stato dell'applicazione del materiale in lega di titanio a bassa temperatura

Da un lato, i materiali strutturali dei veicoli spaziali devono avere sufficiente resistenza e tenacità ed eccellenti proprietà termiche alle basse temperature; d'altro canto, considerata la complessità della forma delle parti strutturali del veicolo spaziale, il materiale deve avere una buona lavorabilità.

      Rispetto ai materiali criogenici tradizionali, le leghe di titanio hanno un carico di snervamento più elevato alle basse temperature, più di 3 volte quello dell'acciaio inossidabile, mentre la loro densità è solo da 1/4 a 1/2 di quella dell'acciaio inossidabile. inoltre, le leghe di titanio hanno anche una serie di vantaggi come bassa conducibilità termica, basso coefficiente di espansione, non magnetiche, ecc., quindi sono molto adatte come nuovi materiali criogenici per applicazioni spaziali.

      Attualmente, la lega di titanio criogenica è stata inizialmente applicata nel campo dei motori a razzo liquido, principalmente come materiali strutturali per serbatoi di stoccaggio di motori a idrogeno e ossigeno, giranti di pompe a idrogeno, ecc., Che ha notevolmente migliorato il rapporto spinta-peso, lavorando durata e affidabilità dei motori a razzo liquido. Il problema dell'applicazione della lega di titanio a bassa temperatura è che l'allungamento e la tenacità alla frattura della lega di titanio in ambiente a bassa temperatura diminuiscono notevolmente, mostrando un'evidente fragilità a bassa temperatura, quindi, come ridurre la fragilità a bassa temperatura della lega di titanio e migliorare il la tenacità e la plasticità della lega di titanio in condizioni di bassa temperatura diventano la priorità assoluta della ricerca sulle leghe di titanio a bassa temperatura.

      Studiosi in patria e all'estero hanno condotto molte ricerche per risolvere questo problema e hanno scoperto che due metodi possono migliorare efficacemente le proprietà a bassa temperatura delle leghe di titanio riducendo il contenuto di C, H, O e altri elementi interstiziali e riducendo il contenuto di elementi in alluminio. Attraverso questi due metodi, sono state sviluppate in patria e all'estero una serie di nuove leghe di titanio a bassa temperatura con prestazioni eccellenti.

      L'ex Unione Sovietica era impegnata nello sviluppo e nell'applicazione di leghe di titanio a bassa temperatura. Riducendo il contenuto di elementi in alluminio, l'ex Unione Sovietica ha sviluppato una serie di leghe di titanio criogeniche a basso contenuto di alluminio, tra cui OT4 e BT5-1 sono stati ampiamente utilizzati. La lega OT4 è stata utilizzata nelle parti di attracco orbitale dei veicoli spaziali, nelle tubazioni dei razzi liquidi e nelle parti strutturali della camera di combustione; La lega BT5-1 è stata utilizzata nella produzione di contenitori di idrogeno liquido. Al fine di migliorare ulteriormente il rapporto di propulsione a impulsi dei motori a razzo liquido, un istituto di ricerca russo ha condotto ricerca e sviluppo di leghe di titanio a bassa temperatura ad alta resistenza e alta plasticità adatte a temperature estremamente basse di -253°C. 

      La ricerca sulle leghe di titanio a bassa temperatura negli Stati Uniti si è concentrata sulla lega di titanio di tipo α TA7 ELI (Extra low interstitial) e sulla lega di titanio di tipo α+β TC4 ELI. TA7 ELI è una lega di titanio di tipo quasi α con buona tenacità, bassa conduttività termica e sensibilità all'intaglio a 20 K. È stata utilizzata con successo in recipienti criogenici, tubi criogenici e giranti di motori a razzo liquido. Nel programma Apollo, il TC4 ELI è stato utilizzato come materiale principale per recipienti di idrogeno liquido e condotti di idrogeno liquido e ha ottenuto buoni risultati. Inoltre, studiosi americani hanno anche svolto ricerche fondamentali sul meccanismo di frattura e infragilimento da idrogeno delle leghe criogeniche di titanio e hanno ottenuto dati sulle proprietà meccaniche e sul meccanismo di frattura di TA7 ELI, TC4 ELI e altre leghe criogeniche di titanio,

      Nel campo della ricerca e dello sviluppo di leghe di titanio a bassa temperatura, rispetto agli Stati Uniti e alla Russia e ad altri paesi sviluppati, la Cina ha iniziato la tecnologia in ritardo e relativamente arretrata. Negli ultimi anni, con lo sviluppo dell'industria aerospaziale, la Cina ha iniziato a svolgere ricerche sulle leghe di titanio a bassa temperatura. Durante il periodo del "Nono piano quinquennale", la Cina ha svolto la ricerca e lo sviluppo di Ti-2Al-2.5Zr, Ti-3Al-2.5Zr, CT20 e altre leghe di titanio a bassa temperatura, e le prestazioni del basso- le leghe di titanio a temperatura sviluppate in Cina sono mostrate nella Figura 3. La lega CT20 è una lega di titanio a bassa temperatura con tutti i nostri diritti di proprietà, che può essere utilizzata a temperature molto basse di 20 K. La lega ha buone proprietà meccaniche a basse temperature, con resistenza superiore a 1100 MPa e allungamento superiore al 10% a 20 K. La lega ha anche eccellenti proprietà di formatura e può essere lavorata in barre, piastre, tubi e fili. Finora, la lega CT20 è stata utilizzata con successo nelle tubazioni criogeniche di un veicolo spaziale. Allo stesso tempo, è stata studiata l'influenza degli elementi interstiziali sulle proprietà meccaniche a bassa temperatura della lega CT20 per fornire un riferimento per l'ulteriore miglioramento delle prestazioni della lega di titanio CT20.

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