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、高應力、強腐蝕等極端條件下工作，除了依靠優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計之外，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)集于一身而被譽為“宇宙金屬”、“空間金屬”。鈦合金以其強度高、機械性能及抗蝕性良好而成為飛機及發(fā)動機理想的制造材料，但由于其切削加工性差，長期以來在很大程度上制約了它的應用。隨著加工工藝技術(shù)的發(fā)展，近年來，鈦合金已廣泛應用于飛機發(fā)動機的壓氣機段、發(fā)動機罩、排氣裝置等零件的制造以及飛機的大梁隔框等結(jié)構(gòu)框架件的制造。

鈦合金相對一般合金鋼具有以下優(yōu)點：比強變高：鈦合金密度只有4.5g/cm3，比鐵小得多，而其強度與普通碳鋼相近。機械性能好：鈦合金熔點為1660℃，比鐵高，具有較高的熱強度，可在550℃以下工作，同時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，故不容易被進一步氧化，對大氣、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、可重復使用運載器，以及亞軌道重復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)域得到廣泛應用。為最大限度發(fā)揮Al固溶熱強化作用，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，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，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)境下長期使用。

高強韌鈦合金：目前這方面比較成功的例子是美國所研制的α+β兩相高強高韌鈦合金Ti62222S，該材料具有良好的強度與塑性的配合，室溫斷裂強度和屈服強度分別大于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?shù)钠诹鸭y擴展速率以及優(yōu)于合金Ti6Al4V的彈性模量和超塑成形性，可以替代Ti6Al4V。