本發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。在胎面上鑲釘的輪胎可稱為鑲釘輪胎，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，從而發揮汽車的最佳性能。

現有的冰雪地輪胎用釘子如圖1所示，圖1為現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，釘身下部即釘底座。現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為一種現有釘子的尺寸示意圖，其中，釘身高8.8mm，釘子總高10mm；釘底座兩端為直角，釘底座最大直徑為8mm。

現有釘子的釘身元素組成一般為鋁鎂合金；按照質量分數計，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，現有釘子的釘身硬度一般為1.5～2.2Gap。現有釘子的釘身的硬度較低，不利于實車磨耗性能。

技術實現要素：

有鑒于此，本申請提供一種民用輪胎釘子及其應用，本發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。

本發明提供一種民用胎釘子，包括釘身，以質量分數計，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。

優選地，所述釘身的硬度為2.3～2.6Gap。

優選地，所述釘身的合金元素包括：2.5～5％的氧。

優選地，所述釘身的合金元素包括：3～6％的銅。

優選地，所述釘身的合金元素包括：0.5～1.2％的硅。

優選地，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增大。

優選地，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。

優選地，所述釘身下部兩端為圓角。

優選地，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。

與現有技術相比，本發明釘子的釘身元素組成為鋁銅鎂合金，按照質量分數計，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下塑性中等，點焊焊接良好。實驗結果顯示，本發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為現有的冰雪地輪胎用釘子的結構示意圖；

圖2為一種現有釘子的尺寸示意圖；

圖3為現有釘子釘身的金相圖；

圖4為本發明實施例提供的民用胎釘子的一種立體圖；

圖5為本發明實施例提供的民用胎釘子的另一種立體圖；

圖6為本發明實施例1提供的釘子的俯視尺寸示意圖；

圖7為本發明實施例1提供的釘子的主視尺寸示意圖；

圖8為本發明實施例1提供的釘子釘身的金相圖；

圖9為本發明實施例2提供的釘子的主視尺寸示意圖；

圖10為本發明測試鑲釘輪胎性能的方式和路面；

圖11為本發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明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明提供了一種民用胎釘子，包括釘身，以質量分數計，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。

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

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

以質量分數計，所述釘身的合金元素包括2～7％的銅，優選包括3～6％的銅。在本發明中，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。

在本發明中，以質量分數計，所述釘身的合金元素包括0.3～1.5％的硅，優選包括0.5～1.2％的硅。本發明加入一定量的硅(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。

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

本發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下塑性中等，點焊焊接良好。同時，本發明此設計的釘子質量較現有釘子小，對降低輪胎滾動阻力亦有益處。

對于釘子釘身的形狀，在本發明的優選實施例中，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增大。本發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為本發明實施例提供的民用胎釘子的一種立體圖；圖5為本發明實施例提供的民用胎釘子的另一種立體圖。

相較于圖1所示的現有釘子，本發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增大。

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

在本發明的優選實施例中，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選為0.3mm。本發明提供的民用胎釘子的總高度不變，即總高為10mm或11mm。在本發明的優選實施例中，所述釘身的高度為8.7mm或9.7mm。

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

在本發明的實施例中，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，以滿足法規要求和市場需求。同時，本發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，按照常規工藝進行鑄造，得到釘身鋁合金鑄件，常規淬火，再進行自然放置等常規時效處理，得到釘身半成品；

根據掃描電子顯微鏡SEM等分析，結果顯示，以質量分數計，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為本發明實施例提供的民用胎釘子的一種立體圖；圖5為本發明實施例提供的民用胎釘子的另一種立體圖；圖6為本發明實施例1提供的釘子的俯視尺寸示意圖；圖7為本發明實施例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為本發明實施例1提供的釘子釘身的金相圖。根據圖8可知，本發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，本發明釘子硬度(Gap)：釘芯硬度為20.8，釘身硬度為2.39。本發明有利于實車磨損，減少對路面的損傷，滿足Over-Run法規要求。

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。

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

實施例3

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

測試結果顯示：

TW-TT14-OR705現有釘子(尺寸如圖2所示)，未通過法規認證測試。

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

表1測試方法&結果

表2各荷重及規格認證條件明細

注：針對轎車、SUV、貨車、輕型商務車的鑲釘胎。

表3現有釘子和本發明新釘對比成績

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

測試地區為中國東北地區，測試輪胎如圖11所示，圖11為本發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為現有釘子和本發明提供的釘子的冬季性能測試成績。根據表4的測試成績可知，本發明新釘較現有釘子更利于輪胎冬季性能提升。

表4現有釘子和本發明提供的釘子的冬季性能測試成績

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