專利名稱：具有高強度補強的輪胎的制作方法
技術領域：
本發明涉及充氣輪胎，和更具體地涉及充氣輪胎的補強結構。
背景技術：
補強的彈性制品是公知的。例如，傳送帶或類似類型的帶、輪胎等利用織物和/或細鋼絲長絲或絲束的簾線來構成。特別地，充氣輪胎中使用的帶由高達八個簾布層構成，其中相鄰簾布層的簾線補強相對于輪胎的運動方向而偏移，其中希望補強輪胎的橫向和旋轉方向。此外，已知簾線由細鋼絲的多捻長絲的絲束制成，其中單個絲束構造具有兩個或多個長絲和圍繞其的覆蓋長絲以補強簾線結構。在一些情況下，補強包括使用不在彼此周圍加捻而是以一捆或一束的形式一起加捻(集束簾線)的復絲的單束簾線，以簡化簾線構造。對于輪胎中的復合材料的更高疲勞壽命要求已經導致簾線具有更小的長絲直徑，簾線中需要更多的長絲以獲得必要的強度。用于載客和輕型卡車輪胎的常規雙簾布層輪胎帶結構可以分別具有255ST 和2+hO. 32-0. 40ST的簾線。該標號分別表示兩個0. 255 mm直徑長絲的一個簾線和四個0.32-0. 40 mm直徑長絲的一個簾線(其中兩個長絲以比另兩個長絲更短的捻向長度加捻)。已經發現例如2+hO. 32-0. 40ST的復絲簾線對滿足例如輕型卡車應用中的輪胎帶中復合材料的更高強度需求來說是必需的。這些簾線都由如以下定義的超級拉伸(ST)鋼制成。盡管引入超級拉伸(ST)鋼的簾線設計已經證明是有效的，但是持續需要研發比常規的高拉伸(HT)和超級拉伸(ST)構造具有例如耐腐蝕擴展更高的改善的特性和改善的輪胎性能的更輕重量的簾線構造。這些常規的簾線構造通常并未在大型輪胎，例如越野(OTR)輪胎中得到應用。大型OTR輪胎通常使用例如7x7x0. 25+1HT和3x7x0. 22HT的構造，其分別包括七束，每束七個 0.25 mm直徑高拉伸(HT)的加捻在一起并螺旋纏繞的長絲；和三束，每束七個0. 22 mm直徑高拉伸(HT)的加捻在一起的長絲。用于尺寸36R51和更大型的OTR輪胎中的簾布層補強的一種常規鋼制簾線線纜為高拉伸(HT)輪胎簾線長絲的集束簾線，例如包括七束，每束十九個0. 20 mm直徑高拉伸(HT)的加捻在一起并螺旋纏繞的長絲的7x19x0. 20+1HT簾線。OTR輪胎也可以由具有例如27x0. 265ST或5+8+HxO. 265+1ST的補強簾線的多層帶或單層帶構成。此外，常規鋼制簾線構造具有斷裂載荷和線纜計量限制，防止對于比載重高達和有時超過320噸的卡車和推土機使用的40R57更大型的輪胎，達到所需設計英寸-強度。另外，對于36R51和更大的輪胎尺寸而言，需要增大簾布層和帶中的鉚接面積， 即簾線之間的間距，以使更多的橡膠可以在輪胎制造期間滲透到簾線之間，通過防止“弱鉚接”或“松散涂布”(可能導致輪胎中夾帶空氣)來提高壓延處理的質量。更高強度鋼合金已經在簾線模量方面產生變化，使得可以調整輪胎帶總荷載的參數，所述輪胎帶總荷載取決于假設簾線對橡膠粘合性充足的三個因素。該因素為簾線模量、 簾線體積對橡膠體積的比率(經常表示為每英寸簾線經紗數(the number of cord ends per inch,印i))、和簾線補強的角度。此外，隨著簾線補強的角度接近輪胎的旋轉方向，來自橫向中補強的支撐向零移動。上述兩個其它簾線相關因素，即簾線模量和簾線體積對橡膠體積比率的增加，通常導致帶的重量增加。重量增加可能意味著輪胎的成本增加、滾動阻力更高和燃料經濟性更低。簡單地使用具有較低模量的較輕簾線不解決該問題，因為即使它們具有較低的重量，但是較低的簾線模量必然被簾線對橡膠體積比率的增加所抵消。簾線體積的這種增加受到簾線的實際尺度和簾線之間的最終間距的限制，所述間距控制鉚接量，即橡膠滲透到簾線之間以使簾線對橡膠粘合性良好的能力。定義
