熱處理工藝對高壓氣瓶內膽性能的影響探討范文

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摘要：主要介紹了6061鋁合金的塑性成形技術和熱處理技術，并分析這兩種技術對高壓氣瓶性能的影響。此外，對各種固溶時效模式下制造的高壓氣瓶鋁內膽進行拉伸試驗，測得內膽的抗拉強度、屈服強度和延展率；并研究了在不同的熱處理時間和溫度下內膽性能的改變。

關鍵詞：熱處理；固溶時效處理；拉伸強度；屈服強度；高壓氣瓶

0引言

目前，高壓氣瓶在航空航天、建筑、汽車制造等領域都得到廣泛的應用，所以工程中對高壓氣瓶制造技術的要求越來越嚴格，企業需要制造性能更好、使用壽命更長、成本更低的高壓氣瓶以滿足市場需求。影響高壓氣瓶壽命和制造成本的因素包括材料的塑性成形工藝、熱處理工藝、旋壓收口工藝和纖維鋪層等。由于鋁合金具有良好塑性成形技術，因此其逐漸取代了鋼材作為內膽材料。高壓氣瓶的熱處理技術是指固溶時效處理，在高壓氣瓶的制造中，固溶時效熱處理可提高高壓氣瓶內膽的塑性成形能力和強度。

16061鋁合金塑性成形性能

為了提高高壓氣瓶的壽命和工作壓力，在高壓氣瓶的制造過程中，需要對其進行自緊。當對高壓氣瓶施加自緊壓力（約為1．5倍的工作壓力）時，如果自緊壓力超過內膽的屈服極限，內膽將發生塑性變形［1］。因為自緊，所以選取具有良好的塑性成形能力的6061鋁合金作為內膽材料。6061鋁合金是經熱處理預拉伸工藝生產的高品質鋁合金產品，具有加工性能極佳、抗腐蝕性良好、韌性高及加工后不變形、材料致密無缺陷、氧化效果極佳等優良特點。6061除了含有鎂和硅兩種合金元素，還含有一定的錳與鉻，能夠抵抗鐵的壞作用；此外，有時還含有少量的銅或鋅，可以提高合金強度。由于6061鋁合金優良的塑性加工性能，因此各國的制造企業普遍采用6061鋁合金作為CNG－3型氣瓶的內襯，其作用主要包括兩方面：①支撐芯模，為外層纖維提供形狀芯模以及纏繞時作為支撐工裝；②防止滲漏，為瓶內高壓存儲的氣體介質提供密封內襯，以及為瓶口閥門連接提供金屬螺紋密封。內襯的主要機械加工成形過程為：鋁錠擠壓拉伸成杯形體→旋壓減薄→齊口裁切→旋壓收口→熱處理→螺紋加工。可見，內襯塑性加工的步驟較多，且變形較大。另一方面，作為特種設備的高壓氣瓶，需要在服役期內經受多達15000次以上的高低壓充裝過程，且不得出現泄漏和開裂失效。由此可見，內襯的塑形加工質量是氣瓶整體使用性能的重要保障，使用6061鋁合金作為內膽，不僅可提高高壓氣瓶的使用壽命，而且節約了原材料。

2熱處理工藝分析

熱處理技術對高壓氣瓶的壽命有著很大的影響。對鋁內膽的設計要求為：抗拉強度大于325MPa，屈服強度大于276MPa，延伸率大于12％，對所選的6061鋁合金內膽進行固溶時效處理［2］。鋁合金的固溶熱處理是將鋁合金加熱至高溫單相區恒溫保持，使過剩相充分溶解并快速冷卻的熱處理工藝方法。在固溶過程中，使各相成分相互溶解，強化固溶體，消除軟化。進行固溶熱處理主要是為了改善鋁合金的韌性和塑性并為以后沉淀硬化處理做準備。鋁合金熱處理中的固溶熱處理和鋼的淬火在工藝上是相似的，淬火是為了獲得馬氏體，從而提高工件的強度和硬度，往往與回火在一起成為一道工序，而固溶熱處理主要為了消除析出相。時效熱處理分為自然時效和人工時效［3］兩種方法，自然時效是將工件置于露天的場地半年以上，使其慢慢地發生變形，從而使殘余應力減少或消除；人工時效是將鑄件加熱到550℃～650℃進行殘余應力去除，它比自然時效去除應力的時間短，去除的較為徹底，獲得的零件性能更好，所以在鋁內膽熱處理時采用人工時效方法。時效強化是鋁合金在固溶熱處理后進行的，可以很大程度地提高鋁合金的強度，固溶時效強化是高壓氣瓶制造中重要的技術之一。

3熱處理工藝對鋁內膽性能的影響

固溶時效處理影響著鋁合金內膽的力學性能，本文對不同的固溶時效熱處理模式下制造的高壓氣瓶進行拉伸試驗，測試內膽的抗拉強度、屈服強度、延展率。

4結論

本文分析了6061鋁合金的塑性成形技術和熱處理技術與高壓氣瓶內膽性能的關系，研究了固溶時效熱處理工藝對高壓氣瓶內膽性能的影響，并選擇合適的固溶時效熱處理，使所試制的高壓氣瓶金屬內膽能夠獲得更好的性能，對于低壓或高壓氣瓶的制造都有很大的幫助，降低了在制造過程中的不良品率，節約了成本，提高了氣瓶內膽的使用壽命。參考文獻：［1］王社．材料力學［M］．西安：西北工業大學出版社，2016．

［2］方昭劍，張明遠．工程材料與熱加工基礎［M］．北京：北京理工大學出版社，2016．

［3］張漩．鋁合金內膽碳纖維纏繞氣瓶結構分析與研究［D］．長沙：國防科技大學，2007：1－40.

作者：陳瀟灑；盧敏 單位：南京航空航天大學