencia, la figura 7 ilustra una fotografla de estructura de la capa superficial de la parte cizallada obtenido mediante un EBSD de esta realizacion.

En la figura 7, una parte negra indica una fase de bainita, una fase de martensita o una fase de austenita residual. Como en la fotografla, aunque estan presentes granos de cristal que tienen la relacion de aspecto de 3 o mas, la fractura retardada no ocurre por razones que se describiran mas adelante.

El "tamano de grano" usado en este documento significa un diametro de clrculo, esto es, un diametro de conversion de clrculo (diametro equivalente de clrculo) cuando un area de cada grano de cristal de ferrita, que es observado en una seccion transversal a lo largo de la direccion de grosor de la chapa de acero en la direccion normal al plano de cizalladura, es sustituido por un clrculo de la misma area.

La fase de bainita, la fase de martensita, o la fase de austenita residual en lugar de la unica fase de la fase de ferrita fina estan presentes en la capa superficial de la parte cizallada 8. Generalmente, la fase de bainita, la fase de martensita, o la fase de austenita residual presentes en la fase de ferrita atrapan hidrogeno difusible que provoca la fractura retardada. Por lo tanto, cuando estas fases estan presentes en la fase de ferrita fina, es posible obtener el efecto de suprimir la fractura retardada.

Adicionalmente, cuando la fase de bainita, la fase de martensita o la fase de austenita residual se vuelven mas finas para ser de 3 pm o menos, aumentan ademas los lugares para atrapar el hidrogeno difusible, y as! la fractura retardada es suprimida aun mas.

Por otro lado, la cementita tiene un pequeno efecto de atrapar el hidrogeno difusible y puede ser un punto de inicio de la aparicion de la fractura retardada, por lo que es preferible que la cementita se vuelva mas pequena.

A fin de que el resto tenga la fase de bainita, fase de martensita y/o fase de austenita residual finas que tienen el tamano de grano de 3 pm o menos, inevitablemente aparece ferrita que tiene una relacion de aspecto de mas de 3. Como resultado de analisis usando un microscopio electronico de trasmision, la ferrita que tiene la relacion de aspecto de mas de 3 esta en un estado en el que deformacion plastica ocurre poco o es pequena, pero no esta en un estado de ser deformada plasticamente y estirada como se describe en la bibliografla de patente 6, por lo que la ferrita no afecto negativamente a la resistencia a la fractura retardada. Si bien los detalles de la operacion no estan claros, a fin de que el resto tenga la fase de bainita, la fase de martensita o la fase de austenita residual descritas anteriormente, esencialmente esta presente la estructura de ferrita que tiene la relacion de aspecto de mas de 3. A fin de hacer tambien estas estructuras, se necesita ajustar la temperatura de cizalladura a un intervalo de temperaturas de Ar3 30 ° C a Ar3 140 ° C. Se considera que como la chapa de acero se enfrla en una cierta tasa de enfriamiento, la estructura de austenita permanece a la temperatura de cizalladura, pero se anade la cantidad apropiada de la deformacion por cizalladura y ya se han generado nucleos de trasformacion para transformarse en otras fases distintas a la martensita. En este caso, la tasa de enfriamiento contribuye a cualquier trasformacion de fase.

La tasa de enfriamiento es rapida cuando la temperatura supera Ar3 140 ° C, y la austenita se vuelve a un estado superenfriado durante el enfriamiento (la temperatura es inferior a un intervalo de temperaturas en el que puede estar presente la morfologla de estructura) cuando se aplica la deformacion por cizalladura en la medida que no puede ocurrir trasformacion a martensita. En un caso de este tipo, la austenita se transforma facilmente en una estructura de ferrita fina.

Por otro lado, cuando la temperatura es igual o inferior a Ar3 140 ° C, se forman granos en los que no ocurre trasformacion a ferrita y tampoco ocurre trasformacion a martensita bajo la influencia de deformacion por cizalladura. Dichos granos se vuelven una fase de bainita. Adicionalmente, tambien hay presentes granos en los que la deformacion por cizalladura es pequena y ocurre trasformacion a martensita. Adicionalmente, la trasformacion a las tres fases no uniformes induce parcialmente enriquecimiento de carbono a austenita, y dicha austenita se vuelve austenita residual a fin de ser estable incluso a temperatura ambiente. Como estas fases ocurren entre los granos de ferrita fina, las propias fases tambien se vuelven mas finas para ser de 3 pm o menos.

A fin de formar establemente estas estructuras, la cizalladura de la chapa de acero preferiblemente se inicia en menos de tres segundos despues de que la chapa de acero entre en contacto con la matriz. Cuando la cizalladura se inicia despues de tres segundos, ocurre escamado en la superficie de la chapa de acero y el contacto de la matriz con la chapa de acero se vuelve no uniforme. Cuando ocurre irregularidad de calor debido al contacto no uniforme, se provoca variacion en la condicion de enfriamiento de la parte cizallada.