“三角膠芯”表示輻射狀設置在胎圈芯之上和簾布層與反包簾布層之間的彈性填料。“環形”表示形成類似于圓環。“斷面高寬比”表示斷面高度對斷面寬度的比率。 “軸向，，和“軸向地”在此用來表示平行于輪胎旋轉軸的線或方向。“胎圈”表示包括由簾布層簾線包裹并成型以適合設計輪輞的環形拉伸元件的輪胎部分，有或沒有其它補強元件，例如鋼絲圈外包布、胎跟加強層、三角膠芯、胎趾護層和胎圈包布。“帶結構”表示至少兩個織造或非織造的平行簾線的環形層或簾布層，其在胎面下，未固定到胎圈，并且具有相對于輪胎的赤道面傾斜的簾線。帶結構也可以包括起限制層作用的以較低角度傾斜的平行簾線的簾布層。“斜交輪胎”(交叉簾布層)表示一種輪胎，其中胎體簾布層中的補強簾線以相對于輪胎赤道面約25 -65 的角度從胎圈對角延伸穿過輪胎至胎圈。如果存在多個簾布層，則簾布層簾線在交替層中以對角延伸。“緩沖層”表示至少兩個相對于輪胎赤道面具有與胎體簾布層中的平行補強簾線相同角度的平行補強簾線的環形層或簾布層。緩沖層通常與斜交輪胎有關。“線纜”表示通過將兩個或多個合股紗線加捻在一起形成的簾線。“胎體”表示除帶結構、胎面、底胎面(imdertread)及簾布層之上的側壁橡膠之外， 但是包括胎圈的輪胎結構。“胎身”表示除胎面和底胎面之外，輪胎的胎體、帶結構、胎圈、側壁和所有其它組件，即整個輪胎。“胎跟加強層”表示位于胎圈區域中的織物或鋼制簾線的窄帶，其作用是補強胎圈區域并且穩定側壁的輻射向內部分。“圓周”表示沿著平行于赤道面(EP)和垂直于軸向的環形輪胎的表面周長延伸的線或方向；其也可以表示如截面中觀察到的，其半徑限定胎面軸向曲度的相鄰的環形曲線組的方向。“簾線”表示構成輪胎的補強結構的補強束之一。“簾線角”表示輪胎俯視圖中左或右的銳角，由簾線相對于赤道面形成。“簾線角” 在固化但未充氣的輪胎中測量。“胎冠”表示輪胎胎面寬度界限內的輪胎部分。“旦尼爾”表示以每9000米的克數計的重量(表示線密度的單位)。Dtex表示以每10，000米的克數計的重量。“密度”平均每單位長度的重量。
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“彈性體”表示變形之后能夠恢復大小與形狀的彈性材料。“赤道面(EP) ”表示垂直于輪胎旋轉軸并穿過胎面中心的平面；或者包含胎面圓周中心線的平面。“織物”表示基本不定向延伸的簾線的網絡，所述簾線可以加捻，并且進而由多個高模量材料的多根長絲(也可以加捻)組成。“纖維”為形成長絲的基本單元的天然或人造的物質單位。特征在于長度為其直徑或寬度的至少100倍。“長絲數”表示構成紗線的長絲的數目。例如1000旦尼爾聚酯具有大約190根長絲。“鋼絲圈外包布”表示用于增強和將胎圈鋼絲結合進胎體中的圍繞胎圈鋼絲的補強織物。“計量”通常表示量度，特別表示厚度量度。“高拉伸鋼(HT)，，表示在0. 20 mm長絲直徑下拉伸強度為至少3400 MPa的碳鋼。“內部”表示朝向輪胎內側，“外部”表示朝向其外側。“內襯”表示形成無內胎輪胎內表面并含有輪胎內的膨脹流體的一層或多層彈性體或其它材料。“ LASE ”為定伸長載荷。“橫向”表示軸向。“捻向長度”表示加捻的長絲或絲束圍繞另一個長絲或絲束移動產生360度旋轉的距離。“載荷范圍”表示如由The Tire and Rim Association, Inc.中的表格定義的特定工作類型中使用的給定輪胎的載荷和充氣限度。“Mega拉伸鋼(MT) ”表示在0.20 mm長絲直徑下拉伸強度為至少4500 MPa的碳鋼。“正常載荷”表示由適當標準組織對輪胎的工作條件確定的特定設計充氣壓力和載荷。“標準拉伸鋼(NT) ”表示在0. 20 mm長絲直徑下拉伸強度為至少觀00 MPa的碳鋼。