定型硫化機中心機構環座缸頭開裂失效分析

肖寶明 劉德榮 彭乃剛

【摘? 要】在輪胎硫化成型中，中心機構是硫化機的心臟部分，其中，部件環座缸頭若有泄漏，則膠囊壓降超過工藝要求，進而影響輪胎質量。論文首先介紹硫化機中心機構的作用，而后分析在輪胎硫化過程中，中心機構環座缸頭開裂失效的原因。論文主要通過材料理化性能測試，對斷口進行電鏡掃描分析，找出其開裂主要原因，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.

【關鍵詞】定型硫化機;中心機構;環座缸頭;開裂失效;措施

【Keywords】moulding and vulcanizing machine; central mechanism; cylinder head of ring block; cracking failure; measures

【中圖分類號】TQ330.4+7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）11-0172-02

1 引言

硫化設備在早期時采用硫化罐硫化輪胎，后來發展到采用個體硫化機——不定型硫化機。到20世紀中期，定型硫化機簡化了硫化輪胎的工藝過程。它用膠囊代替了不定型硫化機的水胎，是機器的一個部件，在同一機器上可完成裝胎、定型、硫化、卸胎以及在模外充氣（后充氣）冷卻等工藝過程，讓硫化輪胎過程實現了機械化和自動化。兩種硫化機的區別就是在于有無定型結構，這個定型結構通常被叫作中心機構，是定型硫化機的心臟部分，主要作用是在硫化前將膠囊拉直，然后將膠囊通入內壓，裝入胚胎內進行定型，硫化后，在脫模機構的配合下，使輪胎脫離下模并與胎圈剝離，并將膠囊從輪胎中拔出，最后再由卸胎機構將輪胎脫離膠囊。輪胎定型硫化機是生產高質量輪胎的關鍵設備之一，為確保產出高品質的輪胎，對輪胎定型硫化機和其部件中心機構的原材料選用和加工精度要求非常高，須按照規定的技術要求執行。

2 開裂背景描述

國內一輪胎硫化生產線中，出現膠囊在保壓過程中壓降趨勢逐漸增大，于近日出現壓降超出工藝范圍，遂將中心機構拆開進行檢查，發現環座缸頭出現開裂紋（圖1），在保壓過程中出現漏氣，導致壓降增大。檢查環座缸頭的生產日期，了解到此產品已用近十年，期間從未更換，此現象激發起工程師的研究興趣，我們需找到開裂的原因。

3 材料的理化檢測

該材料為0Cr18Ni9，要求鍛件且要求進行固溶熱處理，檢測標準為NB/T 47010—2010《承壓設備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》。

3.1 化學成分分析

化學成分分析如表1所示。

3.2 力學性能檢

力學性能檢如圖2、表2所示。

3.3 金相組織檢驗

檢驗標準為GB/T 13298—2015《金屬顯微組織檢驗方法》。

由金相照片可見：奧氏體化不均勻，局部有粗大晶粒（見圖3），裂紋沿奧氏體晶界擴展（見圖4），有沿晶界分布的碳化物顆粒（見圖5）。

金相的顯微組織為：奧氏體+沿晶界分布的網狀碳化物，局部有粗大晶粒。

4 開裂失效分析及采取措施

環座缸頭材料為0Cr18Ni9，屬于奧氏體不銹鋼，在生產過程中有焊接的工藝。奧氏體不銹鋼在焊接時需采用合適的工藝規范，采用不當的焊接工藝后，焊接接頭在腐蝕介質作用下會容易產生晶間腐蝕。它的特點為：腐蝕沿著晶界滲透到金屬內部，金屬的力學性能以及它的耐腐蝕性開始降低。晶間腐蝕是由于晶界貧鉻造成的。奧氏體不銹鋼對晶間腐蝕的敏感程度與其成分、所受的熱循環溫度以及時間有關。在腐蝕介質作用下，晶界貧鉻區因腐蝕后產生晶間腐蝕。奧氏體不銹鋼受到腐蝕后，在表面上是看不出明顯的變化，當不銹鋼在受力后會產生晶界開裂。晶間腐蝕可以發生在焊縫區，也可以發生在熱影響區或熔合區。

從定型硫化機中心機構的使用工況來分析，輪胎在硫化時，環座缸頭一直處于熱循環溫度過程，加熱介質中含有腐蝕介質，且使用時間較長，有近十年的時間，符合晶間腐蝕的形成條件。

從環座缸頭的材料理化測試結果來看，化學成分中碳含量偏高，鉻含量偏低;金相顯微組織中，奧氏體化不均勻，局部有粗大晶粒，有沿晶界分布的碳化物顆粒，應該是在焊接過后未按要求進行熱處理。

可以采取以下措施防止晶間腐蝕：一是降低鋼中的碳含量，或添加適量的強碳化物形成元素鈦和鈮，使之不形成鉻的碳化物;二是應該采用合適的焊接規范，減少在形成貧鉻區溫度范圍內停留的時間;三是在焊接后進行固溶熱處理，工件加熱到工藝溫度范圍后進行淬火，將晶界上的碳化物分解、溶入晶粒內部，形成均勻的奧氏體組織等。

5 結語

本文通過對定型硫化機中心機構中的環座缸頭開裂失效進行分析，從部分到整體地探討了奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的形成條件及機理，然后提出采取措施，在以后的生產過程中，遇到相似的工況條件，生產者可以防微杜漸。

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