本發(fā)明涉及鑲釘輪胎技術領域，尤其涉及一種民用輪胎釘子及其應用。

背景技術：

防滑輪胎指帶有防滑措施的輪胎，通常是在胎面花紋設計上有特色，如增加防滑溝槽、在胎面上鑲釘及在輪胎上安裝防滑鏈等。在胎面上鑲釘?shù)妮喬タ煞Q為鑲釘輪胎，其具有卓越的冰雪地抓地力，能保證冬季氣候條件下的駕駛安全性，從而發(fā)揮汽車的最佳性能。

現(xiàn)有的冰雪地輪胎用釘子如圖1所示，圖1為現(xiàn)有的冰雪地輪胎用釘子的結構示意圖。圖1中，1為釘芯，2為釘身。民用輪胎釘子具有實心結構，包括本體即釘身部位，以及單個細長的輔助件即圓柱狀釘芯部位。其中，釘身頂部多采用梯形造型，釘身中心為用于結合釘芯的圓柱空間，釘身下部即釘?shù)鬃，F(xiàn)有的民用胎釘子按總高度不同分為兩種，一種釘子釘身高8.8mm，釘子總高10mm；另一種釘子釘身高9.8mm，釘子總高11mm。圖2為一種現(xiàn)有釘子的尺寸示意圖，其中，釘身高8.8mm，釘子總高10mm；釘?shù)鬃鶅啥藶橹苯?，釘?shù)鬃畲笾睆綖?mm。

現(xiàn)有釘子的釘身元素組成一般為鋁鎂合金；按照質量分數(shù)計，釘身元素包括：鋁Al 65～75％，鎂Mg 4～6.5％，碳C 10～17％，氧O 5.5～8.5％。圖3為現(xiàn)有釘子釘身的金相圖，其中，Mg是主要合金元素，Mg對Al的強化是很明顯的，每增加1％Mg，抗拉強度提升34MPa。但是，在上述鋁合金中起沉淀強化作用的Al_xMg_y相的分布和尺寸較不均勻，影響合金強度。并且，此類合金不可熱處理強化，在合金強度上有所欠缺。因此，現(xiàn)有釘子的釘身硬度一般為1.5～2.2Gap。現(xiàn)有釘子的釘身的硬度較低，不利于實車磨耗性能。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N民用輪胎釘子及其應用，本發(fā)明提供的民用輪胎釘子的釘身具有較高的硬度，能提升耐磨損性能。

本發(fā)明提供一種民用胎釘子，包括釘身，以質量分數(shù)計，所述釘身的合金元素包括：

70～85％的鋁；

0.5～2.5％的鎂；

10～20％的碳；

2～6％的氧；

0.3～1.5％的硅；

2～7％的銅。

優(yōu)選地，所述釘身的硬度為2.3～2.6Gap。

優(yōu)選地，所述釘身的合金元素包括：2.5～5％的氧。

優(yōu)選地，所述釘身的合金元素包括：3～6％的銅。

優(yōu)選地，所述釘身的合金元素包括：0.5～1.2％的硅。

優(yōu)選地，所述釘身頂部為平面造型，所述釘身從頂部邊緣至側壁具有多個缺口，所述多個缺口形狀相同且沿釘身軸向均勻分布，各缺口邊緣具有弧度且到釘身縱軸的距離從上到下連續(xù)增大。

優(yōu)選地，所述釘身從頂部邊緣至側壁具有六個缺口，相對的兩個缺口邊緣之間的最小距離為5.6mm～5.9mm，各缺口邊緣弧度的最大半徑為5mm。

優(yōu)選地，所述釘身下部兩端為圓角。

優(yōu)選地，所述釘身的高度為8.7mm或9.7mm；所述釘身下部兩端圓角的半徑為0.3mm。

本發(fā)明還提供一種鑲釘輪胎，其中，在胎面上鑲嵌有上文所述的民用胎釘子。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明釘子的釘身元素組成為鋁銅鎂合金，按照質量分數(shù)計，包括：70～85％的鋁Al；0.5～2.5％的鎂Mg；10～20％的碳C；2～6％的氧O；0.3～1.5％的硅Si；2～7％的銅Cu。在本發(fā)明釘身元素中，Cu是主要合金元素，其中Cu起固溶強化作用，提升合金強度，強度的高低決定硬度的大小，硬度與耐磨性能有直接的關系；Si的加入使硅鋁擁有極好的鑄造性和抗蝕性，以抵消Cu對抗蝕性的不利影響。本發(fā)明此合金系高強度硬鋁，可進行熱處理強化，在淬火和剛淬火狀態(tài)下塑性中等，點焊焊接良好。實驗結果顯示，本發(fā)明釘子的釘身硬度為2.3～2.6Gap，耐磨性能得以提升，有利于實車磨損。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的冰雪地輪胎用釘子的結構示意圖；