Adicionalmente, la figura 5 ilustra distribucion de cementita en la capa superficial del plano de fractura cuando la chapa de acero descrita en la bibliografla de patente 6 se somete a la cizalladura a una temperatura mas alta que el punto Ar3 140 ° C. En la bibliografla de patente 6, como la temperatura inicial de cizalladura simplemente se establece a unicamente un intervalo de temperaturas de 400 ° C a 900 ° C, la temperatura inicial de cizalladura tambien incluye el caso de ser mas alta que Ar3 140 ° C. En este caso, por ejemplo, como se ilustra en la figura 5, la cementita C (partes negras excluidos clrculos) tiene una densidad de numero de 0,8 pedazos/pm3 o mas y la longitud maxima de 3 pm o mas.

Por otro lado, en caso de esta realization, la cementita (parte negras excluidos clrculos) en la capa superficial del plano de fractura de la chapa de acero tiene una densidad de numero de 0,8 piezas/pm3 o menos y la longitud maxima de 3 pm o menos indicada en los resultados de prueba (figura 8) que se describira mas adelante. Segun la experiencia de los inventores, cuando el numero de cementita es pequeno en esta medida y el tamano de cementita tambien es pequeno, la cementita por si misma casi no provoca un problema de ser un punto de inicio de la aparicion de la fractura retardada.

Como se ilustra en la figura 7, una relacion de area total de la fase de bainita, la fase de martensita o la fase de austenita residual, que se mide por observation en el intervalo hasta 100 pm al interior de la chapa de acero en la direccion normal al plano de cizalladura desde el plano de fractura en la parte cizallada de la chapa de acero usando un metodo de difraccion de haz de electrones por retrodispersion (EBSD), es del 10 % al 50 %.

Como para esto, segun la experiencia de los inventores, cuando la relacion de area total de estas fases es menor del 10 %, no es posible realizar suficientemente el almacenamiento del hidrogeno difusible y aumenta el riesgo de fractura retardada. Por otro lado, cuando la relacion de area total de estas fases supera el 50 %, se reduce la ratio de la ferrita fina en la capa superficial del plano de fractura, por lo que mejora el efecto de tenacidad debido a que disminuye la ferrita fina y aumenta el riesgo de la fractura retardada. Aunque el efecto de la invention no desaparece inmediatamente cuando la relacion de area total de estas fases esta fuera de dicho intervalo, la relacion de area total de estas fases esta mas preferiblemente dentro de este tipo de intervalo.

Un metodo para enfriar rapidamente la chapa de acero 1 tras la cizalladura no se limita a enfriamiento rapido por el contacto de la matriz (matriz 3 y plaquita 12) con la chapa de acero 1 como en esta realizacion y, por ejemplo, la chapa de acero 1 puede ser enfriada rapidamente permitiendo que la chapa de acero 1 entre directamente en contacto con agua. Ejemplos del metodo para permitir que la chapa de acero 1 entre en contacto con agua pueden incluir un metodo para hacer pasar agua de enfriamiento a traves de un surco formado en una parte de contacto de la chapa de acero con la matriz.

Incluso en caso de realizar la cizalladura tras la formacion en prensa, como en la pieza de trabajo de esta realizacion, es posible suprimir la fractura retardada de la parte cizallada para formar una pieza de trabajo con precision dimensional.

[Segunda realizacion]

Se describira un metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun un segundo realizacion de la invention. Los mismos componentes que en la primera realizacion estan denotados por los mismos numerales de referencia, y no se presentara la description detallada de los mismos. Adicionalmente, una pieza de trabajo obtenida por cizalladura con afino de grano de capa superficial formada por el metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun esta realizacion es la misma que en la primera realizacion, por lo que no se describiran efectos operacionales de la misma.

Los inventores encontraron que el intervalo de temperaturas en el que la region de aparicion de aproximadamente el 100 % de deformation plastica equivalente en la direction normal al plano de cizalladura en la parte cizallada coincide con la region de aparicion (distancia) de la estructura de ferrita fina, la estructura de martensita fina, la estructura de bainita fina o la estructura de austenita residual fina en la direccion normal al plano de cizalladura se obtiene cuando una temperatura (° C) obtenida al anadir un valor, que se calcula multiplicando la cantidad de deformacion plastica equivalente de la capa superficial en la parte cizallada por un coeficiente de 40 a 60, a la Ar3 medida se establece como temperatura inicial de cizalladura.

En esta realizacion, se considero que era apropiado usar el siguiente valor como la cantidad de deformacion plastica equivalente de la capa superficial en la parte cizallada.

