论文部分内容阅读
【摘 要】在轮胎硫化成型中，中心机构是硫化机的心脏部分，其中，部件环座缸头若有泄漏，则胶囊压降超过工艺要求，进而影响轮胎质量。论文首先介绍硫化机中心机构的作用，而后分析在轮胎硫化过程中，中心机构环座缸头开裂失效的原因。论文主要通过材料理化性能测试，对断口进行电镜扫描分析，找出其开裂主要原因，并提出防范措施。
【Abstract】In the process of tire vulcanizing and moulding， the central mechanism is the heart part of the vulcanizing machine. Among them， if the cylinder head of ring block in the component leaks， the pressure drop of the capsule will exceed the process requirement， which will affect the quality of the tire. This paper firstly introduces the function of the central mechanism in vulcanizing machine， and then analyzes the reasons of cracking failure of the cylinder head of ring block of central mechanism in the process of tire vulcanizing. Mainly through the physical and chemical properties test of the material， the paper analyzes the fracture surface by scanning electron microscope， finds out the main reason of cracking， and puts forward the preventive measures.
【关键词】定型硫化机;中心机构;环座缸頭;开裂失效;措施
【Keywords】moulding and vulcanizing machine; central mechanism; cylinder head of ring block; cracking failure; measures
【中图分类号】TQ330.4+7 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2020）11-0172-02
1 引言
硫化设备在早期时采用硫化罐硫化轮胎，后来发展到采用个体硫化机——不定型硫化机。到20世纪中期，定型硫化机简化了硫化轮胎的工艺过程。它用胶囊代替了不定型硫化机的水胎，是机器的一个部件，在同一机器上可完成装胎、定型、硫化、卸胎以及在模外充气（后充气）冷却等工艺过程，让硫化轮胎过程实现了机械化和自动化。两种硫化机的区别就是在于有无定型结构，这个定型结构通常被叫作中心机构，是定型硫化机的心脏部分，主要作用是在硫化前将胶囊拉直，然后将胶囊通入内压，装入胚胎内进行定型，硫化后，在脱模机构的配合下，使轮胎脱离下模并与胎圈剥离，并将胶囊从轮胎中拔出，最后再由卸胎机构将轮胎脱离胶囊。轮胎定型硫化机是生产高质量轮胎的关键设备之一，为确保产出高品质的轮胎，对轮胎定型硫化机和其部件中心机构的原材料选用和加工精度要求非常高，须按照规定的技术要求执行。
2 开裂背景描述
国内一轮胎硫化生产线中，出现胶囊在保压过程中压降趋势逐渐增大，于近日出现压降超出工艺范围，遂将中心机构拆开进行检查，发现环座缸头出现开裂纹（图1），在保压过程中出现漏气，导致压降增大。检查环座缸头的生产日期，了解到此产品已用近十年，期间从未更换，此现象激发起工程师的研究兴趣，我们需找到开裂的原因。
3 材料的理化检测
该材料为0Cr18Ni9，要求锻件且要求进行固溶热处理，检测标准为NB/T 47010—2010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》。
3.1 化学成分分析
化学成分分析如表1所示。
