état d'application du matériau en alliage de titane à basse température

D'une part, les matériaux structuraux des engins spatiaux doivent avoir une résistance et une ténacité suffisantes et d'excellentes propriétés thermiques à basse température ; d'autre part, compte tenu de la complexité de la forme des pièces structurelles de l'engin spatial, le matériau doit avoir une bonne usinabilité.

      Par rapport aux matériaux cryogéniques traditionnels, les alliages de titane ont une limite d'élasticité plus élevée à basse température, plus de 3 fois celle de l'acier inoxydable, alors que leur densité n'est que de 1/4 à 1/2 de celle de l'acier inoxydable. en outre, les alliages de titane présentent également une série d'avantages tels qu'une faible conductivité thermique, un faible coefficient de dilatation, non magnétique, etc., ils sont donc très appropriés comme nouveaux matériaux cryogéniques pour les applications spatiales.

      À l'heure actuelle, l'alliage de titane cryogénique a été initialement appliqué dans le domaine des moteurs de fusée liquides, principalement en tant que matériaux de structure pour les réservoirs de stockage de moteurs à hydrogène et à oxygène, les turbines de pompe à hydrogène, etc., ce qui a considérablement amélioré le rapport poussée/poids, en travaillant la durée de vie et la fiabilité des moteurs de fusée à liquide. Le problème de l'application d'alliage de titane à basse température est que l'allongement et la ténacité à la rupture de l'alliage de titane dans un environnement à basse température diminuent considérablement, montrant une fragilité évidente à basse température, par conséquent, comment réduire la fragilité à basse température de l'alliage de titane et améliorer la la ténacité et la plasticité de l'alliage de titane dans des conditions de basse température deviennent la priorité absolue de la recherche sur les alliages de titane à basse température.

      Les chercheurs nationaux et étrangers ont mené de nombreuses recherches pour résoudre ce problème et ont découvert que deux méthodes peuvent améliorer efficacement les propriétés à basse température des alliages de titane en réduisant la teneur en C, H, O et autres éléments interstitiels, et en réduisant la teneur d'éléments en aluminium. Grâce à ces deux méthodes, une série de nouveaux alliages de titane à basse température avec d'excellentes performances a été développée dans le pays et à l'étranger.

      L'ex-Union soviétique s'était engagée dans le développement et l'application d'alliages de titane à basse température. En réduisant la teneur en éléments en aluminium, l'ex-Union soviétique a développé une série d'alliages de titane cryogéniques à faible teneur en aluminium, parmi lesquels OT4 et BT5-1 ont été largement utilisés. L'alliage OT4 a été utilisé dans les pièces d'amarrage orbital des engins spatiaux, la tuyauterie de fusée liquide et les pièces structurelles de la chambre de combustion ; L'alliage BT5-1 a été utilisé dans la fabrication de conteneurs d'hydrogène liquide. Afin d'améliorer encore le rapport de propulsion par impulsions des moteurs-fusées à liquide, un institut de recherche russe a mené des travaux de recherche et développement sur des alliages de titane haute résistance et haute plasticité à basse température adaptés à des températures extrêmement basses de -253 °C. 

      Les recherches sur les alliages de titane à basse température aux États-Unis se sont concentrées sur l'alliage de titane de type α TA7 ELI (Extra low interstitiel) et l'alliage de titane de type α+β TC4 ELI. Le TA7 ELI est un alliage de titane de type proche du with avec une bonne ténacité, une faible conductivité thermique et une sensibilité à l'entaille à 20 K. Il a été utilisé avec succès dans des cuves cryogéniques, des tuyaux cryogéniques et des turbines de moteur de fusée liquide. Dans le programme Apollo, le TC4 ELI a été utilisé comme matériau principal pour les réservoirs d'hydrogène liquide et les conduits d'hydrogène liquide et a obtenu de bons résultats. En outre, des chercheurs américains ont également mené des recherches fondamentales sur le mécanisme de fracture et la fragilisation par l'hydrogène des alliages de titane cryogéniques, et obtenu des données sur les propriétés mécaniques et le mécanisme de fracture de TA7 ELI, TC4 ELI et d'autres alliages de titane cryogéniques,

      Dans le domaine de la recherche et du développement d'alliages de titane à basse température, par rapport aux États-Unis, à la Russie et à d'autres pays développés, la Chine a commencé une technologie tardive et relativement arriérée. Ces dernières années, avec le développement de l'industrie aérospatiale, la Chine a commencé à mener des recherches sur les alliages de titane à basse température. Au cours de la période du "Neuvième plan quinquennal", la Chine a effectué la recherche et le développement de Ti-2Al-2.5Zr, Ti-3Al-2.5Zr, CT20 et d'autres alliages de titane à basse température, ainsi que les performances du Les alliages de titane de température développés en Chine sont illustrés à la figure 3. L'alliage CT20 est un alliage de titane à basse température avec tous nos propres droits de propriété, qui peut être utilisé à très basse température de 20 K. L'alliage a de bonnes propriétés mécaniques à basse température, avec une résistance supérieure à 1100 MPa et un allongement supérieur à 10 % à 20 K. L'alliage possède également d'excellentes propriétés de formage et peut être transformé en barres, plaques, tubes et fils. Jusqu'à présent, l'alliage CT20 a été utilisé avec succès dans une tuyauterie cryogénique d'engin spatial. Dans le même temps, l'influence des éléments interstitiels sur les propriétés mécaniques à basse température de l'alliage CT20 a été étudiée pour fournir une référence pour l'amélioration des performances de l'alliage de titane CT20.

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