日本物質(zhì)材料研究研究所關(guān)于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用材料在20K氣體氦環(huán)境下的力學(xué)性能評(píng)價(jià)

目前，H-2A和H-2B運(yùn)載火箭是日本的旗艦運(yùn)載火箭。2014年12月3日日本采用H-2A運(yùn)載火箭26號(hào)機(jī)型成功發(fā)射了隼鳥-2小行星探測(cè)器。截止目前（2015年3月26日）為止，H-2A28型運(yùn)載火箭的成功發(fā)射共計(jì)27次，H-2B為4次。H-2A運(yùn)載火箭的成功發(fā)射率為96.4%，（自H-2A7型運(yùn)載火箭成功發(fā)射以后，22型運(yùn)載火箭一直連續(xù)成功發(fā)射），H-2B運(yùn)載火箭的成功發(fā)射率為100%，已達(dá)世界領(lǐng)先水平。

為提高H-2A和H-2B運(yùn)載火箭的可靠性，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）和日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)（NIMS）對(duì)液體氫燃料渦輪泵（FTP）等運(yùn)載火箭用的金屬材料的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。根據(jù)在20K氦氣體中和20K液體氫中Ti-6Al-4VELI合金拉伸試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變可知，在上述兩種環(huán)境下使用的試樣形狀相同。另外，在氦氣體中沿試樣平行部安裝了Si二級(jí)管溫度計(jì)，對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)定。在氦氣體中，從進(jìn)入塑性變形區(qū)域的周圍開始產(chǎn)生了鋸齒形波形，隨著應(yīng)變量的增加，負(fù)荷（應(yīng)力）衰減量會(huì)增大。另外，可以確認(rèn)該鋸齒形波形的產(chǎn)生與試樣溫度的上升有關(guān)。另一方面，在液體氫中，直至試樣發(fā)生斷裂為止也沒有發(fā)生鋸齒形波形?？梢哉J(rèn)為這是因?yàn)橐后w氫的冷卻能力比氣體氦的高，試樣的溫度在試驗(yàn)過程中能保持不變所致。數(shù)根試樣的拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，Ti-6Al-4VELI合金在20K氦氣體中的0.2%屈服強(qiáng)度、延伸率和斷面收縮率與在20K液體氫中的基本相同，但拉伸強(qiáng)度比在液體氫中的稍低。另外，關(guān)于斷裂韌性和高循環(huán)疲勞特性，沒有看到因環(huán)境的不同而產(chǎn)生的差異。在低溫試驗(yàn)中出現(xiàn)大的塑性變形的材料，或在導(dǎo)入塑性應(yīng)變的試驗(yàn)中，如控制應(yīng)變的低循環(huán)疲勞試驗(yàn)中有可能出現(xiàn)因環(huán)境的不同而使材料性能產(chǎn)生差異的現(xiàn)象，因此今后應(yīng)繼續(xù)積累兩種環(huán)境下的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。