Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金低温变形机理研究

陆子川 纪 玮 微 石 姚草根 张绪虎

（航天材料及工艺研究所，北京 100076）

文 摘 为满足我国大型航天运输系统对130 L 低温冷氦气瓶的应用需求，采用Ti-5Al-2.5Sn ELI 钛合金板材结合超塑性等温精密冲压工艺研制了130 L 低温冷氦气瓶，并系统研究了Ti-5Al-2.5Sn ELI 钛合金的低温变形机理。研究结果表明，Ti-5Al-2.5Sn ELI 钛合金在20 K 条件下呈现出滑移+孪生交替进行的变形行为，原始板材的不完全再结晶现象在热成形过程中得以消除，且球体本体的完全等轴再结晶组织及曲折晶界特征可以很好地协调Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金的低温变形过程，使其具备优异的低温力学性能。说明采用的超塑性等温精密冲压工艺是一种研制大规格航天压力容器行之有效的工艺方案。

0 引言

钛合金在低温条件下较铝、镁、钢等金属材料具有更为优异的力学性能，被广泛应用于航天领域。随着服役温度的降低，钛合金存在强度大幅提高、延伸率及断裂韧性显著降低的力学行为，尤其在77 K温度以下更为明显［1-4］。随着航天技术的发展，钛合金在低温和极低温条件下（77/20 K）的应用显著提升，目前已成功开发出了诸如TA7 ELI、TC4 ELI、CT20、LT700等一系列服役性能优异的低温钛合金［5-6］。其中，TA7 ELI（Ti-5Al-2.5Sn ELI）作为一种近α型钛合金，具有比强度高、耐蚀性能好以及优异的低温力学性能等优势，成为航天飞行器低温压力容器、管道、发动机氢泵叶轮等结构件的首选材料［7-9］。例如，美国在阿波罗计划中已将Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金成功应用到液氢贮箱、导管、高压气瓶的研制，并对其进行了较为系统的低温变形机理研究［7］。……