航天飛行器在超高溫、超低溫、高真空、高應力、強腐蝕等極端條件下工作，除了依靠優(yōu)化的結構設計之外，還有賴于材料所具有的優(yōu)異特性和功能。鈦合金將航天產品所需的特質集于一身而被譽為“宇宙金屬”、“空間金屬”。根據航天產品對材料的需求，鈦合金在航天領域正在向以下幾個方向發(fā)展：高強韌鈦合金、高溫鈦合金和低溫鈦合金。

一．高強韌鈦合金。目前這方面比較成功的例子是美國所研制的α+β兩相高強高韌鈦合金Ti62222S，該材料具有良好的強度與塑性的配合，室溫斷裂強度和屈服強度分別大于1300MPa和1200MPa，而且其高溫性能也很好，當工作溫度高達500℃時，Ti62222S的斷裂強度和屈服強度仍在800MPa以上。此外，Ti62222S還具有較高的斷裂韌性和損傷容限、與合金Ti6Al4V相當的疲勞裂紋擴展速率以及優(yōu)于合金Ti6Al4V的彈性模量和超塑成形性，可以替代Ti6Al4V。Ti62222S已經在F22戰(zhàn)斗機以及各種導彈上得到廣泛的應用。

二．高溫鈦合金。超聲巡航彈、高超聲速巡航彈、可重復使用運載器以及亞軌道重復使用跨大氣層飛行器的研究和發(fā)展，要求鈦合金必須能在600℃及以上的高溫下使用，這就要求鈦合金必須具有優(yōu)異的耐高溫性能。國際上第一個高溫鈦合金是美國研制的Ti6Al4V，可在300～350℃下使用。Ti6Al4V合金兼具α+β兩相特征，在航天領域，如“阿波羅”飛船、“宇宙神”導彈以及“徘徊者”衛(wèi)星等，得到了廣泛的應用。但Ti6Al4V合金也存在一些不足，主要是耐熱性不夠好、淬透性不理想、冷加工性較差、制備工藝復雜等。為了最大限度發(fā)揮Al固溶熱強化作用，鈦合金中還加入了Sn，Zr，Mo和Si等元素，相繼開發(fā)了使用溫度為450℃的IMI679，Ti6242等合金，使用溫度為500℃的IMI685，Ti6242S等合金以及使用溫度為550～600℃的IMI834，Ti1100，BT36等合金。美國航天飛機的熱防護系統(tǒng)部分以及亞軌道單級入軌火箭運載器防熱系統(tǒng)材料均采用了鈦合金Ti1100。近幾年來，國外把采用快速凝固/粉末冶金技術研制的鈦合金作為高溫鈦合金的發(fā)展方向，美國麥道公司用這種技術研制的一種高純度、高致密性鈦合金，在760℃下的強度相當于目前常溫下使用的鈦合金強度。

三．低溫鈦合金。隨著溫度降低，鈦合金的強度大幅度提高，但延伸率、沖擊韌性和斷裂韌性也隨之下降，特別是在77K以下下降幅度較大。隨著空間技術迅速發(fā)展，鈦合金在低溫和極低溫環(huán)境下的應用增多，低溫鈦合金的研制顯得極為重要。經研究發(fā)現，通過降低H，O，N等間隙元素和Al的含量可改善鈦合金的低溫性能，使其能在20K溫度環(huán)境下長期使用。常用的低溫鈦合金主要是TC4ELI和TA7ELI超低間隙合金，這兩種合金均是通過降低間隙元素如H，O等含量而獲得的。日本近期研制出新型低溫結構鈦合金LT700(Ti3Al5Sn1Mo0.2Si)。該合金在T=77K低溫下，循環(huán)次數N=105的最大疲勞強度可達1300MPa。

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