Плита титановая

Стандарт и сортамент плит из титана

Плита титановая — горячекатаный плоский прокат из титана и титановых сплавов толщиной от 11 до 150 мм. Производится по ГОСТ 23755-79 «Плиты из титана и титановых сплавов. Технические условия». Прокат толщиной до 10,5 мм — это лист, он регламентируется ГОСТ 22178-76 и по механическим свойствам и точности является отдельной позицией сортамента. Путать их при заказе нельзя.

Размерный диапазон по ГОСТ 23755-79:

Параметр	Диапазон	Примечание
Толщина	11–150 мм	диапазон зависит от марки
Ширина	600–1600 мм	—
Длина	1000–6500 мм	шаг мерной длины — 100 мм

Плиты изготавливают одной степени точности: в отличие от листов, деление на обычную и повышенную точность стандартом не предусмотрено. Пример условного обозначения: Плита ОТ4-1 32×1500×4600 ГОСТ 23755-79. Химический состав всех марок должен соответствовать ГОСТ 19807-91 «Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки».

Марки титана и сплавов по ГОСТ 23755-79

Стандарт охватывает марки: ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ5-1, ВТ6, ВТ14, ВТ20, АТ3, ПТ-3В и сплав 40. Конкретная марка подбирается исходя из требований к прочности, рабочей температуре, коррозионной стойкости и свариваемости.

Технически чистый титан: ВТ1-00 и ВТ1-0

Наиболее широко применяемые марки для коррозионностойких и нагруженных конструкций без требований к высокой прочности. Содержание Ti — не менее 99,24 % (ВТ1-0) и 99,58 % (ВТ1-00). Отличаются хорошей свариваемостью, высокой пластичностью и стойкостью к морской воде, растворам кислот и щелочей благодаря прочной пассивирующей оксидной плёнке. Сохраняют механические свойства при криогенных температурах — вплоть до −253 °С. Плотность обеих марок — 4,50 г/см³ (ГОСТ 23755-79, приложение 2). Подробнее о применении: Технически чистый титан ВТ1-0.

Псевдо-α-сплавы средней прочности: ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ5-1, ПТ-3В

Сплавы группы ОТ4 (система Ti–Al–Mn) отличаются хорошей формуемостью, удовлетворительной свариваемостью и применяются в изделиях средней нагруженности. ВТ5-1 (Ti–Al–Sn) — жаропрочный сплав, длительно работающий при температурах до 450 °С; применяется в авиационном двигателестроении для лопаток компрессора низкого давления. ПТ-3В — коррозионностойкий сплав с повышенной свариваемостью, используется в судостроении и химическом машиностроении для конструкций, работающих в агрессивных средах.

Высокопрочные α+β-сплавы: ВТ6, ВТ14, ВТ20

Сплав ВТ6 (Ti–6Al–4V) — наиболее распространённый конструкционный титановый сплав в мире. В отожжённом состоянии обеспечивает σв ≥ 860 МПа при хорошей пластичности (δ ≥ 8 %). Рабочая температура — до 400 °С. Широко применяется в авиастроении для силовых элементов конструкции — шпангоутов, лонжеронов, нервюр — и в аэрокосмической отрасли. ВТ14 поставляется как в отожжённом (σв ≥ 950 МПа), так и в закалённом и искусственно состаренном состоянии (σв ≥ 1200 МПа) — выбор состояния оговаривается в заказе. ВТ20 — высокопрочный жаропрочный сплав (рабочая температура до 500 °С), применяемый в ответственных ракетно-космических и авиационных конструкциях.

Механические свойства в отожжённом состоянии

Ниже приведены ориентировочные нормативные значения для наиболее распространённых марок. Точные требования по пределу прочности, пределу текучести и относительному удлинению в зависимости от толщины плиты — см. таблицу 4 ГОСТ 23755-79.

Марка	σв, МПа (не менее)	δ, % (не менее)	Плотность, г/см³	Макс. рабочая температура, °С
ВТ1-0	345	20	4,50	350
ОТ4	685	15	4,50	350
ВТ6	860	8	4,43	400
ВТ20	980	8	4,45	500

Все марки немагнитны. Модуль упругости — 110–120 ГПа (для сравнения: у стали ~210 ГПа). Плиты из ВТ14, предназначенные для изготовления высоконагруженных деталей, по требованию потребителя контролируют на ударную вязкость.