“簾布層”表示輻射配置或以其它方式平行簾線的涂膠的簾線-補強層。“子午線”和“輻射”用來表示朝向或離開輪胎旋轉軸的輻射方向。“子午線簾布層結構”表示一個或多個胎體簾布層或至少一個簾布層具有相對于輪胎赤道面以65 至90 角度取向的補強簾線。“子午線簾布層輪胎”表示帶狀或圓周限制的充氣輪胎，其中至少一個簾布層具有從胎圈延伸至胎圈的簾線，相對于輪胎的赤道平面，所述簾線以65 至90 的簾線角布置。“鉚接”表示一個層中的簾線之間的空隙。“斷面高度”表示在輪胎赤道面處從標稱輪輞直徑至輪胎外徑的徑向距離。“斷面寬度”表示平行于輪胎軸并且當輪胎在常壓下已經充氣M小時之時和之后， 但是空載，在輪胎側壁外側之間的最大直線距離，排除側壁由于標記、裝飾或保護帶而引起的上升。
“側壁”表示胎面和胎圈之間的輪胎部分。“剛度比”表示對照帶結構剛度值除以另一個帶結構剛度值，屆時各值通過固定三點彎曲測試，使簾線兩端由固定端之間集中的荷載支撐和彎曲來測定。“超級拉伸鋼(ST) ”表示在0. 20 mm長絲直徑下拉伸強度為至少3650 MPa的碳鋼。“韌度”為表示為未應變試樣的每單位線密度的力(gm/tex或gm/旦尼爾)的應力。用于織物。“拉伸”為以力/橫截面積表示的應力。以psi = 12，800計的強度乘以比重乘以
克/旦計的韌度。“胎趾護層”表示軸向朝向各胎圈內部圓周設置的輪胎的彈性輪輞-接觸部分。“胎面”表示模塑的橡膠組件，當粘合至輪胎胎身時，其包括當輪胎正常充氣和處于正常載荷下時與道路接觸的輪胎部分。“胎面寬度”表示包括輪胎旋轉軸的平面中的胎面表面的弧長。“反包邊”表示從簾布層包裹的胎圈向上(即輻射向外)彎曲的胎體簾布層的部分。“超拉伸鋼(UT) ”表示在0. 20 mm長絲直徑下拉伸強度為至少4000 MPa的碳鋼。“紗線”為織物纖維或長絲的連續絲束的通用術語。紗線以下列形式存在1)加捻在一起的許多纖維；幻放在一起但不加捻的許多長絲；幻放在一起具有一定加捻程度的許多長絲；4)加捻或不加捻的單個長絲(單絲)力)加捻或不加捻的材料的窄帶。
發明內容
根據本發明的充氣輪胎包括胎體結構、兩個以一定距離間隔的側壁、兩個胎圈、輻射配置在胎體結構的胎冠外側的胎面、輻射插入胎體結構和胎面之間的帶結構和具有鐵素體高鋁TRIPLEX鋼的簾線的補強結構。根據本發明的另一個方面，布置TRIPLEX鋼補強簾線使得具有每英寸8至20根經紗。根據本發明的另一個方面，TRIPLEX鋼補強簾線具有h構造。根據本發明的另一方面，TRIPLEX鋼補強簾線具有0. 185 mm直徑的長絲。根據本發明的另一方面，其中TRIPLD(鋼補強簾線具有0. 210 mm直徑的長絲。根據本發明的另一方面，TRIPLEX鋼補強簾線具有2+1構造。根據本發明的另一方面，TRIPLEX鋼補強簾線具有2+2構造。根據本發明的另一方面，TRIPLEX鋼補強簾線具有切構造。根據本發明的另一個方面，胎體包括補強結構。根據本發明的另一方面，胎圈包括補強結構。根據本發明的另一個方面，帶結構包括補強結構。 根據本發明的另一種充氣輪胎包括胎體結構、兩個以一定距離間隔的側壁、兩個胎圈、輻射配置在胎體結構的胎冠外側的胎面、輻射插入胎面和胎體結構之間的帶結構和具有鐵素體高鋁TRIPLEX鋼的簾線的補強結構。所述簾線具有直徑為0. 18 mm至0. 22 mm 的長絲。
圖1為用于本發明的充氣輪胎的示例實施方案的截面示意圖2為用于本發明的充氣輪胎的第二個示例實施方案的局部截面示意圖； 圖3為根據本發明的示例補強簾線的截面示意圖； 圖4為根據本發明的另一個示例補強簾線的截面示意圖； 圖5為根據本發明的另一個示例補強簾線的截面示意圖；和圖6為根據本發明的另一示例補強簾線的截面示意圖； 圖7為各種鋼的應力/應變性能的示意圖； 圖8為單位k-碳化物晶體結構的示意圖； 圖9為各種熱老化鋼的應力/應變性能的示意圖； 圖10為各種鋼的能量吸收性能的示意圖。
