CN115466887A - 一种高强韧铝合金内胆材料及制备方法、应用 - Google Patents

一种高强韧铝合金内胆材料及制备方法、应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115466887A
CN115466887A CN202211126092.9A CN202211126092A CN115466887A CN 115466887 A CN115466887 A CN 115466887A CN 202211126092 A CN202211126092 A CN 202211126092A CN 115466887 A CN115466887 A CN 115466887A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum alloy
strength
alloy liner
heat treatment
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202211126092.9A
Other languages
English (en)
Inventor
王锋华
卞剑文
张一鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Light Smart Manufacturing Technology Co ltd
Original Assignee
Suzhou Light Smart Manufacturing Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Light Smart Manufacturing Technology Co ltd filed Critical Suzhou Light Smart Manufacturing Technology Co ltd
Priority to CN202211126092.9A priority Critical patent/CN115466887A/zh
Publication of CN115466887A publication Critical patent/CN115466887A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/21—Shaping processes
    • F17C2209/2181—Metal working processes, e.g. deep drawing, stamping or cutting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高强韧铝合金内胆材料及制备方法、应用，属于铝合金材料技术领域，高强韧铝合金内胆材料，按照质量百分比计，化学成分为：硅Si：1.0～1.2，铁Fe：≤0.25，铜Cu：0.75～0.85，锰Mn：0.55～0.65，镁Mg：0.8～1.0，锌Zn：0.15～0.25，铬Cr：≤0.05，钛Ti：≤0.05，其余杂质元素及其它不可预见杂质含量总和≤0.2%，铝Al：余量。通过上述方式，本发明通过优化铝合金材料成分，以及采用半连续铸造、均匀化热处理、反挤压成形、退火热处理、强力旋压成形、收口旋压成形、固溶时效热处理等工序，制备出高压氢气瓶用高强韧铝合金内胆，使其力学性能得到显著提高。

Description

一种高强韧铝合金内胆材料及制备方法、应用
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种高强韧铝合金内胆材料及制备方法、应用。
背景技术
氢能作为清洁、高效、安全、可持续的新能源，成为低碳能源体系的主力之一，在能源、交通、工业生产领域，有着巨大的市场潜力。氢能的使用过程主要包括制氢、储存和运输、应用等方面，氢能应用的关键是安全高效的氢能储运技术。高压气态储氢是目前广泛应用的储氢方式，其中车用压缩氢气铝内胆碳纤维缠绕气瓶（III型），具有重量轻、单位质量储氢密度高等优点，是我国重点发展方向。
采用高强韧铝合金制备高压氢气瓶内胆，将显著提高内胆拉伸性能和疲劳性能，同时显著减轻内胆重量；因此高强韧铝合金内胆的应用前景巨大。由于2XXX、7XXX等高强韧铝合金在室温下无法强力旋压成形制备长直无缝管材，因此，亟需一种可制备高压氢气瓶内胆的高强韧铝合金材料。
基于此，本发明提供了一种高强韧铝合金内胆材料及制备方法，以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种高强韧铝合金内胆材料及制备方法、应用。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高强韧铝合金内胆材料，按照质量百分比计，化学成分为：硅Si：1.0～1.2，铁Fe：≤0.25，铜Cu：0.75～0.85，锰Mn：0.55～0.65，镁Mg：0.8～1.0，锌Zn：0.15～0.25，铬Cr：≤0.05，钛Ti：≤0.05，其余杂质元素及其它不可预见杂质含量总和≤0.2%，铝Al：余量。
