저온 티타늄 합금 재료 적용 상태

한편으로 우주선 구조 재료는 충분한 강도와 인성이 있어야하며 저온에서 우수한 열적 특성을 가져야합니다. 반면 우주선 구조 부품의 형상이 복잡하다는 점을 고려할 때 재료는 가공성이 우수해야합니다.

      기존의 극저온 재료에 비해 티타늄 합금은 스테인리스 강의 3 배 이상의 저온에서 항복 강도가 더 높으며 밀도는 스테인리스 강의 1 / 4 ~ 1 / 2에 불과합니다. 또한 티타늄 합금은 낮은 열전도율, 낮은 팽창 계수, 비자 성 등과 같은 일련의 장점을 가지고있어 우주 응용 분야를위한 새로운 극저온 재료로 매우 적합합니다.

      현재 초저온 티타늄 합금은 액체 로켓 엔진 분야에서 주로 수소 및 산소 엔진 저장 탱크, 수소 펌프 임펠러 등의 구조 재료로 적용되어 추력 대 중량 비율을 크게 향상 시켰습니다. 액체 로켓 엔진의 수명과 신뢰성. 저온 티타늄 합금 적용의 문제점은 저온 환경에서 티타늄 합금의 연신율 및 파괴 인성이 크게 감소하여 명백한 저온 취성을 나타내므로 티타늄 합금의 저온 취성을 감소시키고 개선하는 방법 저온 조건에서 티타늄 합금의 인성과 가소성은 저온 티타늄 합금 연구의 최우선 순위가되었습니다.

      국내외 학자들은이 문제를 해결하기 위해 많은 연구를 수행했으며 두 가지 방법이 C, H, O 및 기타 간질 원소의 함량을 줄이고 함량을 줄임으로써 티타늄 합금의 저온 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 발견했습니다. 알루미늄 성분의. 이 두 가지 방법을 통해 국내외에서 우수한 성능을 가진 새로운 저온 티타늄 합금 시리즈가 개발되었습니다.

      구소련은 저온 티타늄 합금의 개발과 적용에 전념했습니다. 알루미늄 원소의 함량을 줄임으로써 구 소련은 일련의 저 알루미늄 극저온 티타늄 합금을 개발했으며 그중 OT4와 BT5-1이 널리 사용되었습니다. OT4 합금은 우주선 궤도 도킹 부품, 액체 로켓 배관 및 연소실 구조 부품에 사용되었습니다. BT5-1 합금은 액체 수소 용기 제조에 사용되었습니다. 액체 로켓 모터의 펄스 추진 비율을 더욱 향상시키기 위해 러시아 연구소는 -253 ° C의 극저온에 적합한 고강도 고소성 저온 티타늄 합금을 연구 개발했습니다. 

      미국의 저온 티타늄 합금에 대한 연구는 α 형 티타늄 합금 TA7 ELI (Extra low interstitial)와 α + β 형 티타늄 합금 TC4 ELI에 중점을 두었습니다. TA7 ELI는 20K에서 우수한 인성, 낮은 열전도율 및 노치 감도를 가진 α에 가까운 티타늄 합금입니다. 극저온 용기, 극저온 파이프 및 액체 로켓 모터 임펠러에 성공적으로 사용되었습니다. Apollo 프로그램에서 TC4 ELI는 액체 수소 용기 및 액체 수소 도관의 주요 재료로 사용되었으며 좋은 결과를 얻었습니다. 또한 미국 학자들은 극저온 티타늄 합금의 파괴 메커니즘과 수소 취성에 대한 기초 연구를 수행하고 TA7 ELI, TC4 ELI 및 기타 극저온 티타늄 합금의 기계적 특성 및 파괴 메커니즘에 대한 데이터를 얻었습니다.

      저온 티타늄 합금 연구 개발 분야에서 미국, 러시아 및 기타 선진국에 비해 중국은 늦게 시작되었으며 상대적으로 후진 기술입니다. 최근 몇 년 동안 항공 우주 산업의 발전과 함께 중국은 저온 티타늄 합금에 대한 연구를 시작했습니다. "9 차 5 개년 계획"기간 동안 중국은 Ti-2Al-2.5Zr, Ti-3Al-2.5Zr, CT20 및 기타 저온 티타늄 합금의 연구 개발을 수행했으며, 중국에서 개발 된 온도 티타늄 합금은 그림 3에 나와 있습니다. CT20 합금은 자체 재산권이있는 저온 티타늄 합금으로 20K의 매우 낮은 온도에서 사용할 수 있습니다. 합금은 저온에서 우수한 기계적 특성을 가지고 있습니다. 강도가 1100 MPa 이상이고 연신율이 20 K에서 10 % 이상입니다.이 합금은 또한 우수한 성형 특성을 가지며 바, 플레이트, 튜브 및 와이어로 가공 될 수 있습니다. 지금까지 CT20 합금은 우주선 극저온 배관에 성공적으로 사용되었습니다. 동시에, CT20 합금의 저온 기계적 특성에 대한 간극 요소의 영향이 조사되어 CT20 티타늄 합금 성능의 추가 개선을위한 기준을 제공합니다.