Como se ilustra en la figura 6A, como la cantidad de deformacion plastica equivalente de la capa superficial en la parte cizallada se uso un valor promedio de la cantidades de deformacion plastica obtenido por calculo en una region A (dentro de un marco de llnea gruesa) en el intervalo del 5 al 20 % de un grosor H de la chapa de acero 1 desde el plano de cizalladura 5 de la parte cizallada 8 al interior de la chapa de acero 1 en la direccion normal al plano de cizalladura 5 y en el intervalo de 20 % a 50 % del grosor H de la chapa de acero 1 en la direccion de grosor de la chapa de acero 1 desde una parte inferior 12 en la lado de rebaba 7 de la parte cizallada 8.

Al establecer la region A de esta manera, los inventores encontraron que se obtuvo la cantidad de deformacion plastica equivalente que tenia una pequena influencia por diferencias en condition de analisis o analista. Este valor se considera que es un valor numerico razonable como la cantidad de deformacion plastica equivalente como se describira mas adelante, pero se pueden usar otros valores de alargamiento de correction segun una unidad de calculo.

La cantidad de deformacion plastica equivalente de la capa superficial en la parte cizallada uso un valor obtenido por el calculo en un intervalo de temperaturas de 500 ° C a 800 ° C. Se confirmo que la cantidad de deformacion plastica equivalente de la capa superficial se vuelve aproximadamente constante en este intervalo.

La razon de que se establezca un llmite inferior de 40 para el coeficiente sea multiplicado por la cantidad de deformacion plastica equivalente se debe a la consideration de diferencias en el coeficiente debido a un grado de acero y errores en el calculo numerico. Por experimento y calculo numerico repetitivos, la estructura de ferrita fina, la estructura de martensita fina, la estructura de bainita fina, o la estructura de austenita residual fina aparecieron incluso en caso de estar fuera de este intervalo de coeficiente, pero los inventores obtuvieron 40 como llmite inferior del coeficiente en el que la probabilidad de apariencia se vuelve mas alta.

Adicionalmente, la razon por la que el llmite superior del coeficiente sea multiplicado por la cantidad de deformacion plastica equivalente se establece a 60 es que la precision dimensional de la pieza de trabajo se deteriora cuando la temperatura de cizalladura es demasiado alta. Esta razon es considerada que la region de la estructura fina en la capa superficial se vuelve mas ancha conforme la temperatura se vuelve mas alta, pero la precision dimensional se deteriora tras el enfriamiento porque una diferencia de densidad entre la capa superficial y otra region adyacente a la capa superficial es grande y tambien aumenta la tension termica.

En un caso en el que la diferencia entre una dimension de pieza de trabajo y una dimension de diseno de la pieza de trabajo generalmente se encuentra dentro del intervalo de -0 % 5 % de la dimension de diseno, la tasa de productos defectuosos se reduce en la medida de ser economicamente aceptable y asi sustancialmente desaparecen los problemas. Asi, como resultado de ensayo y error, se determino tal limite superior.

El punto Ar3 medido de la chapa de acero debe ser medido previamente por un historial de caida de temperatura en el termopar o algo semejante en un estado en el que la chapa de acero se coloca sobre la matriz a usar realmente. El termopar se incrusta en la matriz, y es preferible provocar que un sensor de termopar entre directamente en contacto con la chapa de acero que es un miembro a cizallar. Esta razon es que el punto Ar3 medido varia dependiendo de la tasa de enfriamiento de la chapa de acero. Como se ilustra en la figura 3, se conoce ampliamente que el punto Ar3 medido se mide como punto en el que varla una tasa de reduccion de temperatura. Esta tecnica tambien se usa en las Pruebas A y B que se describiran mas adelante.

En esta realizacion, es importante calcular la deformacion plastica equivalente de la parte cizallada. En la cizalladura en caliente, la trasformacion de estructura de metal ocurre inevitablemente durante o inmediatamente tras la cizalladura, y as! no es posible medir la deformacion plastica equivalente. Por lo tanto, se realiza una simulacion de cizalladura por analisis usando un metodo de elementos finitos (MEF), y as! se calcula la deformacion plastica equivalente.

En la simulacion de cizalladura, se cambia abruptamente la deformacion plastica. Por esta razon, es probable que los resultados de calculo de la deformacion plastica de la capa superficial en la parte cizallada difieran dependiendo de condiciones de analisis o analistas. A fin de reducir la influencia de estas condiciones de analisis o analistas, es preferible establecer una region de analisis MEF constante y promediar y calcular la deformacion plastica equivalente dentro de la region.