Состояние поставки и отделка поверхности

ГОСТ 23755-79 не устанавливает единое состояние поставки для всех марок. Плиты из ВТ1-00 и ВТ1-0 толщиной до 60 мм и длиной до 6000 мм изготавливают с травлёной поверхностью. Плиты из ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ6, ВТ14 и ВТ20 тех же габаритов — с травлёной поверхностью по требованию потребителя; плиты большей толщины или длины — без травления (допускается абразивная зачистка). Плиты из ПТ-3В и АТ3 поставляются с травлёной поверхностью по всему сортаменту.

Маркировка каждой плиты: марка, размеры, номер плиты, номер партии и штамп ОТК наносятся несмываемой краской в одном из углов, не далее 100 мм от кромки по ширине.

Области применения

Авиационная и аэрокосмическая промышленность. Плиты ВТ6, ВТ14 и ВТ20 используются для изготовления силовых конструктивных элементов летательных аппаратов — шпангоутов, нервюр, лонжеронов, балок, крепёжных узлов крыла и шасси. Основание выбора: высокая удельная прочность (отношение прочности к плотности превышает большинство конструкционных сталей) при рабочих температурах до 500 °С.

Судостроение и морская техника. Плиты ВТ1-0 и ПТ-3В применяются для изготовления обшивки и корпусных конструкций, работающих в морской воде и под давлением. Стойкость к питтинговой и щелевой коррозии в морской воде у титана практически абсолютная, что обусловило его применение в подводной и военно-морской технике.

Химическое и нефтехимическое машиностроение. Аппараты и теплообменники, работающие в средах хлорсодержащих кислот, азотной кислоты, щелочей и морской воды, — область, где стойкость ВТ1-0 и ОТ4 оказывается принципиально выше нержавеющих сталей. Плиты идут на изготовление днищ, обечаек и трубных досок.

Медицинская промышленность. Плиты ВТ1-0 используются в производстве изделий медицинского назначения — ортопедических и нейрохирургических имплантатов (пластины для остеосинтеза, элементы черепно-лицевой хирургии), где требуется биосовместимость и коррозионная стойкость в физиологических средах.

Нефтедобывающая отрасль. Трубные головки, корпусные детали арматуры и конструкционные элементы морских платформ, эксплуатируемые в морской воде и сероводородсодержащих средах.

Механическая обработка титановых плит

Механическая обработка титана возможна всеми стандартными методами: точение, фрезерование, сверление, растачивание, шлифование. Однако физические свойства металла требуют соблюдения специфических режимов резания; без этого инструмент выходит из строя в разы быстрее, чем при обработке стали.

Основные причины повышенного износа инструмента:

• Низкая теплопроводность (≈16–19 Вт/(м·К) у ВТ1-0) — тепло не отводится в тело заготовки и концентрируется у режущей кромки;
• Химическая активность при нагреве — при повышении температуры в зоне резания титан склонен к налипанию на инструментальный материал (наростообразование);
• Пониженный модуль упругости (~110 ГПа) — при высоком σв это создаёт значительный упругий отжим заготовки, что критично при сверлении и расточке глубоких отверстий;
• Наклёп — поверхностный слой упрочняется при обработке, последующий проход режет уже по наклёпанному металлу.

Практические требования к обработке:

• режущий инструмент — твёрдосплавный, острозаточенный; не допускать работы затупившимся инструментом;
• скорости резания — существенно ниже, чем для стали аналогичной прочности; для ВТ1-0 при точении — порядка 30–60 м/мин в зависимости от глубины и подачи;
• подача и глубина резания — умеренные; нельзя работать с малыми глубинами без подачи (инструмент скользит по наклёпанному слою);
• смазочно-охлаждающая жидкость — обильная и непрерывная, сухая обработка не допускается;
• титановая стружка при определённых условиях воспламеняется — не допускать её накопления, исключить контакт с источниками искр.

Требования к качеству поверхности по ГОСТ 23755-79

Поверхность травлёных плит должна быть без трещин, надрывов, закатов, расслоений, следов окалины, металлических и неметаллических включений, видимых невооружённым глазом. На нетравлёных плитах допускаются отпечатки от роликов, следы абразивной зачистки и другие дефекты, обусловленные способом производства, при условии что их глубина не выводит плиту за предельные отклонения по толщине. Цвета побежалости на поверхности допустимы и не являются браковочным признаком.

Как заказать плиту титановую

При оформлении заявки укажите марку (ВТ1-0, ВТ6, ВТ20 и т. д.), толщину, ширину и длину, требуемое состояние поставки (отожжённое / без термообработки), требования к поверхности (травлёная / без травления). Для марок ВТ14 и ВТ6С необходимо оговорить состояние термообработки: отожжённое или закалённое с искусственным старением. Поставка по ГОСТ 23755-79 или по отраслевым стандартам — по согласованию с потребителем.