本发明还提供了一种高强韧铝合金内胆的制备方法，具体制备步骤如下：
（1）采用半连铸铸造工艺，制备铝合金铸锭；
（2）对铝合金铸锭进行均匀化处理；
（3）反挤压成形制备无缝管材毛坯；
（4）对无缝管材毛坯进行退火热处理；
（5）在室温下强力旋压制备无缝管材；
（6）收口旋压制备铝合金内胆；
（7）铝合金内胆固溶热处理；
（8）铝合金内胆时效热处理。
更进一步的，步骤（2）具体为：对铝合金铸锭在500~540℃进行均匀化处理，时间12~24h，空冷。
更进一步的，步骤（3）具体为：在420~480℃反挤压成形制备无缝管材毛坯，挤压比10~30，空冷。
更进一步的，步骤（4）具体为：对无缝管材毛坯进行退火热处理，退火温度500~540℃，时间1~4h，维氏硬度HV5为50~60。
更进一步的，步骤（6）具体为：收口旋压制备铝合金内胆，温度380~450℃，主轴转速100~300r/min，进给速度400~600mm/min。
更进一步的，步骤（7）具体为：铝合金内胆固溶热处理，温度540~580℃，时间1~4小时，水冷。
更进一步的，步骤（8）具体为：铝合金内胆时效热处理，温度150~200℃，时间4~8小时，维氏硬度HV5为140~150。
更进一步的，铝合金内胆经过固溶和时效热处理后，屈服强度达到350MPa，抗拉强度达到420MPa，延伸率达到10%以上。
本发明还提供了一种所述的高强韧铝合金内胆材料在制备高压氢气瓶内胆中的应用。
有益效果
本发明的铝合金材料具有优异的力学性能，可用于制备高强韧铝合金内胆；
本发明采用半连续铸造、均匀化热处理、反挤压成形、退火热处理、强力旋压成形、收口旋压成形、固溶时效热处理等工序，制备得到高压氢气瓶用高强韧铝合金内胆，可显著提高其拉伸性能和疲劳性能，同时显著减轻重量。
本发明制备得到的高压氢气瓶用高强韧铝合金内胆，屈服强度达到350MPa，抗拉强度达到420MPa，延伸率达到10%以上。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例公开了一种高强韧铝合金内胆的制备方法，包括以下步骤：
（1）采用纯Al、纯Mg、纯Zn、纯铜、AlSi中间合金、AlMn中间合金、AlZr中间合金等原材料，进行半连续铸造，制备合金铸锭；铸锭化学成分见表1；
表1 合金的化学成分（wt.%）
Si Fe Cu Mn Mg Zn Cr Ti 其它 Al
1.02 0.08 0.78 0.65 0.95 0.20 0.03 0.03 0.1 余量
“其它”代表其余杂质元素及其它不可预见杂质含量总和。
（2）对铝合金铸锭在520℃进行均匀化处理，时间12h，空冷；
（3）反挤压成形制备无缝管材毛坯，温度450℃，挤压前直径450mm，挤压后内径371.5mm，厚度19.5mm；空冷；
（4）对无缝管材毛坯进行退火热处理，退火温度520℃，时间1h，维氏硬度HV5为56；
（5）在室温下强力旋压制备无缝管材，主轴转速60r/min，进给速度2.5mm/r；
（6）收口旋压制备铝合金内胆，温度450℃，主轴转速200r/min，进给速度500mm/min；
（7）铝合金内胆固溶热处理，温度540℃，时间1小时，水冷；
（8）铝合金内胆时效热处理，温度200℃，时间6小时，维氏硬度HV5为140。
制备得到的铝合金内胆的力学性能检测结果见表2。
表2 铝合金内胆拉伸性能
编号 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/%
1 382 410 14.2
2 394 422 13.8
实施例2
本实施例公开了一种高强韧铝合金内胆的制备方法，包括以下步骤：
（1）采用纯Al、纯Mg、纯Zn、纯铜、AlSi中间合金、AlMn中间合金、AlZr中间合金等原材料，进行半连续铸造，制备合金铸锭；铸锭化学成分见表3；
表3 合金的化学成分（wt.%）
Si Fe Cu Mn Mg Zn Cr Ti 其它 Al
1.14 0.08 0.85 0.65 0..95 0.20 0.03 0.03 0.1 余量
“其它”代表其余杂质元素及其它不可预见杂质含量总和。
（2）对铝合金铸锭在520℃进行均匀化处理，时间12h，空冷；
（3）反挤压成形制备无缝管材毛坯，温度480℃，挤压前直径450mm，挤压后内径371.5mm，厚度19.5mm；空冷；
（4）对无缝管材毛坯进行退火热处理，退火温度520℃，时间1h，维氏硬度HV5为56；
（5）在室温下强力旋压制备无缝管材，主轴转速60r/min，进给速度2.5mm/r；
（6）收口旋压制备铝合金内胆，温度450℃，主轴转速150r/min，进给速度400mm/min；
（7）铝合金内胆固溶热处理，温度540℃，时间2小时，水冷；
