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为了考察低地球轨道环境下金属材料的冷热疲劳损伤机制，本文采用模拟实验对TC4钛合金、2A12铝合金、7A09铝合金在冷热循环作用下的组织及性能变化进行了研究。利用X-ray衍射仪对不同次数冷热循环的样品表面的取向行为进行分析，通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等表面分析仪器对冷热循环样品的表面形貌以及微观结构进行了表征，并利用显微硬度计对辐照冷热循环样品的硬度性能进行了测试。
航天材料经过冷热循环后，都经历了一个疲劳硬化和疲劳软化过程。不过对于不同的材料，由于组织和成分及热处理方式等的不同，硬化速率和软化速率也有很大的差别。
对TC4钛合金进行冷热循环实验的结果表明:随着循环次数的增加，0～100次的冷热循环过程中样品硬度无明显变化，在100～200次循环的过程中，样品的硬度迅速增加到最大值，在随后的冷热循环过程中样品出现了循环软化现象。冷热循环过程中TC4钛合金的性能变化与其微观结构的演化行为关系密切，原始TC4样品为典型的α+β形貌，循环至200次时其典型的结构是位错缠结和位错胞的混合结构。经过300次冷热循环后样品中的典型结构转变为尺寸较大的位错胞状亚结构，晶界容易成为应力集中的区域并萌生微裂纹。500次循环样品中的典型结构为位错胞演化而成的亚晶以及晶内的孪晶和割阶结构。晶界、亚晶界、孪晶界以及割阶界面是应力集中和萌生微裂纹的择优区域。形成的孔洞、位错塞积、孪晶界、晶界和亚晶界以及割阶界面等都是疲劳裂纹萌生的有利位置。
2A12和7A09铝合金经过冷热循环的实验结果表明都表明:在0～200次的冷热循环过程中样品硬度迅速降低，在200～300次循环样品硬度有所升高，300次循环后样品硬度迅速下降，出现循环软化现象。只是2A12铝合金在循环过程中的最大硬度远高于原样，而7A09铝合金在循环过程中的最大硬度远低于原样。7A09的原样是高密度的GP区结构，300次冷热循环时样品中形成了部分细小的针状η＇相和少量的η及GP区;而500次循环样品中η’相消失，代之以粗大η相和GP区的形成。2A12铝合金原样主要由α-Al基体和大量的T相组成，300次冷热循环时样品中形成了大量尺寸细小的针状S’相;而500次循环样品中S’相消失，代之以粗大S相的形成。此外，这两种铝合金经过500次冷热循环后析出相附近区域形成大量的空穴，这些空穴容易成为冷热疲劳裂纹萌生的有利位置.