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近年来，人类探索空间技术的发展对各种空间材料的性能提出了更高的要求。钛及钛合金由于其较高的比强度和比刚度以及良好的综合性能已在空天结构件中得到越来越广泛的应用。由于空间环境异常复杂，研究钛合金在空间环境下的服役性能、改善其空间环境适应性、优化合金的组织结构并提高其空间服役性能等都具有重要的战略意义。
本文以一种Ti-6A1-4V合金为实验材料，通过热处理分别获得双态和网篮两种组织，并分别对这两种组织的合金进行低温拉伸、真空和/或低温拉压疲劳以及超高周疲劳实验，对比研究合金在低温、真空和室温空气环境中的疲劳和拉伸性能以及合金的组织对其性能的影响；此外，对一种Ti-6Al-4V合金板材进行高能离子辐照实验，并对辐照前后的合金进行拉伸和疲劳实验。通过上述实验，分别研究低温、真空、超长寿命以及离子辐照等各种空间环境因素对Ti-6Al-4V合金力学性能的影响及其影响机制。
实验结果表明，随实验温度的降低，两种组织的Ti-6Al-4V合金的拉伸强度和屈服强度均升高，而塑性降低，即使在液氮温度下，合金仍未出现明显脆化现象，拉伸断口表现为延性断裂特征。该合金在真空或低温条件下的疲劳性能均优于室温空气中的性能，真空和低温的耦合作用可使疲劳性能大幅度提高，其中，真空主要影响疲劳裂纹的扩展，延长疲劳寿命，而低温主要影响疲劳裂纹的萌生，提高合金的高周疲劳强度。在超高周疲劳循环周次内，当应力比R=-1时，双态和网篮两种组织的Ti-6Al-4V合金的疲劳S-N曲线是一条连续降低的曲线，在109循环周次范围内不存在疲劳极限，两种组织的合金的疲劳破坏方式相似，即在高应力幅下，疲劳破坏主要起源于试样表面，随着加载应力幅的降低，疲劳断裂由试样表面转移到内部，而且这种内部疲劳裂纹是由合金组织的不均匀性引起的；与常规疲劳结果比较，超高周疲劳载荷下疲劳寿命增加，但频率的变化对超高周疲劳强度的影响不大；在本文的实验条件下，采用Al2O3和钢丸进行高能喷丸处理对T-6Al-4V合金的超高周疲劳性能均未产生明显有利的作用，因此，对于高能喷丸处理工艺在提高超高周疲劳性能中的应用还需进行进一步的优化和研究。对于本文的低温、真空以及超高周疲劳条件下，双态组织的综合性能优于网篮组织，而且双态组织合金的性能对环境因素变化的敏感性较小，性能较稳定，因此，双态组织的Ti-6Al-4V合金比网篮组织更适合在空天环境下作为结构件应用。此外，模拟空间高能氢离子和氮离子辐照后，Ti-6Al-4V合金组织发生细化，导致合金脆化，并使拉伸强度和塑性降低，疲劳强度和寿命也减小，但氮离子辐照对合金的疲劳性能影响不大，总体看来，氮离子辐照对合金综合性能产生的影响小于氢离子辐照；而且，离子辐照后，合金的被辐照面呈现一种“染色”效应，但这与合金力学性能的变化关系不大。