具體實施例方式參見圖1和2，在具有子午線胎體的示例充氣輪胎10內示出簾布層12、14，其中相同的元件已經賦予相同的參考數字。示例輪胎10具有子午線簾布層胎體結構，屆時胎體補強簾布層或簾布層12、14的簾線以相對于示例輪胎赤道面(EP) 75 至90 的角度取向。各簾布層12、14可以用金屬簾線、人造絲、聚酯、尼龍或任何其它合適的補強物補強。金屬簾線補強的胎體簾布層12或14可以具有布置使得當在具有最大寬度MW的位置在沿圓周方向的輪胎中測量時，具有每英寸約8至約20根經紗(EPI)的鋼簾線層。例如，可以布置鋼簾線的層使得在具有最大寬度MW的位置具有每英寸約12至約16根經紗(EPI)。 根據公制單位，可以布置鋼簾線使得當在具有輪胎最大寬度MW的位置在輪胎沿圓周方向測量時，具有每厘米3至8根經紗(EPC)。每英寸經紗數高可以包括對于給定強度，使用較低直徑鋼絲，而每英寸經紗數低可以包括對于相同強度，使用較高直徑鋼絲。此外，使用給定直徑的單絲可能需要每英寸更多或更少的經紗，取決于單絲鋼絲的強度。充氣輪胎10可以具有一對彼此軸向間隔的基本不可擴張的環形胎圈16、18。各胎圈16、18可以位于充氣輪胎10的胎圈部分，其具有構造為接納胎圈和容納輪輞的輪緣(未示出)的外表面，充氣輪胎被設計裝配在輪輞的輪緣上。簾布層12、14可以具有聚酯、鋼或其它合適材料的并排補強簾線，并且在胎圈16、18之間延伸，其中胎體結構的軸向外部包圍在各胎圈周圍。圖1的胎體簾布層結構包括補強材料的兩個簾布層12、14。可以使用任何合適材料的一個或多個胎體簾布層。低滲透性材料層20可以配置在胎體簾布層12、14內部，并且鄰接由充氣輪胎10 和輪輞限定的充氣室。彈性側壁22、M可以軸向配置在胎體結構12、14的外側。雙層帶 28,30 (圖1)，或四層帶觀、30、32、34 (圖2)的圓周延伸帶結構沈可以包括鋼補強簾線 36，如圖3所示。帶結構沈也可以包括輻射插入帶觀、30、32、34和胎面15之間的冠帶層 38 (圖 2)。圖1和2的帶結構沈可以表征為示例簾線36，其具有0.08 mm至0.35 mm直徑的超拉伸鋼(UT)或Mega拉伸鋼(MT)(如以上定義)的長絲和合適的捻向長度。例如，圖3的簾線36可以具有h長絲363的構造。圖4的示例簾線36可以具有2+1長絲364的構造。 圖5的示例簾線36可以具有2+2長絲365的構造。圖6的示例簾線36可以具有切長絲366的構造。獲得UT強度的一個示例方法可以合并如US 4，960，473中公開的方法，在此將其全部引入作為參考，采用與一種或多種以下元素Cr、Si、Mn、Ni、Cu、V和B微合金化的碳棒。 一個示例構造可以為 C 0. 88 至 1. 00,Mn 0. 30 至 0. 50,Si 0. 10 至 0. 30 Cr 0. 10 至 0. 40、 V 0至0. 10、Cu 0至0.50、Ni 0至0. 50和Co 0. 20至0. 10，余量為!^e和殘余物。所得棒然后可以拉伸至相當于4000 MPa的拉伸強度，在0. 20 mm。0.30 mm至0.35 mm直徑UT鋼絲的示例長絲可以具有至少1，020牛頓(N)，加減 5%的簾線斷裂強度。一個示例結構可以具有加捻在一起的兩個長絲，具有16.0 mm的捻向長度，其中這兩個長絲在相同的加捻方向中以16.0 mm捻向長度與兩個其它長絲加捻在一起，所述兩個其它長絲當與加捻長絲一起加捻時是未加捻的并且互相平行。該示例簾線， 2+2構造(圖5)，可以表示為2+&30 UT或2+h35 UT。2+2構造可以呈現開口，以及由開口產生的良好的橡膠針入度。