航空宇宙産業のさらなる発展と深宇宙の継続的な探査に伴い、低温材料に対する宇宙船構造部品の性能要件はさらに高まっています。
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なければなりません。 一方で、宇宙船の構造部品の複雑な形状を考慮すると、材料には加工性が求められます。 従来の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、これはステンレス鋼の 3 倍以上です。 同時に、その密度はステンレス鋼のわずか1/4〜1/2です。 また、チタン合金は熱伝導率が低い、膨張係数が小さい、非磁性であるなどの優れた特徴を有しており、航空宇宙分野における低温新素材として非常に適しています。
現在、国内外で一般的に使用されている低温チタン合金は、主にニアチタン合金と少量の相を含む二相チタン合金です。 相を含まないか、または少量しか含まないため、プロセス可塑性が低く、タービンなどの複雑な部品の成形が困難です。
αチタン合金は熱処理による強化ができないため、液体水素パイプラインや水素ポンプなど応力の低い部品にしか使用できず、インペラなどの高速回転部品の要求には応えられません。 一方で、深宇宙探査のさらなる発展に伴い、水素・酸素エンジンの推力は今後さらに増大し、低温部品の強度もより一層求められます。 したがって、より高性能な低温チタン合金の開発が急務となっている。 チタン合金は、チタン合金に比べて強度が高く、成形性が良いため、複雑な形状の部品に適しています。 したがって、低温チタン合金の開発動向は以下のようになります。
1) より大推力の水素酸素エンジンの要求を満たすために、より高い低温強度と塑性を備えたチタン合金を開発する。 同時に、α相チタン合金の低温変形機構に関する研究を改善し、α相チタン合金の延性脆性転移の臨界条件を明らかにする必要がある。
２）民生用の低コスト低温チタン合金を開発する。 低温チタン合金には格子間元素に関する厳しい要件があり、コストが高くなるため、現在民間で使用されることはほとんどありません。 したがって、今後は低コストの低温チタン合金の開発が必要である。
3) 航空宇宙部品の要件を満たす新しい成形技術と加工方法を開発します。 粉末冶金技術は、ネットニアシェイプ技術として、従来の鋳造、鍛造、熱間成形に比べて大きな利点があります。 さらに、SPS 焼結、粉末射出成形などの他の粉末冶金技術も注目され、開発されるべきです。