Los inventores han establecido la region como resultado de ensayo y error. La figura 6A ilustra la region en la que se promedia la deformacion plastica equivalente. Como se ilustra en la figura 6A, la region A (dentro del marco de llnea gruesa), en la que se promedia la deformacion plastica equivalente, se establecio en el intervalo del 5 al 20 % del grosor H (vease la figura 4) de la chapa de acero 1 desde el plano de cizalladura 5 de la parte cizallada 8 al interior de la chapa de acero 1 en la direccion normal al plano de cizalladura 5 y en el intervalo del 20 % al 50 % del grosor H de la chapa de acero 1 en la direccion de grosor de la chapa de acero 1 desde la parte inferior 12 en el lado de rebaba 7 de la parte cizallada.

Durante la simulacion, como el cambio de temperatura ocurre secuencialmente, se necesita realizar calculo repetitivo de tal manera que: se establece una temperatura inicial de cizalladura de tentativa; se calcula la deformacion plastica equivalente sobre la base de la temperatura inicial de cizalladura tentativa; y se determina una temperatura inicial de cizalladura verdadera sobre la base de la deformacion plastica equivalente calculada. Dicho calculo requiere costes.

Como resultado del calculo con varios niveles por parte de los inventores, se encontro que se puede realizar una aproximacion cuando se realiza una vez una simulacion numerica sobre la base de diagrama esfuerzo-deformacion a cualquier temperatura de chapa de acero de 500 ° C a 800 ° C.

Como premisa del calculo, cuando la cizalladura se realiza en el intervalo mas alto que la temperatura Ar3 medida, valores numericos de caracterlsticas mecanicas tales como rigidez de la chapa de acero en ese tiempo se definieron como valores de austenita.

Durante la simulacion, la temperatura inicial de cizalladura puede ser calculada sin problema cuando se calcula la deformacion plastica equivalente por una funcion de tension de Mises con la suposicion de una isotropla sin considerar una anisotropla en particular.

Un incremento en la deformacion plastica equivalente "de-P" por la funcion de tension de Mises se representa por la siguiente formula cuando se define un sistema de coordenadas de material como x, y, z, y la deformacion plastica equivalente se da como integral de este incremento.

Como se ha descrito anteriormente, en el metodo de cizalladura segun esta realizacion, las estructuras tales como la ferrita fina se forman en la capa superficial en la parte cizallada y se suprime la aparicion de la fractura retardada en la parte cizallada (plano de fractura) cuando la chapa de acero se somete a la cizalladura en la temperatura inicial de cizalladura calculada, y es posible suprimir la tension termica o algo semejante y asegurar la precision dimensional de la pieza de trabajo al permitir que la temperatura inicial de cizalladura este dentro del intervalo predeterminado.

En particular, como se establece la region de alcance A predeterminada para calcular la cantidad de deformacion plastica equivalente en la parte cizallada, es posible calcular la cantidad de deformacion plastica equivalente que tiene un pequeno error.

Durante la simulacion por MEF para calcular la deformacion plastica equivalente, como el cambio de temperatura secuencialmente ocurre, fue necesario realizar calculo repetitivo de tal manera que: la deformacion plastica equivalente fue calculada sobre la base de la temperatura inicial de cizalladura de tentativa; y la temperatura inicial de cizalladura verdadera fue determinada sobre la base de la deformacion plastica equivalente calculada. En esta realizacion, sin embargo, como la aproximacion se puede realizar cuando una simulacion numerica es realizada unicamente una vez sobre la base del diagrama esfuerzo-deformacion en cualquier temperatura de chapa de acero de 500 ° C a 800 ° C, el calculo se simplifica.

Como la deformacion plastica equivalente se calcula por la funcion de tension de Mises con la suposicion de isotropla, el calculo se simplifica aun mas.

El metodo para calcular la cantidad de deformacion plastica equivalente descrito en el metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun el segundo realizacion es aplicable al calculo de la cantidad de deformacion plastica equivalente en el metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun la primera realizacion.

[Ejemplos]

A continuation, se describiran Ejemplos de la invention. Sin embargo, condiciones de cizalladura en Ejemplos son ejemplos adoptados para confirmar la factibilidad y un efecto de la invencion y la invencion no se limita a estas condiciones de cizalladura. La invencion puede adoptar diversas condiciones de cizalladura siempre que se logre el objeto de la invencion dentro de un alcance que no se salga de la esencia de la invencion.

