太空救援之低温脆断以及低温水压试验造成的悲剧

电影《太空救援》非常精彩，故事讲述的是苏联的空间站“礼炮七号”失联之后的事情。

为了探查空间的失联原因和避免空间站的科技落入美国之手两个宇航员临危受命乘坐太空飞船去修复失控的空间站。为了苏联的荣誉他们必须抢在美国人之前对接空间站并且恢复空间站的正常运行。

在炫技的飞船和空间站对接，低温、火灾，缺氧等种种惊心动魄的事件后，空间站由于陨石撞击，传感器外壳变形，导致太阳帆无法打开，没有能源，太空站制氧，制热都没有办法进行。此时剩余氧气只够一个人返回地球，另一个人将会丧生太空。

两人面对生死抉择，依然决定共进退。

为此他们必须要在氧气用完之前，将传感器外壳整体敲掉。即下图中的有点黑乎乎的管子。

他们两个人就来到了空间站外，可是发现怎么敲不动，因为传感器金属是钛材，又轻便又坚固，而且非常厚了。他们差点放弃。可是他们忽然想到小时候冬天的车链子经常断掉，因为低温下的金属会变得脆弱。太空的温度可比地球上冷多了，所以他们有信心能够创造奇迹。

宇航员挥舞着锤子，用力的砸，在空旷的太空中，一锤又一锤，绝望中带着希望，但是传感器纹丝不动。

而在地球上，这次援救计划的指挥官，也对着1:1的模型，相同材料结构，相同的锤子，疯狂的砸。

在精疲力尽后，地球上的传感器纹丝不动，指挥官彻底绝望了：“想用锤子把钛传感器砸开，根本不可能！”。

氧气慢慢耗尽，太阳渐渐要照耀到空间站，宇航员非常焦急的说：来不及了。

在太阳照射到空间站时，宇航员发出最后一击，奇迹出现了，钛传感器被砸飞了！

空间站的太阳能帆开始展开，电力恢复，他们得救了！

电影非常精彩，我被宇航员们的勇气，能力，智慧，善良，乐观主义的精神深深打动。

在太空中锤钛制传感器的一幕也有着深深的印象。

正常温度下，人类是不可能用锤子将钛传感器锤断。但是随着温度降低，材料特性一般是越来越脆。

低温脆断的破坏时，结构的元件内部应力水平很低，通常低于材料的屈服强度，甚至低于材料的设计应力。

传感器被撞产生初始缺陷（被陨石撞），在太空中，温度很低，钛材处于低温状态，宇航员的锤击造成了钛材的低温脆断，而反复的锤击也造成了累积疲劳。在两者叠加下，成功将钛传感器破坏。

疲劳加低温脆断的知识在这一刻，挽救了宇航员的生命。

百度了一下钛材的特性：

1.随着温度降低，钛材强度升高，但塑性几乎不降低，保持较好的延性及韧性，避免了金属冷脆性.

2.低间隙元素的钛及钛合金可以在-253℃的低温下使用.

在压力容器中，低温脆断却是有很大的危害。为了避免这种失效模式，规范规定了很多种有益的方法，比如使用正确的材料，冲击试验，热处理等。

在GB/T 150.4-2011规范中，为了避免低温脆断，对水压试验温度也有着严格的规定。

Q345R，Q375R，07MnMoVR的水压试验液体温度不得低于5°C，其余不低于15°。

在ASME中，对水压试验液体温度为MDMT+17°C，且不超过48°C，以减小脆性破坏的危险。

应注意有一些钢材的MDMT比较高，加上17°会高于室温，此时仍用室温水来做水压试验可能会脆性破坏。

案例：

下图中设备壁厚比较厚，所以MDMT会比较高，在低温水的试验下，设备发生了低温脆断。

断口无明显塑性变形，呈脆性的平断口（正断），断口形貌是光亮的结晶状。典型的低温脆断。