3.2 力学性能检
力学性能检如图2、表2所示。
3.3 金相组织检验
检验标准为GB/T 13298—2015《金属显微组织检验方法》。
由金相照片可见：奥氏体化不均匀，局部有粗大晶粒（见图3），裂纹沿奥氏体晶界扩展（见图4），有沿晶界分布的碳化物颗粒（见图5）。
金相的显微组织为：奥氏体+沿晶界分布的网状碳化物，局部有粗大晶粒。
4 开裂失效分析及采取措施
环座缸头材料为0Cr18Ni9，属于奥氏体不锈钢，在生产过程中有焊接的工艺。奥氏体不锈钢在焊接时需采用合适的工艺规范，采用不当的焊接工艺后，焊接接头在腐蚀介质作用下会容易产生晶间腐蚀。它的特点为：腐蚀沿着晶界渗透到金属内部，金属的力学性能以及它的耐腐蚀性开始降低。晶间腐蚀是由于晶界贫铬造成的。奥氏体不锈钢对晶间腐蚀的敏感程度与其成分、所受的热循环温度以及时间有关。在腐蚀介质作用下，晶界贫铬区因腐蚀后产生晶间腐蚀。奥氏体不锈钢受到腐蚀后，在表面上是看不出明显的变化，当不锈钢在受力后会产生晶界开裂。晶间腐蚀可以发生在焊缝区，也可以发生在热影响区或熔合区。
从定型硫化机中心机构的使用工况来分析，轮胎在硫化时，环座缸头一直处于热循环温度过程，加热介质中含有腐蚀介质，且使用时间较长，有近十年的时间，符合晶间腐蚀的形成条件。
从环座缸头的材料理化测试结果来看，化学成分中碳含量偏高，铬含量偏低;金相显微组织中，奥氏体化不均匀，局部有粗大晶粒，有沿晶界分布的碳化物颗粒，应该是在焊接过后未按要求进行热处理。
可以采取以下措施防止晶间腐蚀：一是降低钢中的碳含量，或添加适量的强碳化物形成元素钛和铌，使之不形成铬的碳化物;二是应该采用合适的焊接规范，减少在形成贫铬区温度范围内停留的时间;三是在焊接后进行固溶热处理，工件加热到工艺温度范围后进行淬火，将晶界上的碳化物分解、溶入晶粒内部，形成均匀的奥氏体组织等。
5 结语
本文通过对定型硫化机中心机构中的环座缸头开裂失效进行分析，从部分到整体地探讨了奥氏体不锈钢晶间腐蚀的形成条件及机理，然后提出采取措施，在以后的生产过程中，遇到相似的工况条件，生产者可以防微杜渐。
【参考文献】
【1】余崇俊.浅谈轮胎定型硫化机的中心机构[J].橡塑技术与装备，2001（11）：33-38.
【2】杨顺根，白仲元.橡胶工业手册（第九分册）[M].北京：化学工业出版社，1992.
【3】柳秉毅.材料成形工艺基础[M].北京：高等教育出版社，2005.
【4】王章忠.材料科学基础[M].北京：机械工业出版社，2005.
【Abstract】In the process of tire vulcanizing and moulding， the central mechanism is the heart part of the vulcanizing machine. Among them， if the cylinder head of ring block in the component leaks， the pressure drop of the capsule will exceed the process requirement， which will affect the quality of the tire. This paper firstly introduces the function of the central mechanism in vulcanizing machine， and then analyzes the reasons of cracking failure of the cylinder head of ring block of central mechanism in the process of tire vulcanizing. Mainly through the physical and chemical properties test of the material， the paper analyzes the fracture surface by scanning electron microscope， finds out the main reason of cracking， and puts forward the preventive measures.
