status de aplicação de material de liga de titânio de baixa temperatura

Por um lado, os materiais estruturais da espaçonave devem ter resistência e tenacidade suficientes e excelentes propriedades térmicas em baixas temperaturas; por outro lado, considerando a complexidade da forma das partes estruturais da espaçonave, o material deve ter boa usinabilidade.

      Em comparação com os materiais criogênicos tradicionais, as ligas de titânio apresentam maior resistência ao escoamento em baixas temperaturas, mais de 3 vezes maior do que o aço inoxidável, enquanto sua densidade é de apenas 1/4 a 1/2 da do aço inoxidável. além disso, as ligas de titânio também têm uma série de vantagens, como baixa condutividade térmica, baixo coeficiente de expansão, não magnéticas, etc., por isso são muito adequadas como novos materiais criogênicos para aplicações espaciais.

      Atualmente, a liga criogênica de titânio tem sido inicialmente aplicada no campo de motores de foguetes líquidos, principalmente como materiais estruturais para tanques de armazenamento de motores de hidrogênio e oxigênio, impulsores de bomba de hidrogênio, etc., o que melhorou significativamente a razão empuxo / peso, funcionando vida útil e confiabilidade dos motores de foguetes líquidos. O problema da aplicação da liga de titânio em baixa temperatura é que o alongamento e a tenacidade à fratura da liga de titânio em ambiente de baixa temperatura diminui muito, mostrando a fragilidade em baixa temperatura óbvia, portanto, como reduzir a fragilidade em baixa temperatura da liga de titânio e melhorar a a tenacidade e a plasticidade da liga de titânio sob condições de baixa temperatura tornam-se a principal prioridade da pesquisa de ligas de titânio em baixa temperatura.

      Estudiosos no país e no exterior realizaram muitas pesquisas para resolver este problema e descobriram que dois métodos podem melhorar efetivamente as propriedades de baixa temperatura das ligas de titânio, reduzindo o conteúdo de C, H, O e outros elementos intersticiais, e reduzindo o conteúdo de elementos de alumínio. Por meio desses dois métodos, uma série de novas ligas de titânio de baixa temperatura com excelente desempenho foi desenvolvida no país e no exterior.

      A ex-União Soviética estava comprometida com o desenvolvimento e aplicação de ligas de titânio de baixa temperatura. Ao reduzir o conteúdo de elementos de alumínio, a antiga União Soviética desenvolveu uma série de ligas de titânio criogênicas com baixo teor de alumínio, entre as quais OT4 e BT5-1 foram amplamente utilizadas. A liga OT4 foi usada em peças de encaixe orbital de espaçonaves, tubulações de foguetes de líquido e peças estruturais da câmara de combustão; A liga BT5-1 foi usada na fabricação de recipientes de hidrogênio líquido. A fim de melhorar ainda mais a razão de propulsão de pulso de motores de foguetes líquidos, um instituto de pesquisa russo conduziu pesquisas e desenvolvimento de ligas de titânio de baixa temperatura e alta plasticidade, adequadas para temperaturas extremamente baixas de -253 ° C. 

      A pesquisa em ligas de titânio de baixa temperatura nos Estados Unidos tem se concentrado na liga de titânio do tipo α TA7 ELI (Extra low intersticial) e na liga de titânio do tipo α + β TC4 ELI. TA7 ELI é uma liga de titânio do tipo quase α com boa tenacidade, baixa condutividade térmica e sensibilidade de entalhe a 20 K. Tem sido usada com sucesso em vasos criogênicos, tubos criogênicos e impulsores de motor de foguete líquido. No programa Apollo, TC4 ELI foi usado como o principal material para vasos de hidrogênio líquido e conduítes de hidrogênio líquido e obteve bons resultados. Além disso, acadêmicos americanos também realizaram pesquisas fundamentais sobre o mecanismo de fratura e fragilização por hidrogênio de ligas de titânio criogênico, e obtiveram dados sobre as propriedades mecânicas e mecanismo de fratura de TA7 ELI, TC4 ELI e outras ligas de titânio criogênicas,

      No campo de pesquisa e desenvolvimento de ligas de titânio de baixa temperatura, em comparação com os Estados Unidos e a Rússia e outros países desenvolvidos, a China começou tarde e com uma tecnologia relativamente atrasada. Nos últimos anos, com o desenvolvimento da indústria aeroespacial, a China começou a realizar pesquisas em ligas de titânio de baixa temperatura. Durante o período do "Nono Plano Quinquenal", a China realizou a pesquisa e o desenvolvimento de Ti-2Al-2.5Zr, Ti-3Al-2.5Zr, CT20 e outras ligas de titânio de baixa temperatura, e o desempenho do ligas de titânio de temperatura desenvolvidas na China são mostradas na Figura 3. A liga CT20 é uma liga de titânio de baixa temperatura com todos os nossos próprios direitos de propriedade, que pode ser usada em temperaturas muito baixas de 20 K. A liga tem boas propriedades mecânicas em baixas temperaturas, com resistência superior a 1100 MPa e alongamento superior a 10% a 20 K. A liga também possui excelentes propriedades de conformação e pode ser processada em barras, placas, tubos e fios. Até agora, a liga CT20 foi usada com sucesso em uma tubulação criogênica de espaçonaves. Ao mesmo tempo, a influência dos elementos intersticiais nas propriedades mecânicas de baixa temperatura da liga CT20 foi investigada para fornecer uma referência para a melhoria do desempenho da liga de titânio CT20.

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