0. 30和0. 35表示以毫米計的長絲直徑，UT表示材料為超拉伸鋼。UT和MT簾線結構的上述實例表現可以類似于較高計量HT和ST鋼構造。因此，當這些示例簾線結構引入直徑比HT和ST簾線結構更小的長絲時，與HT和ST簾線結構相比， 計量材料和成本方面的最終減少導致重量更輕和輪胎更便宜。此外，對于相等的長絲直徑，UT和MT簾線比前身HT和ST簾線具有更高的強度和通常更高的疲勞壽命。這些優點導致彈性體產物具有更少的補強材料并因此重量和成本更低。可選地，產物的壽命可以隨這種簾線36和長絲363、364、365、366的疲勞壽命增加而增加，如US 7，082，978中所示，在此將其全部引入作為參考。在彈性體的補強復合材料中可以變化的參數為以每英寸經紗(EPI)計的經紗數， 即相對于其中彈性體正在被補強的方向的橫向中的每單位長度簾線的數目。UT和MT試樣的強度增加可以允許EPI降低以獲得可比的強度。可選地，簾線直徑可以減少，而經紗數保持或增加，以獲得可比的強度。此外，可以保持0. 018' ’ (0. 46 mm)的最小鉚接，以在嵌入的簾線之間提供適當的彈性體針入度。針入度可以進一步地通過更小的直徑和更簡單的(簾線中的長絲更少)可由UT和MT鋼長絲制造的簾線構造來增強。UT構造，例如圖3-6的那些，具有例如0. 185 mm或0. 21 mm的直徑，為輕型輪胎的帶構造提供重量更輕和成本更低的備選方案。此外，重量和成本減低提供相等到更好的設備可加工性(壓延)以及優于常規構造的輪胎性能。如上所述，UT或MT鋼簾線36的帶結構沈在充氣輪胎10中產生優異的疲勞性能， 以及允許在充氣輪胎10的帶和其它部分中使用更少的材料。但是，根據本發明，在充氣輪胎中使用TRIPLEX鋼用于補強鋼絲(即胎圈、簾布層、帶等)將在充氣輪胎中提供甚至更大的優點，因為可以利用TRIPLEX鋼完成重量降低，同時保持相等的強度特性。例如，用于飛機或卡車輪胎的TRIPLEX鋼胎圈鋼絲圈將提供類似的強度，但是重量更輕。充氣輪胎的重量減少通常受到材料的所需最低量限制。但是，對于TRIPLEX鋼，可以用更少的重量獲得所需強度。例如，具有TRIPLEX鋼胎圈的卡車輪胎可以整個輪胎重量稱重減少13%，或減少500克。利用TRIPLEX鋼的性能，和相應的更少重量，也可以在充氣輪胎中獲得其它好處，例如滾動阻力降低。高強度、輕重量TRIPLEX鋼通常包括含有18-28%錳、9-12%鋁和0. 7-1. 2% C (以質量％計)的一般組成Fe-xMn-yAl-k。微結構可以由奧氏體的 Y-Fe (Mn, Al，C)固體溶液基質組成，所述基質具有不同體積分數的納米尺度K-碳化物 (Fe, Mn) 3A1(VX和α -Fe (Al, Mn)鐵氧體的細分散體。相變Y fcc — Ehcp的計算吉布斯自由能總計為e=1757 J/mol和堆垛層錯能測定為rsF=110 mj/m2。因此，奧氏體非常穩定，不能形成應變誘導的e-馬氏體。塑性變形(plastic deformation)期間幾乎抑制了機械捻線(mechanical twinning)。TRIPLEX鋼顯示6. 5至7. 0 g/cm3的低密度和優越的機械性能，例如700至1100 MI^a的高強度和高達60%和更多的總伸長率。IO3 s—1的高應變速率下獲得的比能吸收為約0.43 J/mm3。TEM研究已經揭示在變形的拉伸試樣中已經存在伴有位錯滑移的均勻剪切能帶形成。TRIPLEX鋼的主要變形機理為由與奧氏體基體內聚的納米尺度K-碳化物的均勻排列所經受的剪切能帶誘導可塑性(SIP作用)。高流動應力和拉伸強度由有效的固體溶液硬化和疊加的分散強化產生。