（8）铝合金内胆时效热处理，温度200℃，时间6小时，维氏硬度HV5为145。
制备得到的铝合金内胆的力学性能检测结果见表4。
表4 铝合金内胆拉伸性能
编号 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/%
1 410 434 16.4
2 416 438 15.6
实施例3
与实施例1不同的是，本实施例中制备的合金铸锭的化学成分（wt.%）为：硅Si：1.0，铁Fe：0.25，铜Cu：0.75，锰Mn：0.55，镁Mg：1.0，锌Zn：0.25，铬Cr：0.05，钛Ti：0.02，其余杂质元素及其它不可预见杂质含量总和0.2%，铝Al：余量。
实施例4
与实施例1不同的是，本实施例中制备的合金铸锭的化学成分（wt.%）为：硅Si：1.2，铁Fe：0.2，铜Cu：0.85，锰Mn：0.65，镁Mg：0.8，锌Zn：0.15，铬Cr：0.02，钛Ti：0.05，其余杂质元素及其它不可预见杂质含量总和0.1%，铝Al：余量。
实施例5
与实施例1不同的是，本实施例中的步骤（2）~（8）替换为：
（2）对铝合金铸锭在500℃进行均匀化处理，时间24h，空冷；
（3）在420℃反挤压成形制备无缝管材毛坯，挤压比30，空冷；
（4）对无缝管材毛坯进行退火热处理，退火温度540℃，时间2h，维氏硬度HV5为50；
（5）在室温下强力旋压制备无缝管材，主轴转速80r/min，进给速度1mm/r；
（6）收口旋压制备铝合金内胆，温度380℃，主轴转速100r/min，进给速度600mm/min；
（7）铝合金内胆固溶热处理，温度580℃，时间4小时，水冷；
（8）铝合金内胆时效热处理，温度150℃，时间4小时，维氏硬度HV5为147。
实施例6
与实施例1不同的是，本实施例中的步骤（2）~（8）替换为：
（2）对铝合金铸锭在540℃进行均匀化处理，时间20h，空冷；
（3）在450℃反挤压成形制备无缝管材毛坯，挤压比10，空冷；
（4）对无缝管材毛坯进行退火热处理，退火温度500℃，时间4h，维氏硬度HV5为60；
（5）在室温下强力旋压制备无缝管材，主轴转速40r/min，进给速度3mm/r；
（6）收口旋压制备铝合金内胆，温度400℃，主轴转速300r/min，进给速度500mm/min；
（7）铝合金内胆固溶热处理，温度550℃，时间2.6小时，水冷；
（8）铝合金内胆时效热处理，温度190℃，时间8小时，维氏硬度HV5为150。
本发明通过优化铝合金材料成分，以及采用半连续铸造、均匀化热处理、反挤压成形、退火热处理、强力旋压成形、收口旋压成形、固溶时效热处理等工序，制备出高压氢气瓶用高强韧铝合金内胆，使其力学性能得到显著提高。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高强韧铝合金内胆材料，其特征在于，按照质量百分比计，化学成分为：硅Si：1.0～1.2，铁Fe：≤0.25，铜Cu：0.75～0.85，锰Mn：0.55～0.65，镁Mg：0.8～1.0，锌Zn：0.15～0.25，铬Cr：≤0.05，钛Ti：≤0.05，其余杂质元素及其它不可预见杂质含量总和≤0.2%，铝Al：余量。
2.一种根据权利要求1所述的高强韧铝合金内胆的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：
（1）采用半连铸铸造工艺，制备铝合金铸锭；
（2）对铝合金铸锭进行均匀化处理；
（3）反挤压成形制备无缝管材毛坯；
（4）对无缝管材毛坯进行退火热处理；
（5）在室温下强力旋压制备无缝管材；
（6）收口旋压制备铝合金内胆；
（7）铝合金内胆固溶热处理；
（8）铝合金内胆时效热处理。
3.根据权利要求2所述的高强韧铝合金内胆的制备方法，其特征在于，步骤（2）具体为：对铝合金铸锭在500~540℃进行均匀化处理，时间12~24h，空冷。
4.根据权利要求2所述的高强韧铝合金内胆的制备方法，其特征在于，步骤（3）具体为：在420~480℃反挤压成形制备无缝管材毛坯，挤压比10~30，空冷。
5.根据权利要求2所述的高强韧铝合金内胆的制备方法，其特征在于，步骤（4）具体为：对无缝管材毛坯进行退火热处理，退火温度500~540℃，时间1~4h，维氏硬度HV5为50~60。
6.根据权利要求2所述的高强韧铝合金内胆的制备方法，其特征在于，步骤（6）具体为：收口旋压制备铝合金内胆，温度380~450℃，主轴转速100~300r/min，进给速度400~600mm/min。
7.根据权利要求2所述的高强韧铝合金内胆的制备方法，其特征在于，步骤（7）具体为：铝合金内胆固溶热处理，温度540~580℃，时间1~4小时，水冷。
8.根据权利要求2所述的高强韧铝合金内胆的制备方法，其特征在于，步骤（8）具体为：铝合金内胆时效热处理，温度150~200℃，时间4~8小时，维氏硬度HV5为140~150。
