低温チタン合金材料の適用状況

一方で、宇宙船の構造材料は、十分な強度と靭性、および低温での優れた熱特性を備えている必要があります。一方、宇宙機の構造部品の形状の複雑さを考慮すると、材料は良好な機械加工性を備えている必要があります。

      従来の極低温材料と比較して、チタン合金は低温での降伏強度が高く、ステンレス鋼の 3 倍以上ですが、密度はステンレス鋼のわずか 1/4 から 1/2 です。また、チタン合金は、熱伝導率が低い、膨張係数が低い、非磁性などの一連の利点も備えているため、宇宙用の新しい極低温材料として非常に適しています。

      現在、極低温チタン合金は、液体ロケット エンジンの分野で、主に水素および酸素エンジンの貯蔵タンク、水素ポンプ インペラなどの構造材料として適用されており、推力重量比が大幅に改善されています。液体ロケット エンジンの寿命と信頼性。低温チタン合金の適用の問題は、低温環境でのチタン合金の伸びと破壊靭性が大幅に低下し、明らかな低温脆性を示すことです。低温条件下でのチタン合金の靭性と塑性は、低温チタン合金研究の最優先事項になります。

      この問題を解決するために国内外の学者が多くの研究を行った結果、C、H、Oなどの侵入型元素の含有量を減らし、含有量を減らすことで、チタン合金の低温特性を効果的に改善できる2つの方法を発見しました。アルミニウム要素の。これら2つの方法により、優れた性能を備えた一連の新しい低温チタン合金が国内外で開発されました。

      旧ソビエト連邦は、低温チタン合金の開発と応用に取り組んでいました。旧ソビエト連邦はアルミニウム元素の含有量を減らすことにより、一連の低アルミニウム極低温チタン合金を開発し、その中でOT4とBT5-1が広く使用されました。OT4 合金は、宇宙船の軌道ドッキング部品、液体ロケットの配管および燃焼室の構造部品に使用されました。BT5-1 合金は、液体水素容器の製造に使用されました。液体ロケットモーターのパルス推進比をさらに向上させるため、ロシアの研究機関は、-253℃の極低温に適した高強度・高塑性低温チタン合金の研究開発を行っています。 

      米国における低温チタン合金の研究は、α型チタン合金TA7 ELI(超低格子間)とα+β型チタン合金TC4 ELIに注目した。TA7 ELI は、良好な靭性、低い熱伝導率、20 K でのノッチ感度を備えた α 型に近いチタン合金です。極低温容器、極低温パイプ、液体ロケット モーター インペラでの使用に成功しています。アポロ計画では、液体水素容器や液体水素導管の主材料としてTC4 ELIが使用され、好成績を収めました。また、アメリカの学者は極低温チタン合金の破壊メカニズムや水素脆化に関する基礎研究も行っており、TA7 ELI、TC4 ELIなどの極低温チタン合金の機械的性質と破壊メカニズムに関するデータを取得しており、

      低温チタン合金の研究開発の分野では、米国やロシアなどの先進国と比較して、中国は技術の開始が遅く、技術が比較的遅れています。近年、航空宇宙産業の発展に伴い、中国は低温チタン合金の研究を開始しました。「第9次5カ年計画」期間中、中国はTi-2Al-2.5Zr、Ti-3Al-2.5Zr、CT20などの低温チタン合金の研究開発を実施し、中国で開発された温度チタン合金を図3に示します.CT20合金は、20 Kの非常に低い温度で使用できる、すべての独自の所有権を持つ低温チタン合金です.合金は、低温で優れた機械的特性を持ち、強度は 1100 MPa を超え、伸びは 20 K で 10% を超えます。この合金は、優れた成形特性も備えており、棒、プレート、チューブ、ワイヤーに加工できます。これまでに、CT20 合金は宇宙船の極低温配管での使用に成功しています。同時に、CT20 チタン合金の性能をさらに改善するための基準を提供するために、CT20 合金の低温機械的特性に対する格子間元素の影響が調査されました。