【关键词】定型硫化机;中心机构;环座缸頭;开裂失效;措施
【Keywords】moulding and vulcanizing machine; central mechanism; cylinder head of ring block; cracking failure; measures
【中图分类号】TQ330.4+7 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2020）11-0172-02
1 引言
硫化设备在早期时采用硫化罐硫化轮胎，后来发展到采用个体硫化机——不定型硫化机。到20世纪中期，定型硫化机简化了硫化轮胎的工艺过程。它用胶囊代替了不定型硫化机的水胎，是机器的一个部件，在同一机器上可完成装胎、定型、硫化、卸胎以及在模外充气（后充气）冷却等工艺过程，让硫化轮胎过程实现了机械化和自动化。两种硫化机的区别就是在于有无定型结构，这个定型结构通常被叫作中心机构，是定型硫化机的心脏部分，主要作用是在硫化前将胶囊拉直，然后将胶囊通入内压，装入胚胎内进行定型，硫化后，在脱模机构的配合下，使轮胎脱离下模并与胎圈剥离，并将胶囊从轮胎中拔出，最后再由卸胎机构将轮胎脱离胶囊。轮胎定型硫化机是生产高质量轮胎的关键设备之一，为确保产出高品质的轮胎，对轮胎定型硫化机和其部件中心机构的原材料选用和加工精度要求非常高，须按照规定的技术要求执行。
2 开裂背景描述
国内一轮胎硫化生产线中，出现胶囊在保压过程中压降趋势逐渐增大，于近日出现压降超出工艺范围，遂将中心机构拆开进行检查，发现环座缸头出现开裂纹（图1），在保压过程中出现漏气，导致压降增大。检查环座缸头的生产日期，了解到此产品已用近十年，期间从未更换，此现象激发起工程师的研究兴趣，我们需找到开裂的原因。
3 材料的理化检测
该材料为0Cr18Ni9，要求锻件且要求进行固溶热处理，检测标准为NB/T 47010—2010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》。
3.1 化学成分分析
化学成分分析如表1所示。
3.2 力学性能检
力学性能检如图2、表2所示。
3.3 金相组织检验
检验标准为GB/T 13298—2015《金属显微组织检验方法》。
由金相照片可见：奥氏体化不均匀，局部有粗大晶粒（见图3），裂纹沿奥氏体晶界扩展（见图4），有沿晶界分布的碳化物颗粒（见图5）。
金相的显微组织为：奥氏体+沿晶界分布的网状碳化物，局部有粗大晶粒。
4 开裂失效分析及采取措施
环座缸头材料为0Cr18Ni9，属于奥氏体不锈钢，在生产过程中有焊接的工艺。奥氏体不锈钢在焊接时需采用合适的工艺规范，采用不当的焊接工艺后，焊接接头在腐蚀介质作用下会容易产生晶间腐蚀。它的特点为：腐蚀沿着晶界渗透到金属内部，金属的力学性能以及它的耐腐蚀性开始降低。晶间腐蚀是由于晶界贫铬造成的。奥氏体不锈钢对晶间腐蚀的敏感程度与其成分、所受的热循环温度以及时间有关。在腐蚀介质作用下，晶界贫铬区因腐蚀后产生晶间腐蚀。奥氏体不锈钢受到腐蚀后，在表面上是看不出明显的变化，当不锈钢在受力后会产生晶界开裂。晶间腐蚀可以发生在焊缝区，也可以发生在热影响区或熔合区。
从定型硫化机中心机构的使用工况来分析，轮胎在硫化时，环座缸头一直处于热循环温度过程，加热介质中含有腐蚀介质，且使用时间较长，有近十年的时间，符合晶间腐蚀的形成条件。
从环座缸头的材料理化测试结果来看，化学成分中碳含量偏高，铬含量偏低;金相显微组织中，奥氏体化不均匀，局部有粗大晶粒，有沿晶界分布的碳化物颗粒，应该是在焊接过后未按要求进行热处理。
可以采取以下措施防止晶间腐蚀：一是降低钢中的碳含量，或添加适量的强碳化物形成元素钛和铌，使之不形成铬的碳化物;二是应该采用合适的焊接规范，减少在形成贫铬区温度范围内停留的时间;三是在焊接后进行固溶热处理，工件加热到工艺温度范围后进行淬火，将晶界上的碳化物分解、溶入晶粒内部，形成均匀的奥氏体组织等。
5 结语
本文通过对定型硫化机中心机构中的环座缸头开裂失效进行分析，从部分到整体地探讨了奥氏体不锈钢晶间腐蚀的形成条件及机理，然后提出采取措施，在以后的生产过程中，遇到相似的工况条件，生产者可以防微杜渐。
【参考文献】
【1】余崇俊.浅谈轮胎定型硫化机的中心机构[J].橡塑技术与装备，2001（11）：33-38.
【2】杨顺根，白仲元.橡胶工业手册（第九分册）[M].北京：化学工业出版社，1992.
【3】柳秉毅.材料成形工艺基础[M].北京：高等教育出版社，2005.
【4】王章忠.材料科学基础[M].北京：机械工业出版社，2005.