這種鐵素體高鋁鋼提供基于體心立方鐵晶格中的Al的高溶解度的比重的顯著降低和約40 MI^a每wt% Al的強固體溶液強化。由于在低于400°C形成k_相，最高Al含量被限制在約6. 5 wt%0在這一 Al含量下，密度降低約9%。冷成形限度通過與B、Nb和Ti金屬微合金化而大大擴展，以避免碳化物在晶粒邊界處脆化。在轉變誘導塑性(TRIP)和捻線誘導塑性(TWIP)鋼中，可以通過與輕型或晶格膨脹Al和Si元素合金化來實現密度降低。15至30 wt%的高Mn含量可以穩定奧氏體。在 1. 5至4 wt% Al和Si的組成范圍中，Mn-Al-Si-鋼的堆垛層錯能(SFE’ s)可以變化以產生不同的變形機理由于馬氏體轉變的轉變誘導塑性和捻線誘導塑性。基于四元！^-Mn-Al-C構造的TRIPLEX鋼結合了上述給出的合金構思。與常規的深拉鋼相比，這種TRIPLEX鋼由于其化學、微結構、變形和強化機理，具有約15%的更低密度、 優越的強度性能、改善的耐腐蝕性和高拉伸延展性。TRIPLEX微結構由奧氏體、鐵氧體和納米分散的(Fe，Mn)3Al-C k_碳化物組成。這些碳化物的形態和分布受到合金元素的強烈影響，盡管熱處理可能顯著影響它們的機械性能。顯著的均勻剪切能帶形成引起剪切能帶誘導塑性(SIP作用)，并且高強度性能是由于有效的固體溶液硬化和橫向剪切能帶中的錯位交感。如圖7所示，即使在沖擊載荷下，TRIPLEX鋼的卓越延展性和韌性促進很高應變速率 (高達IO3 s-1)下的高能量吸收。因此，基于!^-Mn-Al-C構成的高強度合金代表被稱為TRIPLEX的一代高錳合金之一，具有面心立方(FCC)微結構，其中主要8%鐵氧體和6-9%納米尺度k-碳化物分散在FCC 固體溶液基質中。TRIPLEX合金由FCC基質組成，特征在于退火捻線、約8%鐵氧體和納米尺度k_碳化物有規律地分布在FCC基質中，并具有有規則地排列的FCC結構。對于最佳的性能，可以使用另外的老化應用，由此有助于后續實現特定變形機理(SIP作用)所需的常規k-碳化物沉淀。這種TRIPLEX合金可以抵抗e-馬氏體轉變。即，正自由焓奧氏體分解成為e_馬氏體(AGyY -e= +1755 J. moF1)為高FCC基質穩定性的原因。由于為約110 mj/m2的較高堆垛層錯能(SFE)，相變成為馬氏體也得到抑制。高SFE水平也是TRIPLEX合金的機械捻線不敏感性的原因。已經發現當SFE低于15-20 mj/m2時，發生朝向e-馬氏體的傾向。SFE 水平和e-馬氏體轉變穩定性(HCP結晶晶格)的檢測改進由鋁(Al)加入到具有錳(Mn)的基礎固體溶液中引起，由此通常增加SFE和抑制形變捻線。由于FCC基質中的Al和Mn溶解度水平和與鐵(Fe)的原子半徑相比，Al和Mn的較高原子半徑，比重發生降低。例如，在 12% Al和28% Mn的合金中，FCC基質密度相當于6. 5 g/cm3。固體溶液中共存的FCC和基礎心立方(BCC)相的總體重量降低導致合金基質的平均摩爾重量降低和聯合晶胞摩爾密度降低。與Fe原子(rFe = 0. 126 nm)相比，由Al和Mn原子半徑(rAl = 0. 147 nm, rMn =0. 134 nm)產生的基體晶格將更大。除基礎FCC相之外，TRIPLEX微結構可以由鐵氧體(6_8%)和在FCC基質中沉淀和顯示規則排列的具有中心定位C原子的納米尺度k-碳化物組成(參加以下L12)。聯合晶胞可以用( ^Μη)3Α1(來表示。平均晶格參數水平a0 = 0.3857 nm，主要取決于合金中的 Al含量。k-碳化物晶格在圖8中提供。高錳合金中獲得的捻線變形和馬氏體相變可以由FCC基質內的高密度平面{111} 上均勻排列的剪切能帶形成替代。這些特征代表對大的塑性伸長率的均勻剪切變形的重要貢獻，被稱為SIP-作用(剪切能帶誘導塑性)。