(Prueba A)

Usando la maquina de cizalladura 10 ilustrada en las figuras 4A a 4C, despues de que la chapa de acero de alta resistencia 1 (200 mm x 150 mm) de acero de grados A a C que tiene composiciones indicadas en la Tabla 1 se coloca sobre la matriz 3, el troquel 2 junto con la plaquita 12 se aproximan a la parte superior de la chapa de acero 1 desde arriba. La chapa de acero 1 es presionada por la plaquita 12 y la chapa de acero 1 es sometida a la cizalladura por el troquel 2 (anchura de 65 mm) al mismo tiempo. La chapa de acero cizallada 1 es enfriada rapidamente por la matriz (matriz 3 y plaquita 12). Las condiciones de cizalladura son como se indican en la Tabla 2. Se establecio un espacio libre entre el troquel 2 y la matriz 3 para que fuera de 0,15 mm.

Excepto para los Ejemplos comparativos, el tiempo de mantenimiento hasta que se inicia la cizalladura de la chapa de acero 1 tras entrar en contacto con la matriz 3 se establecio de 0,5 segundos a 3 segundos. Las temperaturas iniciales de cizalladura en la Tabla 2 son temperaturas obtenidas dentro del intervalo del tiempo de mantenimiento.

El grosor de las chapas de acero usadas en los Ejemplos se establecio en 1,5 mm. El grosor de la chapa de acero aplicable a la invencion tiene el intervalo de aproximadamente 0,5 mm a 3 mm.

El punto Ar3 medido de cada chapa de acero se obtuvo mediante la medicion del historial de temperatura en el momento en que la chapa de acero calentado a 950 ° C es enfriada en contacto con la parte superior de la matriz en la maquina de cizalladura (una temperatura a la que la tasa de enfriamiento de la chapa de acero era 1 ° C/s o menos antes de que la temperatura de la chapa de acero bajara a la temperatura ambiente se considero el punto Ar3).

Para estimation de la deformacion plastica equivalente, se realizo simulation de cizalladura, en la que se introdujo resistencia a deformacion cuando la chapa de acero esta a 750 ° C, mediante un metodo de elementos finitos usando Abaqus/Standard fabricado por Dassault Systemes Co, que software comercial. En este caso, se uso la funcion de tension de Mises, y la region de analisis en las inmediaciones de un filo de corte de herramienta se definio como elemento de integration completa cuadrilatero de 0,02 mm x 0,04 mm. Adicionalmente, se realizo remallado cada 0,05 mm de prensa de troquelado. La fractura se definio por un modelo de fractura ductil de Hancock & Mackenzie, y la rigidez de elementos que satisfacen condiciones era cero. Se ajustaron parametros del modelo de fractura ductil sobre la base de una ratio de plano de cizalladura que era observada realmente en ciertas condiciones. Se uso la deformacion plastica equivalente que era promediada en la region A establecida en el intervalo del 10 % del grosor H de la chapa de acero 1 desde el plano de cizalladura 5 de la parte cizallada 8 en la direction normal al plano de cizalladura 5 y en el intervalo de 30 % del grosor H de la chapa de acero 1 en la direccion de grosor de la chapa de acero 1 desde la parte inferior 12 en el lado de rebaba 7 de la parte cizallada 8 (vease la figura 6A).

Se evaluo la precision dimensional de una longitud de un fragmento 16 (vease la figura 4C) troquelado tras la cizalladura. A menos que ocurra error dimensional, la longitud del fragmento 16 tras la cizalladura debe ser 65 mm. Asl, se obtienen valores de tal manera que el error en la longitud del fragmento 16 tras la cizalladura se divide por 65 y entonces es convertido en porcentaje (x 100) se describen como el error dimensional en la Tabla 2.

[Tabla 1]

(% en masa)

[Tabla 2]

La prueba fue realizada tres veces para cada uno de los Ejemplos y los Ejemplos Comparativos. Con respecto a la presencia o ausencia de la fractura retardada, se evaluo que la fractura retardada estaba presente cuando ocurre fractura retardada incluso una vez. Adicionalmente, el error dimensional era un valor promedio de tres valores medidos.

En los ejemplos 1 a 6, se puede entender que se suprime la aparicion de la fractura retardada en la parte cizallada (plano de fractura) y se mejora la precision dimensional de la pieza de trabajo.

Una microestructura en la amplitud de 100 pm desde el plano de fractura de la parte cizallada en el Ejemplo 1 se describira con referencia a la figura 7 (EBSD, imagen de microestructura) y la figura 8 (imagen de una muestra de replica de extraction observada con el microscopio electronico de trasmision).

Como se ilustra en la figura 7, se confirmo que la microestructura incluye ferrita, bainita, martensita, austenita residual, cementita, e inclusiones derivadas de elementos de aleacion distintos a hierro como resultado la analisis EBSD, EDS (analisis por rayos X tipo dispersion de energla caracterlstica), y analisis difraccion de electrones de la microscopio electronico de trasmision.

