Mit der Weiterentwicklung der Luft- und Raumfahrtindustrie und der kontinuierlichen Erforschung des Weltraums sind die Leistungsanforderungen an Strukturteile von Raumfahrzeugen für Niedertemperaturmaterialien weiter gestiegen.
Einerseits müssen Strukturmaterialien für Raumfahrzeuge eine ausreichende Festigkeit und Zähigkeit sowie hervorragende thermische Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen aufweisen. Andererseits müssen die Materialien angesichts der Komplexität der Form der Strukturteile von Raumfahrzeugen gut verarbeitbar sein. Im Vergleich zu herkömmlichen Niedertemperaturmaterialien weisen Titanlegierungen eine höhere Streckgrenze bei niedrigen Temperaturen auf, die mehr als dreimal so hoch ist wie die von Edelstahl. Gleichzeitig beträgt seine Dichte nur 1/4 bis 1/2 der Dichte von Edelstahl. Darüber hinaus weist die Titanlegierung eine Reihe von Vorteilen auf, wie z. B. eine geringe Wärmeleitfähigkeit, einen kleinen Ausdehnungskoeffizienten und Nichtmagnetismus, sodass sie sich sehr gut für den Einsatz als neues Niedertemperaturmaterial im Luft- und Raumfahrtbereich eignet.
Derzeit sind die im In- und Ausland üblicherweise verwendeten Niedertemperatur-Titanlegierungen hauptsächlich Titanlegierungen und zweiphasige Titanlegierungen mit einem geringen Phasenanteil. Da es keine oder nur eine geringe Menge an Phasen enthält, ist seine Prozessplastizität schlecht, was die Formung komplexer Teile wie Turbinen erschwert.
Da Alpha-Titanlegierungen nicht durch Wärmebehandlung gestärkt werden können, können sie nur für Komponenten mit geringerer Beanspruchung wie Flüssigwasserstoffleitungen, Wasserstoffpumpen usw. verwendet werden und können die Anforderungen für schnell rotierende Komponenten wie Laufräder nicht erfüllen. Gleichzeitig wird mit der Weiterentwicklung der Weltraumforschung der Schub des Wasserstoff-Sauerstoff-Motors in Zukunft weiter erhöht, was eine höhere Festigkeit seiner Niedertemperaturkomponenten erfordert. Daher ist die Entwicklung leistungsfähigerer Niedertemperatur-Titanlegierungen dringend erforderlich. Im Vergleich zu Titanlegierungen weisen Titanlegierungen eine höhere Festigkeit und gute Formbarkeit auf und eignen sich besser für komplex geformte Teile. Daher ist der Entwicklungstrend von Niedertemperatur-Titanlegierungen wie folgt.
1) Entwicklung von Titanlegierungen mit höherer Tieftemperaturfestigkeit und Plastizität, um den Anforderungen von Wasserstoff-Sauerstoff-Motoren mit größerem Schub gerecht zu werden. Gleichzeitig sollten wir die Forschung zum Tieftemperaturverformungsmechanismus von Titanlegierungen in der -Phase verbessern und die kritischen Bedingungen für den duktil-spröden Übergang von Titanlegierungen in der -Phase klären.
2) Entwicklung kostengünstiger Niedertemperatur-Titanlegierungen für den zivilen Einsatz. Da Niedrigtemperatur-Titanlegierungen strenge Anforderungen an interstitielle Elemente stellen und hohe Kosten verursachen, werden sie derzeit von Zivilisten kaum verwendet. Daher ist es notwendig, in Zukunft kostengünstige Niedertemperatur-Titanlegierungen zu entwickeln.
3) Entwicklung neuer Umformtechnologien und Verarbeitungsmethoden, um den Anforderungen von Luft- und Raumfahrtteilen gerecht zu werden. Als Net-Near-Shaping-Technologie bietet die Pulvermetallurgie-Technologie erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichem Gießen, Schmieden und Warmumformen. Darüber hinaus sollten auch andere pulvermetallurgische Technologien wie SPS-Sintern, Pulverspritzguss usw. Beachtung und Entwicklung erfahren.