由于以上給出的馬氏體轉變的正自由焓值 (+1755 J/mol1)和由于較高的SFE (大約110 mj/m2)，TRIPLEX合金可能不容易發生馬氏體轉變或嚴重的機械捻線。k-碳化物沉積形態的微構造分析證明了與FCC基質內聚的這一相的納米尺度顆粒的正態分布。這一發現證明了由于有助于增強TRIPLEX合金的均勻排列的剪切能帶的影響，上面討論的k-碳化物在FCC基質中的分布的重要作用。在-100°C至400°C測試溫度下的高Mn-Al TRIPLEX合金的工程應力-應變曲線說明了該溫度間隔中的迥然不同的應變硬化和不同的變形機理。在20°C檢測到約53%的最好的塑性應變(ε pl)(強度達到1100 MPa)。對于更高溫度，ε ρ1隨強度一起增加(在400°C， 對于ε ρ1=19%,強度為700 MPa)。選擇的測試溫度越低，與最差ε ρ1 一起達到的應力水平越高(在-100°C下，對于ερ1= 37%，強度為1260 MPa)。結果歸納于以下表1中。為了增加強度水平方面的機械特性而不發生塑性響應降解，特別地，所研究的合金通常在550°C經歷 2. 1分鐘至46分鐘的不同恒溫老化時間的加熱老化。結果在以下圖3中以老化試樣的工程曲線的形式概括。延長老化時間之后，發現(在室溫下測定)Rp (0. 從700 MI^a增加至 1060 MPa0給出的應力-應變依賴性非常類似于理想彈性的那些(其中實際上不存在應變硬化的塑性固體)。這一點表明了用于實現由中等變形硬化機理獲得的擴展的塑性變形的均勻剪切的需要程度。表 1
頸區中TRIPLEX合金的應力和應變值之間的關系(借助于拉伸測試)
===擔pel ========== a.丨jpiFaj丄熱老化的TRIPLEX合金的工程應力-應變曲線在圖9中示出。老化在550°C按照不同的時間間隔獲得。高Mn合金和常規深拉鋼(撞擊模型)的比能吸收(EV spec)在圖10中示出。在圖10中，比較比能吸收(EVspec)，所述比能吸收定義為在102-103 s—1的高應變速率(在與撞擊模型有關的條件下)下，所選擇的材料類型的每單位體積的耗散能量。在
10評價的鋼和合金組中，顯示用作深拉材料的兩種高Mn合金變體和四種鋼型。該對比表明常規深拉鋼的吸收能量低于TWIP和TRIPLEX合金的吸收水平。與研究的深拉鋼類型相比，這些合金的吸收能力高兩倍。上述合金的這些較高吸收值反映了較高的應力流和有利的塑性伸長水平。在TRIPLEX合金中，吸收能力的重要作用可以歸因于在高應變速率下嚴重的剪切能帶形成的作用。TRIPLEX合金 ^-26/30Μη-10/12Α1-0. 9/1. 2C主要由具有納米尺度k_碳化物 (以上L12)分散體和部分有序 -鐵氧體的FCC微結構組成。k-碳化物的化學組成為 (FeMn) 3A1C0獲得的TRIPLEX的優越性能可以歸因于有效的固體溶液和沉淀增強。高Mn 合金的高能量吸收水平(EVspec)提供有利的Mn影響。變形機理對增強的延展性的貢獻與 SIP-作用(剪切能帶誘導塑性)有關。均勻剪切能帶形成可以伴隨有位錯滑移。這一機理的實現取決于與FCC基質內聚的納米尺度k-碳化物的均勻的排列形式。由于比重減少、高強度和包括優越抗撞擊性的所需成型性，TRIPLEX合金可以具有許多應用，例如充氣輪胎中的重量減輕結構。例如，TRIPLEX合金用于特別是飛機和卡車的胎圈鋼絲圈，可以提供優異的結果。在具有TRIPLEX鋼胎圈的卡車輪胎上，胎圈重量可以減少13%。對于全部輪胎重量，這提供了 500 g或超過一磅的節省。與常規的深拉鋼(UT，MT)相比，借助于TRIPLEX鋼的特殊化學、微結構、變形和強度機理，提供了 TRIPLEX鋼的更低的密度(約15%)、優越的強度性能、改善的耐腐蝕性和高拉伸延展性。