圖2為一種現(xiàn)有釘子的尺寸示意圖；

圖3為現(xiàn)有釘子釘身的金相圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的民用胎釘子的一種立體圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的民用胎釘子的另一種立體圖；

圖6為本發(fā)明實施例1提供的釘子的俯視尺寸示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例1提供的釘子的主視尺寸示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例1提供的釘子釘身的金相圖；

圖9為本發(fā)明實施例2提供的釘子的主視尺寸示意圖；

圖10為本發(fā)明測試鑲釘輪胎性能的方式和路面；

圖11為本發(fā)明測試鑲釘輪胎冬季性能的胎面花紋情況。

具體實施方式

下面對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明提供了一種民用胎釘子，包括釘身，以質量分數(shù)計，所述釘身的合金元素包括：

70～85％的鋁；

0.5～2.5％的鎂；

10～20％的碳；

2～6％的氧；

0.3～1.5％的硅；

2～7％的銅。

本發(fā)明提供的釘子釘身具有較高的強度和硬度，可使耐磨損性能得以提升，利于在冬季輪胎中的應用。

本發(fā)明提供的釘子包括釘身，以質量分數(shù)計，所述釘身的合金元素包括70～85％的鋁，優(yōu)選包括76％～83％的鋁；鋁(Al)為本發(fā)明合金的主要元素。

在本發(fā)明中，以質量分數(shù)計，所述釘身的合金元素包括0.5～2.5％的鎂，優(yōu)選包括0.6～2.3％的鎂。本發(fā)明實施例釘子釘身金相包括AlCuMg，鎂(Mg)可對Al起強化作用。

以質量分數(shù)計，所述釘身的合金元素包括2～7％的銅，優(yōu)選包括3～6％的銅。在本發(fā)明中，銅(Cu)是主要合金元素，其中Cu起固溶強化作用，可提升合金強度。本發(fā)明實施例釘子釘身金相包括Al₂Cu，其有明顯的時效強化作用。在本發(fā)明合金中，Al_xCu_y相相對較多，分布、尺寸比較均勻，Al_xCu_y相在合金中的固溶強化作用也較明顯，對合金的強度提升有利。

在本發(fā)明中，以質量分數(shù)計，所述釘身的合金元素包括0.3～1.5％的硅，優(yōu)選包括0.5～1.2％的硅。本發(fā)明加入一定量的硅(Si)這種合金元素，能使硅鋁擁有極好的鑄造性和抗蝕性，以抵消Cu對抗蝕性的不利影響。

以質量分數(shù)計，本發(fā)明所述釘身的合金元素包括10～20％的碳(C)，優(yōu)選包括12～15％的碳。所述釘身的合金元素包括2～6％的氧(O)，優(yōu)選包括2.5～5％的氧。

本發(fā)明此合金為鋁銅鎂合金，其強度高。強度的高低決定硬度的大小，硬度與耐磨性能有直接的關系。在本發(fā)明的實施例中，所述釘身的硬度為2.3～2.6Gap，有利于實車磨損。本發(fā)明釘身合金系高強度硬鋁，可進行熱處理強化，在淬火和剛淬火狀態(tài)下塑性中等，點焊焊接良好。同時，本發(fā)明此設計的釘子質量較現(xiàn)有釘子小，對降低輪胎滾動阻力亦有益處。

對于釘子釘身的形狀，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述釘身頂部為平面造型，所述釘身從頂部邊緣至側壁具有多個缺口，所述多個缺口形狀相同且沿釘身軸向均勻分布，各缺口邊緣具有弧度且到釘身縱軸的距離從上到下連續(xù)增大。本發(fā)明實施例此設計能進一步減小釘子質量，有利于降低輪胎滾動阻力。

參見圖4和圖5，圖4為本發(fā)明實施例提供的民用胎釘子的一種立體圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的民用胎釘子的另一種立體圖。

相較于圖1所示的現(xiàn)有釘子，本發(fā)明實施例提供的釘子中，釘身釘部為平面造型，并且可呈“梅花狀”造型。也就是說，在本發(fā)明實施例中，所述釘身從頂部邊緣至側壁具有多個缺口，各缺口形狀形同，并且沿釘身軸向均勻分布；各缺口邊緣具有弧度且到釘身縱軸的距離從上到下連續(xù)增大。

