航天飛行器在超高溫、超低溫、高真空、高應(yīng)力、強(qiáng)腐蝕等極端條件下工作，除了依靠優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之外，還有賴于材料所具有的優(yōu)異特性和功能。鈦合金將航天產(chǎn)品所需的特質(zhì)集于一身而被譽(yù)為“宇宙金屬”、“空間金屬”。根據(jù)航天產(chǎn)品對材料的需求，鈦合金在航天領(lǐng)域正在向以下幾個(gè)方向發(fā)展：高強(qiáng)韌鈦合金、高溫鈦合金和低溫鈦合金。

一．高強(qiáng)韌鈦合金。目前這方面比較成功的例子是美國所研制的α+β兩相高強(qiáng)高韌鈦合金Ti62222S，該材料具有良好的強(qiáng)度與塑性的配合，室溫?cái)嗔褟?qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別大于1300MPa和1200MPa，而且其高溫性能也很好，當(dāng)工作溫度高達(dá)500℃時(shí)，Ti62222S的斷裂強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度仍在800MPa以上。此外，Ti62222S還具有較高的斷裂韌性和損傷容限、與合金Ti6Al4V相當(dāng)?shù)钠诹鸭y擴(kuò)展速率以及優(yōu)于合金Ti6Al4V的彈性模量和超塑成形性，可以替代Ti6Al4V。Ti62222S已經(jīng)在F22戰(zhàn)斗機(jī)以及各種導(dǎo)彈上得到廣泛的應(yīng)用。

二．高溫鈦合金。超聲巡航彈、高超聲速巡航彈、可重復(fù)使用運(yùn)載器以及亞軌道重復(fù)使用跨大氣層飛行器的研究和發(fā)展，要求鈦合金必須能在600℃及以上的高溫下使用，這就要求鈦合金必須具有優(yōu)異的耐高溫性能。國際上第一個(gè)高溫鈦合金是美國研制的Ti6Al4V，可在300～350℃下使用。Ti6Al4V合金兼具α+β兩相特征，在航天領(lǐng)域，如“阿波羅”飛船、“宇宙神”導(dǎo)彈以及“徘徊者”衛(wèi)星等，得到了廣泛的應(yīng)用。但Ti6Al4V合金也存在一些不足，主要是耐熱性不夠好、淬透性不理想、冷加工性較差、制備工藝復(fù)雜等。為了最大限度發(fā)揮Al固溶熱強(qiáng)化作用，鈦合金中還加入了Sn，Zr，Mo和Si等元素，相繼開發(fā)了使用溫度為450℃的IMI679，Ti6242等合金，使用溫度為500℃的IMI685，Ti6242S等合金以及使用溫度為550～600℃的IMI834，Ti1100，BT36等合金。美國航天飛機(jī)的熱防護(hù)系統(tǒng)部分以及亞軌道單級入軌火箭運(yùn)載器防熱系統(tǒng)材料均采用了鈦合金Ti1100。近幾年來，國外把采用快速凝固/粉末冶金技術(shù)研制的鈦合金作為高溫鈦合金的發(fā)展方向，美國麥道公司用這種技術(shù)研制的一種高純度、高致密性鈦合金，在760℃下的強(qiáng)度相當(dāng)于目前常溫下使用的鈦合金強(qiáng)度。

三．低溫鈦合金。隨著溫度降低，鈦合金的強(qiáng)度大幅度提高，但延伸率、沖擊韌性和斷裂韌性也隨之下降，特別是在77K以下下降幅度較大。隨著空間技術(shù)迅速發(fā)展，鈦合金在低溫和極低溫環(huán)境下的應(yīng)用增多，低溫鈦合金的研制顯得極為重要。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，通過降低H，O，N等間隙元素和Al的含量可改善鈦合金的低溫性能，使其能在20K溫度環(huán)境下長期使用。常用的低溫鈦合金主要是TC4ELI和TA7ELI超低間隙合金，這兩種合金均是通過降低間隙元素如H，O等含量而獲得的。日本近期研制出新型低溫結(jié)構(gòu)鈦合金LT700(Ti3Al5Sn1Mo0.2Si)。該合金在T=77K低溫下，循環(huán)次數(shù)N=105的最大疲勞強(qiáng)度可達(dá)1300MPa。

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