如上所述，根據本發明，具有TRIPLEX鋼簾線36的胎圈結構16、18，簾布層結構 12、14，或帶結構沈產生更輕重量的充氣輪胎10，而不犧牲強度。這些結構12、14、16,18,26 因此增強充氣輪胎10的性能，即使是充氣輪胎的結構和性能的復雜性使得已經提不出完善和令人滿意的理論。Temple,Mechanics of Pneumatic Tires (2005)。雖然在充氣輪胎機械學中容易看到傳統復合材料理論的基礎，但是由充氣輪胎的許多結構組件引入的額外復雜性容易使預期輪胎性能的問題復雜化。Mayni，Composite Effects on Tire Mechanics (2005)。另外，因為聚合物和橡膠的非線性時間、頻率和溫度特性，充氣輪胎的分析設計是當今工業中最具挑戰性和低估的工程挑戰之一。Mayni。充氣輪胎具有某些必需的結構單元。United States Department of Transportation,Mechanics of Pneumatic Tires, 207-208 M (1981)。重要的結構單元為帶結構，其通常由許多嵌入和粘合至通常為天然或合成橡膠的低模量聚合物材料基質的細微硬拉鋼或其它金屬的簾線制成。同上，207至208。簾線通常配置為單、雙或四層。顯上，208。整個工業的輪胎制造商不能同意或預期不同捻度的帶結構的簾線對于充氣輪胎中的噪聲特性、操控、耐久性、舒適性等的作用， Mechanics of Pneumatic Tires，80 至 85 頁。這些復雜性由以下輪胎性能和輪胎組件之間的相關性的表格表明。
權利要求
1.充氣輪胎，其特征在于包括 胎體結構；以一定距離間隔的兩個側壁； 兩個胎圈；輻射配置在胎體結構的胎冠外側的胎面； 輻射插入胎體結構和胎面之間的帶結構；和具有鐵素體高鋁TRIPLEX鋼的簾線的補強結構。
2.如權利要求1所述的充氣輪胎，特征在于布置TRIPLEX鋼補強簾線使得具有每英寸 8至20根經紗。
3.如權利要求1所述的充氣輪胎，特征在于TRIPLEX鋼補強簾線具有h構造。
4.如權利要求3所述的充氣輪胎，特征在于TRIPLEX鋼補強簾線具有0.185 mm直徑長絲。
5.如權利要求3所述的充氣輪胎，特征在于TRIPLEX鋼補強簾線具有0.210mm直徑長絲。
6.如權利要求1所述的充氣輪胎，特征在于TRIPLEX鋼補強簾線具有2+1構造。
7.如權利要求6所述的充氣輪胎，特征在于TRIPLEX鋼補強簾線具有0.185 mm直徑長絲。
8.如權利要求6所述的充氣輪胎，特征在于TRIPLEX鋼補強簾線具有0.210mm直徑長絲。
9.如權利要求1所述的充氣輪胎，特征在于TRIPLEX鋼補強簾線具有2+2構造。
10.充氣輪胎，其特征在于包括 胎體結構；以一定距離間隔的兩個側壁； 兩個胎圈；輻射配置在胎體結構的胎冠外側的胎面； 輻射插入胎面和胎體結構之間的帶結構；和具有鐵素體高鋁TRIPLEX鋼的簾線的補強結構，所述簾線具有直徑為0. 18 mm至0. 22 mm的長絲。
全文摘要
本發明公開了具有高強度補強的輪胎。具體地，充氣輪胎包括胎體結構、兩個以一定距離間隔的側壁、兩個胎圈、輻射配置在胎體結構的胎冠外側的胎面、輻射插入胎體結構和胎面之間的帶結構和具有鐵素體高鋁TRIPLEX鋼的簾線的補強結構。
文檔編號B60C9/16GK102407739SQ20111028341
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月22日 優先權日2010年9月22日
發明者維內奇亞尼 A., P. 克林肯伯格 M., B. 迪瓦爾 Y. 申請人:固特異輪胎和橡膠公司