本發(fā)明優(yōu)選在釘身側壁均勻設置六個缺口，即呈“梅花狀”。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，相對的兩個缺口邊緣之間的最小距離為5.6mm～5.9mm。本發(fā)明實施例各缺口具有弧形邊緣，其最大半徑可為5mm。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述釘身下部兩端為圓角，更利于釘子鑲入輪胎橡膠釘孔。其中，所述釘身下部兩端圓角的半徑優(yōu)選為0.3mm。本發(fā)明提供的民用胎釘子的總高度不變，即總高為10mm或11mm。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述釘身的高度為8.7mm或9.7mm。

此外，本發(fā)明對釘子釘芯的成分和形狀等沒有特殊限制，采用現(xiàn)有的釘芯即可。其中，所述釘子釘芯的硬度可為20～26Gap，優(yōu)選為20～22Gap。本發(fā)明對釘子的制備方法也沒有特殊限制，按照本領域常規(guī)的釘子零件制備工序操作，即得。

在本發(fā)明的實施例中，釘身上部梅花狀由模具鑄造而成，中心留有釘芯的圓柱空間，下部的圓盤狀底座通過冷鐓機使用局部鐓粗工藝，將原先的一部分橫截面增大，得到所需形狀底座。釘芯材質為C、O、Si、Ti、Co、Er以一定質量比例組成的硬質合金，鑄造成一定尺寸的圓柱狀。通過合適的方式結合至釘身上，以使釘芯相對于釘身緊密固定。其中，結合方式包括使用焊接接頭或黏合劑或機械沖壓，嵌入釘身預留的圓柱狀空間處，并從釘身的外端延伸至釘身內部，從而獲得用于民用輪胎的釘子。

本發(fā)明還提供了一種鑲釘輪胎，其中，在胎面上鑲嵌有上文所述的民用胎釘子。

本發(fā)明對輪胎的橡膠成分和結構設計等沒有特殊限制；在輪胎硫化后，本發(fā)明可將所述民用胎釘子安裝于輪胎胎冠部位的釘孔中，以保持冬季輪胎的行駛能力，特別是提升輪胎的冰地性能。

本發(fā)明所設計的釘子具有較高的強度和硬度，耐磨性能得以提升，減少輪胎釘子的磨損與掉落率等，可更好地應用于冬季輪胎中。本發(fā)明提供的釘子能夠改善輪胎的冰地啟動、制動及冬季條件下的操控性能，以滿足法規(guī)要求和市場需求。同時，本發(fā)明此設計的釘子重量較輕，對輪胎滾動阻力的降低更為有利。

為了進一步理解本申請，下面結合實施例對本發(fā)明提供的民用胎釘子及其應用進行具體地描述。

實施例1

采用釘身模具，按照常規(guī)工藝進行鑄造，得到釘身鋁合金鑄件，常規(guī)淬火，再進行自然放置等常規(guī)時效處理，得到釘身半成品；

根據(jù)掃描電子顯微鏡SEM等分析，結果顯示，以質量分數(shù)計，釘身的合金元素包括：78.04％的鋁；0.67％的鎂；12.3％的碳；3.18％的氧；0.83％的硅；4.98％的銅。釘身上部為梅花狀、中心留有釘芯的圓柱空間。

將釘身半成品下部通過冷鐓機使用局部鐓粗工藝，將原先的一部分橫截面增大，得到圓盤狀底座。

釘芯材質為C、O、Si、Ti、Co、Er以一定質量比例組成的硬質合金，鑄造成一定尺寸的圓柱狀。通過合適的方式結合至釘身上，以使釘芯相對于釘身緊密固定。其中，結合方式為機械沖壓，嵌入釘身預留的圓柱狀空間處，并從釘身的外端延伸至釘身內部，獲得用于民用輪胎的釘子。

所述釘子的結構如圖4～7所示，圖4為本發(fā)明實施例提供的民用胎釘子的一種立體圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的民用胎釘子的另一種立體圖；圖6為本發(fā)明實施例1提供的釘子的俯視尺寸示意圖；圖7為本發(fā)明實施例1提供的釘子的主視尺寸示意圖。

所述釘身頂部為平面造型，所述釘身從頂部邊緣至側壁具有六個缺口，所述六個缺口形狀相同且沿釘身軸向均勻分布，各缺口邊緣具有弧度且到釘身縱軸的距離從上到下連續(xù)增大；所述釘身下部兩端為圓角。