Especlficamente, la figura 7 ilustra la imagen de microestructura observada por la EBSD en un estado en el que una muestra de section transversal del Ejemplo 1 a lo largo de la direction de grosor de la chapa de acero en la direction normal al plano de cizalladura en la parte cizallada se incrusta en una resina dura y luego se somete a pulido y electropulido. Adicionalmente, la figura 8 ilustra la imagen observada por el microscopio electronico de trasmision de la muestra del Ejemplo 1 que es preparada por un metodo de replica de extraccion usando un metodo SPEED (ataque qulmico potencioestatico por disolucion electrolltica: metodo de electrolisis potencioestatica en solvente no acuoso).

Como se ilustra en la figura 7 (imagen de microestructura EBSD), en la capa superficial del plano de fractura en la amplitud de 100 pm en la direccion normal al plano de cizalladura desde el plano de fractura, el tamano de grano de ferrita (partes excluido el negro en la figura 7) F era tan pequeno como 3 pm o menos y el tamano de grano de BMA (parte negra en la figura 7) incluida martensita, bainita, o austenita residual tambien era de 3 pm o menos. El grano de cristal que tiene la relation de aspecto que supera 3 tambien se vio en esta amplitud y la ratio era aproximadamente el 6 % en numero.

La misma microestructura se observo en cualquiera de los Ejemplos 2 a 6. Durante la identification de la microestructura, para cada Ejemplo se fotografiaron aleatoriamente cinco puntos de campo de vision de 8,0 x 20 pm, en la amplitud de 100 pm desde la superficie del plano de fractura.

Ademas, como se ilustra en la figura 8, se puede ver que la ratio de cementita (partes negras excluidos clrculos) C en el Ejemplo 1 es muy pequena. En el Ejemplo 1, la densidad de numero de la cementita era 0,8 pedazos/pm3, y la longitud maxima de la cementita observado era de 3 pm o menos. A fin de determinar un estado de distribution de cementita, para cada condition se fotografiaron aleatoriamente cinco puntos de campo de vision de 9,5 x 7,5 pm desde la capa superficial de la parte cizallada. Esto fue igual en cualquiera de los Ejemplos 2 a 6.

En los Ejemplos Comparativos 1 a 5, por otro lado, se observo una estructura mixta (Ejemplos Comparativos 1 y 2) de bainita y martensita que no incluye ferrita o una unica fase de ferrita (Ejemplos Comparativos 3 a 5). En los Ejemplos Comparativos 1 y 2, se observo diflcilmente cementita e inclusion en casi la misma manera que se ilustra en la figura 8. En los Ejemplos Comparativos 3 a 5, sin embargo, se observo cementita (vease la figura 5, parte negra excluidos clrculos) C que tiene muy alta densidad de numero que supera enormemente 0,8 pedazos/pm3 como se ilustra en la figura 5.

Se realizo un experimento en un estado en el que otras condiciones excepto por la temperatura inicial de cizalladura eran las mismas que en el Ejemplo 1, y el tiempo de mantenimiento hasta que se inicia la cizalladura de la chapa de acero tras ser enfriada en contacto con la matriz 3 y la plaquita 12 (tambien se le hace referencia como una matriz) se establece en 3,5 segundos. En este caso, la temperatura inicial de cizalladura tambien era (Ar3 30 ° C) o mas alta, la fractura retardada ocurrio una vez en tres experimentos repetitivos. Como resultado de la observation la superficie de la superficie de cizalladura de la pieza de trabajo resultante, en la amplitud de 100 pm desde el plano de cizalladura, la estructura de la capa superficial de la parte cizallada en la pieza de trabajo sin aparicion de la fractura retardada se configuro para que incluyera: ferrita de la que el tamano de grano era tan pequeno como 3 pm o menos; y martensita, bainita, o austenita residual de las que el tamano de grano era tambien 3 pm o menos. Tambien se vio grano de cristal que tenia la relacion de aspecto superior a 3 y la ratio era aproximadamente un 7 % en numero.

En el intervalo de 100 pm desde el plano de cizalladura, sin embargo, la estructura de la capa superficial de la parte cizallada en la pieza de trabajo con aparicion de la fractura retardada se configuro para que incluyera: ferrita de la que el tamano de grano era aproximadamente 5 pm; y martensita, bainita, o austenita residual de la que el tamano de grano tambien era de 5 pm. En la capa superficial de la parte cizallada, tambien se ve grano de cristal que tiene la relacion de aspecto que supera 3 y la ratio era aproximadamente un 7 % en numero.

