火箭发动机用材料在20K气体氦环境下的力学性能评价

目前，H-2A和H-2B运载火箭是日本的旗舰运载火箭。2014年12月3日日本采用H-2A运载火箭26号机型成功发射了隼鸟-2小行星探测器。截止目前（2015年3月26日）为止，H-2A28型运载火箭的成功发射共计27次，H-2B为4次。H-2A运载火箭的成功发射率为96.4%，（自H-2A7型运载火箭成功发射以后，22型运载火箭一直连续成功发射），H-2B运载火箭的成功发射率为100%，已达世界领先水平。

为提高H-2A和H-2B运载火箭的可靠性，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）和日本物质材料研究机构（NIMS）对液体氢燃料涡轮泵（FTP）等运载火箭用的金属材料的性能进行了评价。根据在20K氦气体中和20K液体氢中Ti-6Al-4VELI合金拉伸试验时的应力-应变可知，在上述两种环境下使用的试样形状相同。另外，在氦气体中沿试样平行部安装了Si二级管温度计，对温度进行测定。在氦气体中，从进入塑性变形区域的周围开始产生了锯齿形波形，随着应变量的增加，负荷（应力）衰减量会增大。另外，可以确认该锯齿形波形的产生与试样温度的上升有关。另一方面，在液体氢中，直至试样发生断裂为止也没有发生锯齿形波形。可以认为这是因为液体氢的冷却能力比气体氦的高，试样的温度在试验过程中能保持不变所致。数根试样的拉伸试验结果表明，Ti-6Al-4VELI合金在20K氦气体中的0.2%屈服强度、延伸率和断面收缩率与在20K液体氢中的基本相同，但拉伸强度比在液体氢中的稍低。另外，关于断裂韧性和高循环疲劳特性，没有看到因环境的不同而产生的差异。在低温试验中出现大的塑性变形的材料，或在导入塑性应变的试验中，如控制应变的低循环疲劳试验中有可能出现因环境的不同而使材料性能产生差异的现象，因此今后应继续积累两种环境下的评价数据。