一、常用鋁合金牌號及性能要求

1. 5083 鋁合金

• 應(yīng)用場景：常用于低溫壓力容器內(nèi)膽，因其在 - 196℃液氮環(huán)境下仍保持較高強(qiáng)度和韌性。
• 力學(xué)性能：
• H321 狀態(tài)：抗拉強(qiáng)度≥345 MPa，屈服強(qiáng)度≥205 MPa，延伸率≥16%。
• O 態(tài)（退火態(tài)）：抗拉強(qiáng)度 270-310 MPa，延伸率≥16%，適用于需高塑性的加工場景。
• 標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：ASME BPVC Section II Part B 及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如低溫壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范）對該材料的低溫性能提出要求，需通過沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證其在 - 196℃下的韌性。

2. 6061-T6 鋁合金

• 應(yīng)用場景：運(yùn)輸型液氮罐內(nèi)膽常用材料，兼具輕量化與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
• 力學(xué)性能：
• T6 態(tài)：抗拉強(qiáng)度≥310 MPa，屈服強(qiáng)度≥276 MPa，延伸率≥12%（厚度≤6mm 時(shí)）。
• 低溫特性：在 - 196℃下，抗拉強(qiáng)度可能提升至 380 MPa 以上，但延伸率略有下降（約 8%-10%），需通過熱處理優(yōu)化韌性。
• 標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《大容積鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞復(fù)合氣瓶》（T/ZZB 1572-2020）明確要求 6061-T6 內(nèi)膽的抗拉強(qiáng)度≥310 MPa，延伸率≥12%。

二、關(guān)鍵影響因素及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

1. 熱處理狀態(tài)

• 冷加工與時(shí)效處理：如 H321（應(yīng)變硬化 + 穩(wěn)定化處理）或 T6（固溶處理 + 人工時(shí)效）可顯著提升強(qiáng)度，但可能降低延伸率。例如，6061-T6 的延伸率（12%）低于 O 態(tài)（18% 以上）。
• 低溫性能優(yōu)化：部分標(biāo)準(zhǔn)要求材料在 - 196℃下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，確保低溫韌性。例如，ASME BPVC Section VIII Division 1 規(guī)定低溫用鋁合金需滿足 Charpy V 型缺口沖擊功要求。

2. 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)規(guī)范

• ASME BPVC：未直接列出鋁合金內(nèi)膽的具體數(shù)值，但要求材料滿足 ASME BPVC Section II Part B 的化學(xué)成分和力學(xué)性能規(guī)范，并通過低溫韌性驗(yàn)證。
• GB/T 18442 系列：中國固定式真空絕熱深冷壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中，雖未明確鋁合金內(nèi)膽參數(shù)，但規(guī)定內(nèi)容器材料需滿足抗拉強(qiáng)度上限≤725 MPa、斷后伸長率≥40%（奧氏體不銹鋼），可間接參考。
• 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：如《大容積鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞復(fù)合氣瓶》（T/ZZB 1572-2020）對 6061-T6 內(nèi)膽提出明確要求，體現(xiàn)了行業(yè)實(shí)踐中的具體指標(biāo)。

三、低溫環(huán)境下的性能表現(xiàn)

• 抗拉強(qiáng)度提升：鋁合金在液氮溫度（-196℃）下，原子活動能力降低，位錯運(yùn)動受阻，抗拉強(qiáng)度可能提高 10%-15%。例如，5083-H321 在 - 196℃時(shí)抗拉強(qiáng)度可達(dá) 380 MPa 以上。
• 延伸率變化：低溫下材料塑性略有下降，但優(yōu)質(zhì)熱處理狀態(tài)（如 T6）的 6061 鋁合金仍可保持≥10% 的延伸率，滿足結(jié)構(gòu)安全性需求。
• 工藝優(yōu)化：通過雙級時(shí)效處理（如 120℃×8h+160℃×6h），可析出強(qiáng)化相 Al?CuMg，使鋁合金在 - 40℃時(shí)抗拉強(qiáng)度提升 15%，同時(shí)保持足夠韌性。

四、制造與檢驗(yàn)要求

1. 材料復(fù)驗(yàn)：需按爐罐號進(jìn)行化學(xué)成分分析，并復(fù)驗(yàn)力學(xué)性能（如抗拉強(qiáng)度、延伸率），確保符合設(shè)計(jì)文件要求。
2. 無損檢測：內(nèi)膽需進(jìn)行超聲檢測（如 φ2mm 當(dāng)量平底孔），排除內(nèi)部缺陷，避免低溫環(huán)境下裂紋擴(kuò)展。
3. 低溫型式試驗(yàn)：部分標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行低溫性能型式試驗(yàn)，驗(yàn)證材料在 - 196℃下的強(qiáng)度和密封性。

五、典型數(shù)據(jù)對比

六、注意事項(xiàng)

1. 材料狀態(tài)標(biāo)識：需明確標(biāo)注材料狀態(tài)（如 H321、T6），避免混淆不同熱處理工藝的性能差異。
2. 低溫驗(yàn)證：對于關(guān)鍵應(yīng)用，建議通過低溫拉伸試驗(yàn)獲取 - 196℃下的實(shí)測數(shù)據(jù)，確保設(shè)計(jì)裕度。
3. 制造工藝控制：冷加工或焊接后需進(jìn)行應(yīng)力消除處理，防止殘余應(yīng)力導(dǎo)致低溫脆化。