(Prueba B)

Una maquina de cizalladura 20 incluye: una matriz 3 que se forma con un orificio 22 para doblado y formacion y una perforacion 24 para deformacion por troquelado en la parte inferior del orificio 22 y en la que se coloca la chapa de acero 1; un troquel 2 que se inserta en el orificio 22 para provocar deformacion por doblado de la chapa de acero 1; y una matriz movible 26 que se incorpora en el troquel 2 y se inserta en la perforacion 24 despues de la deformacion por doblado para formar una perforacion (cizalladura) en una amplitud predeterminada de la chapa de acero 1. Simulando formacion en prensa no acompanada de fractura de la chapa de acero, la maquina de cizalladura 20 formo la chapa de acero 1 calentada en forma de sombrero impulsando inicialmente el troquel 2 despues de que la chapa de acero 1 fuera colocada sobre la matriz 3 (vease la figura 9A). Despues de eso, se realizo una prueba de troquelado de la chapa de acero 1 usando una matriz movible 13 que tenia un diametro de 20 mm (vease la figura 9B).

Excepto por los Ejemplos Comparativos, el tiempo hasta que se inicia la cizalladura de la chapa de acero 1 tras entrar en contacto con la matriz movible 26 era de aproximadamente 0,1 segundos a aproximadamente 0,5 segundos.

Un espacio libre entre el troquel 2 y la matriz 3 se establecio para que fuera de 0,15 mm y se identifico la Ar3 medida a partir de un historial termico tras la formacion de sombrero. La deformacion plastica equivalente fue calculada de la misma manera que en la Prueba A. Se adoptaron las condiciones de cizalladura indicadas en la Tabla 3.

Un metodo de evaluacion en la Prueba B tambien es el mismo que en la Prueba A.

A proposito, la precision dimensional en la Prueba B fue evaluada por un diametro de un orificio de troquel tras la cizalladura. Cuando no ocurre error dimensional, el diametro del orificio de troquel de la chapa de acero 1 tras la cizalladura debe ser de 20 mm. Asl, se obtuvieron valores de tal manera que el error en diametro del orificio de troquel tras la cizalladura es dividido por 20 y luego es convertido en porcentaje (x 100) y los valores se describen como el error dimensional en la Tabla 3 que indica un resultado de implementacion de esta prueba.

[Tabla 3]

En los ejemplos 7 a 10, se puede entender que se suprime la aparicion de la fractura retardada en la parte cizallada (plano de fractura).

En los ejemplos 7 a 10 indicados en la Tabla 3, la microestructura en la capa superficial de la parte cizallada (en la amplitud de 100 pm desde la superficie) incluida ferrita, bainita, martensita, austenita residual, cementita, e inclusiones derivadas de elementos de aleacion distintos a hierro como en los Ejemplos 1 a 6 (figura 7 (microestructura) y la figura 8 (inclusion)). La microestructura y las inclusiones en los Ejemplos 7 a 10 son las mismas que en los Ejemplos 1 a 6.

La microestructura y las inclusiones en los Ejemplos Comparativos 6 a 11 son las mismas que en los Ejemplos Comparativos 1 a 5. Esto es, en los Ejemplos Comparativos 6 a 8 se observo una estructura mixta de bainita y martensita que no incluye ferrita, y en los Ejemplos Comparativos 9 a 11 se observo una unica fase de ferrita. En los Ejemplos Comparativos 6 a 8, diflcilmente se observo la cementita. En los Ejemplos Comparativos 9 a 11, sin embargo, se observo cementita con una densidad de numero muy alta que supero enormemente 0,8 pedazos/pm3. Esta solicitud se basa y reivindica el beneficio de prioridad de la anterior solicitud de patente japonesa n.° 2013 099243, presentada el 9 de mayo de 2013, cuyo entero contenido se incorpora en la presente memoria por referencia.

APLICABILIDAD INDUSTRIAL

Como se ha descrito anteriormente, segun la invencion, es posible impedir que ocurra fractura retardada en la parte cizallada en caliente sin aumentar el tiempo de cizalladura o nuevas etapas durante la cizalladura en caliente de la chapa de acero. Por consiguiente, la invencion tiene alta aplicabilidad en la industria tecnologica de trabajo de chapa de acero.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial que comprende:

calentar y mantener una chapa de acero que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa en un intervalo de temperaturas de Ac3 a 1400 ° C para austenizar la chapa de acero;

posteriormente cizallar la chapa de acero en un estado en el que la chapa de acero se coloca sobre una matriz; y

templar enfriando rapidamente la chapa de acero cizallada,

en donde una temperatura inicial de la cizalladura se establece para que sea una temperatura (° C) obtenida anadiendo una temperatura de 30 ° C a 140 ° C a una Ar3 medida previamente de la chapa de acero;

