金属材料是航天航空领域应用最为广泛的材料。高性能金属材料对航天航空技术的发展起着至关重要的作用。目前航天航空用高性能金属材料主要有以下几种。
（1）铝合金。铝合金具有比模量与比强度高、耐腐蚀性能好、加工性能好、成本低廉等突出优点，因此被认为是航空航天工业中用量最大的金属结构材料。例如，据美国宇航局研究，Al-Li合金因具有更好的抗多向撞击性能，比复合材料更适合用于建造“猎户座”的乘员舱。铝合金主要用作航空航天结构的承载结构，包括舱体结构、承载壁板、梁、仪器安装框架、燃料储箱等。
（2）钛合金。与铝、镁、钢等金属材料相比，钛合金具有比强度很高、抗腐蚀性能良好、抗疲劳性能良好、热导率和线膨胀系数小等优点，可以在350~450℃以下长期使用，低温可使用到-196℃。钛合金在航空工业中的用量正在迅速增长。航空发动机的压气机叶片、机匣以及机体主承力构件普遍采用钛合金制造。F22战斗机是广泛采用钛合金制造主承力结构的典型代表，其钛合金用量达41%。阿波罗宇宙飞船双人舱及密闭舱翼梁及肋由Ti-5Al-2.5Sn合金制造，衬里则由纯钛制造;阿波罗火箭用的储压器、后喷嘴由具有低含氧量的Ti-6Al-4V合金板组成。Ti-6Al-4V合金也已广泛用于上升段火箭发动机壳体。
（3）高温合金。用于航天领域的高温合金中以镍基高温合金应用最为广泛，常用做航天发动机涡轮盘和叶片的材料。尽管近年来金属间化合物的发展较快，但是镍基高温合金仍然以成形性好，可靠性高等优异性能作为航空发动机涡轮盘及涡轮叶片的首选材料。例如，为F22制造的发动机仍然采用可靠的Inconel718制造涡轮盘和涡轮叶片。近期刚结束地面试验的美国超燃冲压发动机大量采用了Inconel625合金来制造进气道壁板等气流通道部件。在国内，高温合金材料用于“神舟”号火箭发动机的整体涡轮转子和推进舱以及火箭喷射器等处。
（3）超高强度钢。超高强度钢具有很高的抗拉强度和足够的韧性，并且有良好的焊接性和成形性。超高强度钢在火箭上主要用于发动机壳体、发动机喷管和各级助推器等，特别是作为大型固体燃料推进火箭发动机壳体。超高强度钢高压气瓶是航天工程中的重要部件。此外，超高强度钢还用于飞机起落架。
（4）金属间化合物。金属间化合物由于具有优于高温合金的耐热性、高的比强度、导热性和抗氧化性，以及具有优于陶瓷材料的韧性和良好的热加工性而受到广泛关注。已开发的Ni3Al商业牌号有美国的IC-50，IC-218和IC-221M等。IC-221M合金已被选为替代Ni基高温合金制造柴油机增压器，以改善其疲劳寿命和降低成本。我国北京航空材料研究院自主开发的Ni3Al基的IC-6合金已应用于涡轮发动机，以提高发动机的工作温度。