所述釘子外觀尺寸如以上圖中所注公差標準判定，其中，各缺口邊緣弧度的最大半徑為5mm(參見圖5中的R5)；如圖6所示，相對的兩個缺口邊緣之間的最小距離為5.9mm；釘身下部兩端圓角的半徑為0.3mm(參見圖7中的R0.3)。

圖7中，①釘芯露出量，②釘子總高，③主體直徑，④釘身造型寬度，⑤底部直徑、⑥底部厚度、⑦釘芯直徑、⑧釘身中部直徑、⑨主體高度、⑩釘身上段高度、釘身高度，底部臺階直徑；本實施例釘子總高度為10mm(參見圖7中的②)，釘身的高度為8.7mm(參見圖7中的)。

關于釘身金相，根據(jù)GB/T3246.1-2012《變形鋁及鋁合金制品組織檢驗方法：第一部分：顯微組織檢驗方法》，委托上海材料研究所利用光學顯微鏡進行物理測試，結果如圖8所示，圖8為本發(fā)明實施例1提供的釘子釘身的金相圖。根據(jù)圖8可知，本發(fā)明提供的釘子的釘身金相包括：α(Al)+Al₂Cu+AlCuMg+AlFeMnSi。時效析出的Al₂Cu有明顯的時效強化作用。Al_xCu_y相相對較多，分布、尺寸也比較均勻，Al_xCu_y相在合金中的固溶強化作用也較明顯，對合金的強度提升有利。

對釘芯和釘身金相硬度測試，硬度測試方法：使用納米壓痕儀(Angilent G200)的XP中的連續(xù)剛度測試方法，其它分析點從第一點開始按垂直每200nm測試一個點，共測試五個點取平均值。測試溫度為：21.4℃，實驗所測釘子樣本由美國標樂公司制作成符合實驗條件。結果顯示，本發(fā)明釘子硬度(Gap)：釘芯硬度為20.8，釘身硬度為2.39。本發(fā)明有利于實車磨損，減少對路面的損傷，滿足Over-Run法規(guī)要求。

實施例2

按照實施例1的方法，獲得用于民用輪胎的釘子，其釘身合金組成同實施例1。

圖9為本發(fā)明實施例2提供的釘子的主視尺寸示意圖，圖9中，各標號尺寸名稱與圖7相同；本實施例釘子總高度為11mm(參見圖9中的②)，釘身的高度為9.7mm(參見圖9中的)，其余尺寸與實施例1相同。

本發(fā)明釘子硬度(Gap)：釘芯硬度為20.8，釘身硬度為2.39。本發(fā)明有利于實車磨損，減少對路面的損傷，滿足Over-Run法規(guī)要求。

實施例3

一、芬蘭測試機構&輪胎雜志Test World Ltd依照北歐Over-Run法規(guī)測試鑲釘輪胎175/65R14

測試結果顯示：

TW-TT14-OR705現(xiàn)有釘子(尺寸如圖2所示)，未通過法規(guī)認證測試。

TW-TT16-OR1128report B本發(fā)明實施例1所述釘子，通過法規(guī)認證測試。測試方法和結果如表1～3所示，表1為測試方法&結果，表2為各荷重及規(guī)格認證條件明細，表3為現(xiàn)有釘子和本發(fā)明新釘對比成績。測試方式&路面如圖10所示，圖10為本發(fā)明測試鑲釘輪胎性能的方式和路面。結果表明，本發(fā)明釘子順利通過Over-Run測試，符合法規(guī)要求。

表1測試方法&結果

表2各荷重及規(guī)格認證條件明細

注：針對轎車、SUV、貨車、輕型商務車的鑲釘胎。

表3現(xiàn)有釘子和本發(fā)明新釘對比成績

二、依照Test World冰雪地測試條件對鑲釘輪胎的冬季性能進行測試

測試地區(qū)為中國東北地區(qū)，測試輪胎如圖11所示，圖11為本發(fā)明測試鑲釘輪胎冬季性能的胎面花紋情況。測試結果參見表4，表4為現(xiàn)有釘子和本發(fā)明提供的釘子的冬季性能測試成績。根據(jù)表4的測試成績可知，本發(fā)明新釘較現(xiàn)有釘子更利于輪胎冬季性能提升。

表4現(xiàn)有釘子和本發(fā)明提供的釘子的冬季性能測試成績

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于使本技術領域的專業(yè)技術人員，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，是能夠實現(xiàn)對這些實施例的多種修改的，而這些修改也應視為本發(fā)明應該保護的范圍。