9.根据权利要求2所述的高强韧铝合金内胆的制备方法，其特征在于，铝合金内胆经过固溶和时效热处理后，屈服强度达到350MPa，抗拉强度达到420MPa，延伸率达到10%以上。
10.一种根据权利要求1所述的高强韧铝合金内胆材料在制备高压氢气瓶内胆中的应用。
CN202211126092.9A 2022-09-16 2022-09-16 一种高强韧铝合金内胆材料及制备方法、应用 Withdrawn CN115466887A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211126092.9A CN115466887A (zh) 2022-09-16 2022-09-16 一种高强韧铝合金内胆材料及制备方法、应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211126092.9A CN115466887A (zh) 2022-09-16 2022-09-16 一种高强韧铝合金内胆材料及制备方法、应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115466887A true CN115466887A (zh) 2022-12-13

Family

ID=84333891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211126092.9A Withdrawn CN115466887A (zh) 2022-09-16 2022-09-16 一种高强韧铝合金内胆材料及制备方法、应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115466887A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117127065A (zh) * 2023-10-23 2023-11-28 中铝材料应用研究院有限公司 一种铝合金材料及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117127065A (zh) * 2023-10-23 2023-11-28 中铝材料应用研究院有限公司 一种铝合金材料及其制备方法
CN117127065B (zh) * 2023-10-23 2024-02-13 中铝材料应用研究院有限公司 一种铝合金材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102796925B (zh) 一种压力铸造用的高强韧压铸铝合金
CN104789833B (zh) 一种含镁高强度铝合金材料及其处理工艺
CN108251723B (zh) 一种轨道交通车体用Al-Zn-Mg合金型材及其制备方法
CN111455271B (zh) 海洋结构用厚度s355g10+n钢板及其生产方法
CN104694800A (zh) 一种高强、轻质Al-Mg-Zn合金
CN111218590B (zh) 一种高强度高成型性铝镁铜合金板材及其制备方法
CN115466887A (zh) 一种高强韧铝合金内胆材料及制备方法、应用
CN110484785A (zh) 一种高性能动力电池用铝箔制备工艺
CN111057924B (zh) 一种高塑性低稀土镁合金及其制备方法
CN114561517B (zh) 一种低密度高塑韧性钢及其制备方法和应用
CN111676411A (zh) 一种微合金化高强韧动密封材料及其制备方法
CN109161765B (zh) 一种高铝高锶含量的变形镁合金及其制备方法
CN114075630A (zh) 一种高强耐蚀铝锂合金板材及其制备方法
CN108034872B (zh) 一种消防车用高强度铝合金型材及其制备方法
CN113755732B (zh) 一种Mg-Nd-Mn三元耐热镁合金及其制备方法
CN109957689B (zh) 一种Al-Zn-Mg-Cr-Mn-Zr-Er中强高韧铝合金板材及其制备方法
CN115786787B (zh) 一种高强韧Al-Cu系铸造铝合金及其制备方法
CN112680673A (zh) 一种汽车用Fe-Mn-C-Al系钢及其制备方法
CN115505797A (zh) 一种6系铝合金棒材及其制备方法和应用
CN109609825B (zh) 一种采用预拉伸复合双级时效工艺制备超高强镁合金的方法
CN111850361A (zh) 一种高强耐蚀可焊铝镁饵锆合金宽幅薄板及其制备方法
CN113957306B (zh) 一种铝合金型材及其制备方法和在轨道交通电气屏柜中的应用
CN115198145A (zh) 一种热交换器用铝合金材料及其生产工艺
CN113278865A (zh) 一种高压气瓶的生产方法
CN111922313A (zh) 一种新型镁合金半固态成型工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20221213