航天飞行器在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等极端条件下工作，除了依靠优化的结构设计之外，还有赖于材料所具有的优异特性和功能。钛合金将航天产品所需的特质集于一身而被誉为“宇宙金属”、“空间金属”。根据航天产品对材料的需求，钛合金在航天领域正在向以下几个方向发展：高强韧钛合金、高温钛合金和低温钛合金。

一．高强韧钛合金。目前这方面比较成功的例子是美国所研制的α+β两相高强高韧钛合金Ti62222S，该材料具有良好的强度与塑性的配合，室温断裂强度和屈服强度分别大于1300MPa和1200MPa，而且其高温性能也很好，当工作温度高达500℃时，Ti62222S的断裂强度和屈服强度仍在800MPa以上。此外，Ti62222S还具有较高的断裂韧性和损伤容限、与合金Ti6Al4V相当的疲劳裂纹扩展速率以及优于合金Ti6Al4V的弹性模量和超塑成形性，可以替代Ti6Al4V。Ti62222S已经在F22战斗机以及各种导弹上得到广泛的应用。

二．高温钛合金。超声巡航弹、高超声速巡航弹、可重复使用运载器以及亚轨道重复使用跨大气层飞行器的研究和发展，要求钛合金必须能在600℃及以上的高温下使用，这就要求钛合金必须具有优异的耐高温性能。国际上第一个高温钛合金是美国研制的Ti6Al4V，可在300～350℃下使用。Ti6Al4V合金兼具α+β两相特征，在航天领域，如“阿波罗”飞船、“宇宙神”导弹以及“徘徊者”卫星等，得到了广泛的应用。但Ti6Al4V合金也存在一些不足，主要是耐热性不够好、淬透性不理想、冷加工性较差、制备工艺复杂等。为了最大限度发挥Al固溶热强化作用，钛合金中还加入了Sn，Zr，Mo和Si等元素，相继开发了使用温度为450℃的IMI679，Ti6242等合金，使用温度为500℃的IMI685，Ti6242S等合金以及使用温度为550～600℃的IMI834，Ti1100，BT36等合金。美国航天飞机的热防护系统部分以及亚轨道单级入轨火箭运载器防热系统材料均采用了钛合金Ti1100。近几年来，国外把采用快速凝固/粉末冶金技术研制的钛合金作为高温钛合金的发展方向，美国麦道公司用这种技术研制的一种高纯度、高致密性钛合金，在760℃下的强度相当于目前常温下使用的钛合金强度。

三．低温钛合金。随着温度降低，钛合金的强度大幅度提高，但延伸率、冲击韧性和断裂韧性也随之下降，特别是在77K以下下降幅度较大。随着空间技术迅速发展，钛合金在低温和极低温环境下的应用增多，低温钛合金的研制显得极为重要。经研究发现，通过降低H，O，N等间隙元素和Al的含量可改善钛合金的低温性能，使其能在20K温度环境下长期使用。常用的低温钛合金主要是TC4ELI和TA7ELI超低间隙合金，这两种合金均是通过降低间隙元素如H，O等含量而获得的。日本近期研制出新型低温结构钛合金LT700(Ti3Al5Sn1Mo0.2Si)。该合金在T=77K低温下，循环次数N=105的最大疲劳强度可达1300MPa。