o

en donde una temperatura inicial de la cizalladura se establece para que sea una temperatura (° C) obtenida al anadir un valor, que se calcula multiplicando una cantidad de deformacion plastica equivalente de una capa superficial en una parte cizallada por un coeficiente de 40 a 60, a una Ar3 medida previamente de la chapa de acero, en donde la cantidad de deformacion plastica equivalente de la capa superficial en la parte cizallada se calcula como valor promedio de una cantidad de deformacion plastica equivalente de una region en un intervalo del 5 % al 20 % de un grosor de la chapa de acero desde un plano de cizalladura de la parte cizallada a un interior de la chapa de acero en una direction normal al plano de cizalladura y en un intervalo del 20 % al 50 % del grosor de la chapa de acero en una direccion de grosor de la chapa de acero desde una parte inferior en un lado de rebaba de la parte cizallada, y en donde la cantidad de deformacion plastica equivalente de la capa superficial en la parte cizallada se calcula por una simulation de cizalladura por analisis usando un metodo de elementos finitos (MEF) que se realiza sobre la base de un diagrama esfuerzodeformacion a una temperatura de chapa de acero de 500 ° C a 800 ° C, integrando un incremento en la deformacion plastica equivalente “d£-P” por una funcion de tension de Mises que se representa por la siguiente Formula (1) cuando se define un sistema de coordenadas de material como x, y, y z:

2. El metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun la reivindicacion 1, en donde la cizalladura de la chapa de acero se inicia en menos de tres segundos despues de que la chapa de acero entre en contacto con la matriz.

3. El metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun la reivindicacion 1, en donde el enfriamiento rapido se realiza cuando la chapa de acero entra en contacto con la matriz.

4. El metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun la reivindicacion 1, en donde el enfriamiento rapido se realiza cuando un chorro de agua desde una perforation formada en una parte de contacto de la chapa de acero con la matriz atraviesa un surco proporcionado en la parte de contacto de la chapa de acero.

5. El metodo de cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun la reivindicacion 1, en donde se realiza formation en prensa no acompanada de fractura de la chapa de acero entre el calentamiento y la cizalladura de la chapa de acero.

6. Una pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial, que comprende:

una chapa de acero que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa, una capa superficial de una parte cizallada de una chapa de acero que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa que incluye una fase de ferrita y el resto, la capa superficial es definida como una amplitud hasta 100 pm dentro de la chapa de acero en una direccion normal a un plano de cizalladura desde un plano de fractura de la parte cizallada,

en donde el resto incluye al menos una fase de una fase de bainita, una fase de martensita o una fase de austenita residual que tiene un diametro de grano de cristal de 3 pm o menos, e incluye cementita e inevitablemente inclusiones generadas,

en donde la fase de ferrita tiene un tamano de grano medio de 3 pm o menos,

en donde la capa superficial contiene el 5 % o mas granos en numero que tienen una relation de aspecto de 3 o mas,

en donde una region fuera del intervalo de 100 pm incluye: martensita e inevitablemente inclusiones generadas; o bainita, martensita, e inevitablemente inclusiones generadas, y

en donde una relacion de area total de la fase de bainita, la fase de martensita y la fase de austenita residual, que se miden con un metodo de difraccion de haz de electrones por retrodispersion (EBSD), es del 10 % al 50 % en la capa superficial.

7. La pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun la reivindicacion 6, en donde, en la capa superficial, la cementita tiene una densidad de numero de 0,8 pedazos/pm3 o menos y la cementita tiene una longitud maxima de 3 pm o menos.

8. La pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun la reivindicacion 6 o 7, la pieza de trabajo producida por: calentamiento y manteniendo una chapa de acero que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa en un intervalo de temperaturas de Ac3 a 1400 ° C para austenizar la chapa de acero; posteriormente cizallar la chapa de acero en un estado en el que la chapa de acero se coloca sobre una matriz; y templar enfriando rapidamente la chapa de acero cizallada,

en donde una temperatura inicial de la cizalladura se establece para que sea una temperatura (° C) obtenida anadiendo una temperatura de 30 ° C a 140 ° C a una Ar3 medida previamente de la chapa de acero.

9. La pieza de trabajo obtenida por cizalladura en caliente con afino de grano en capa superficial segun la reivindicacion 6 o 7, la pieza de trabajo producida por: calentamiento y manteniendo una chapa de acero que tiene un contenido de carbono del 0,15 % o mas en masa en un intervalo de temperaturas de Ac3 a 1400 ° C para austenizar la chapa de acero; posteriormente cizallar la chapa de acero en un estado en el que la chapa de acero se coloca sobre una matriz; y templar enfriando rapidamente la chapa de acero cizallada, y

se establece una temperatura inicial de la cizalladura para que sea una temperatura (° C) obtenida al anadir un valor, que se calcula multiplicando una cantidad de deformacion plastica equivalente de una capa superficial en una parte cizallada por un coeficiente de 40 a 60, a una Ar3 medida previamente de la chapa de acero.