Пруток титановый ВТ

Пруток титановый ВТ — сортовой прокат из технического титана или титановых сплавов серии ВТ. Аббревиатура «ВТ» обозначает разработчика (Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов), а не марку. Конкретная марка указывается через дефис: ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ3-1, ВТ6, ВТ9, ВТ14, ВТ20, ВТ22 и другие. Каждая марка имеет собственный химический состав по ГОСТ 19807-91, механические свойства и рабочий диапазон температур. Поэтому при заказе «прутка ВТ» необходимо указывать конкретную марку.

Классификация прутков по способу производства

По способу изготовления прутки делятся на три вида, каждый из которых регламентируется отдельным нормативным документом.

Катаный пруток — ГОСТ 26492-85

Стандарт распространяется на круглые горячекатаные необточенные прутки из технического титана и титановых сплавов. Диаметры — от 10 до 150 мм, длина в немерных отрезках — 0,5–2 м. Прутки поставляются горячекатаными, без термической обработки. Марки, охватываемые стандартом: ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ1-2, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ5, ВТ5-1, ВТ6, ВТ6С, ВТ3-1, ВТ8, ВТ9, ВТ14, ВТ20, ВТ22, АТ3.

Допустимое отклонение от прямолинейности — не более 5 мм/м для прутков диаметром 10–60 мм и не более 7 мм/м для прутков диаметром 60–150 мм.

Кованый пруток — ОСТ1 90107-73

Кованые прутки поставляются с диаметром круглого сечения или стороной квадрата до 250 мм, длиной 0,5–2 м. Ковка применяется для получения крупногабаритных заготовок, которые нельзя изготовить прокаткой, а также когда требуется особая проработка макроструктуры заготовки.

Прессованный пруток — ОСТ1 92020-82

Прессованные прутки — авиационные полуфабрикаты для деталей повышенной ответственности. Горячее прессование обеспечивает более однородную структуру по сечению по сравнению с прокаткой, что критично для высоконагруженных силовых деталей.

Обычное и повышенное качество

ГОСТ 26492-85 делит прутки на два класса качества. Прутки обычного качества обозначаются только маркой сплава, например: Пруток ВТ6 60 ГОСТ 26492-85. Прутки повышенного качества дополнительно получают букву «П» в обозначении: Пруток ВТ6.П 60×2000 ГОСТ 26492-85.

Прутки повышенного качества из сплавов ВТ6, ВТ6С, ВТ3-1, ВТ14 диаметром до 60 мм имеют нормированные требования к микроструктуре, контролируемой по 9-бальной шкале. Это требование актуально для деталей авиационной и ракетно-космической техники.

Марки титановых сплавов: обзор для технолога

Все марки серии ВТ делятся по структурному классу, который определяет рабочую температуру, прочность и свариваемость. Выбор марки — главное технологическое решение при проектировании детали из прутка.

Технический титан: ВТ1-00 и ВТ1-0

ВТ1-00 и ВТ1-0 — технически чистый титан с содержанием основного элемента от 99,24 % и выше, без легирующих добавок. Относятся к α-классу структуры. Предел прочности прутков — от 295 до 590 МПа в зависимости от диаметра и состояния поставки.

Ключевые характеристики для технолога:

• максимальная рабочая температура под длительной нагрузкой — до 300 °С;
• криогенная стойкость — α-структура сохраняет пластичность вплоть до −253 °С (температура жидкого водорода), что делает эти марки пригодными для криогенных систем;
• наилучшая коррозионная стойкость в ряду серии ВТ;
• лучшая свариваемость и относительно более простая обрабатываемость резанием по сравнению с легированными марками.

Применение: химическая аппаратура, сварные конструкции в агрессивных средах, медицинские имплантаты, криогенная техника, гальванические подвески и ванны.

α- и псевдо-α-сплавы: ОТ4, ВТ5, ВТ5-1, ВТ20

Сплавы с малым содержанием β-фазы (2–7 % в равновесном состоянии). Упрочняющей термообработке не подвергаются, используются в отожжённом состоянии. Хорошо свариваются; коррозионная стойкость в большинстве агрессивных сред аналогична ВТ1-0. Сплав ВТ20 рекомендуется для сварных деталей и штампосварных конструкций; сохраняет стабильные характеристики при температурах до 500 °С.

