鈦合金比鋼更適合用于航天器的制造

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?jī)?yōu)秀的結(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”。鈦合金以其強(qiáng)度高、機(jī)械性能及抗蝕性良好而成為飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)理想的制造材料，但由于其切削加工性差，長(zhǎng)期以來(lái)在很大程度上制約了它的應(yīng)用。隨著加工工藝技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，鈦合金已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)段、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、排氣裝置等零件的制造以及飛機(jī)的大梁隔框等結(jié)構(gòu)框架件的制造。

鈦合金相對(duì)一般合金鋼具有以下優(yōu)點(diǎn)：比強(qiáng)變高：鈦合金密度只有4.5g/cm3，比鐵小得多，而其強(qiáng)度與普通碳鋼相近。機(jī)械性能好：鈦合金熔點(diǎn)為1660℃，比鐵高，具有較高的熱強(qiáng)度，可在550℃以下工作，同時(shí)在低溫下通常顯示出較好的韌性。抗蝕性好：在550℃以下鈦合金表面易形成致密的氧化膜，故不容易被進(jìn)一步氧化，對(duì)大氣、海水、蒸汽以及一些酸、堿、鹽介質(zhì)均有較高的抗蝕能力。

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(guó)際上第一個(gè)高溫鈦合金是美國(guó)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)域得到廣泛應(yīng)用。為最大限度發(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(kāi)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，使用溫度為550～600℃的IMI834、Ti1100、BT36等合金。

低溫鈦合金：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(guò)降低H、O、N等間隙元素，以及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(zhǎng)期使用。

高強(qiáng)韌鈦合金：目前這方面比較成功的例子是美國(guó)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。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。