(α+β)-сплавы: ВТ6, ВТ3-1, ВТ9, ВТ14

Наиболее распространённая группа для нагруженных конструкционных деталей. Сочетают высокую прочность с возможностью дополнительного упрочнения термообработкой (закалка + старение). Подробнее о свойствах и применении сплава ВТ6 — в разделе Титан ВТ6.

Марка	σB в отожжённом состоянии, МПа	Макс. рабочая температура (длительно)	Особенности
ВТ6	от 930	400–450 °С	Наиболее распространённый конструкционный сплав; хорошая технологическая пластичность; полная прокаливаемость в сечениях до 40–45 мм
ВТ3-1	от 980	до 450 °С	Наиболее освоенный в производстве; высокая прочность и термическая стабильность; полная прокаливаемость до 60 мм
ВТ9	от 980	до 500 °С	Повышенное содержание α-стабилизаторов; применяется в горячих секциях компрессорных установок и авиадвигателей
ВТ14	от 980	до 400 °С	После закалки и старения прочность до 1150 МПа; полная прокаливаемость до 60 мм

Высокопрочные сплавы: ВТ22

ВТ22 — высоколегированный (α+β)-сплав с σB ≥ 1100 МПа даже в отожжённом состоянии. Применяется для силовых элементов высоконагруженных конструкций. Технологическая пластичность удовлетворительная; обрабатываемость резанием значительно хуже, чем у ВТ1-0 и ВТ6. Полный обзор сплавов серии ВТ — в разделе Титановые сплавы.

Коррозионная стойкость: в каких средах работает титан

Коррозионная стойкость титановых сплавов обусловлена образованием на поверхности плотной оксидной пассивирующей плёнки TiO₂. Плёнка самовосстанавливается при нарушении в присутствии кислорода или воды.

Прутки из технического титана и большинства сплавов серии ВТ стойки в следующих средах:

• морская и солёная вода;
• азотная кислота широкого диапазона концентраций;
• хлоридные растворы и хлорированная вода;
• атмосферная влага, промышленные атмосферы;
• ряд органических кислот.

Ограничения, о которых нужно знать: технический титан нестоек в концентрированных восстанавливающих кислотах (серная, соляная при повышенных температурах). При сочетании остаточных или рабочих механических напряжений с хлоридными средами и высокой температурой возможна солевая коррозия под напряжением. Лёгированные (α+β)-сплавы по коррозионной стойкости в большинстве агрессивных сред аналогичны ВТ1-0.

Обрабатываемость резанием: что учитывать при производстве

Все марки серии ВТ относятся к труднообрабатываемым материалам. Коэффициент относительной обрабатываемости резанием у сплавов ВТ5 и ВТ5-1 составляет 0,35–0,48 (по отношению к углеродистой стали с 0,45 % С); у ВТ6, ВТ20 и ВТ22 — 0,22–0,26. Трудоёмкость обработки резанием в 3–4 раза выше, чем для углеродистых сталей, и в 5–7 раз выше, чем для алюминиевых сплавов.

Причина не в высокой твёрдости, а в совокупности факторов: низкая теплопроводность (тепло концентрируется в зоне резания, инструмент перегревается), высокая химическая активность (налипание металла на режущую кромку и нарушение её геометрии), высокая упругость (вибрации при обработке). Практические требования к режимам обработки:

• скорость резания — в 3–4 раза ниже, чем при обработке стали;
• инструмент — твердосплавный с острой заточкой;
• охлаждение — обильное орошение водосмешиваемой СОЖ.

Важное предупреждение: если применяются галоидсодержащие СОЖ, после обработки деталь необходимо тщательно промыть — остатки хлоридов в сочетании с напряжениями при эксплуатации могут стать очагом солевой коррозии.

Отдельно следует учитывать антифрикционные свойства: у титана они низкие. Пассивирующая плёнка при трении разрушается, ювенильные поверхности склонны к схватыванию с контртелом. Детали, работающие в узлах скольжения, требуют нанесения специальных покрытий или применения разнородных пар трения.

Сварка прутков из титановых сплавов

Все марки серии ВТ свариваются аргонодуговой сваркой (TIG). Технический титан ВТ1-0 сваривается хорошо: прочность сварного соединения близка к прочности основного металла.

Для (α+β)-сплавов — ВТ6, ВТ3-1, ВТ14, ВТ20 — после сварки рекомендуется неполный отжиг для снятия остаточных сварочных напряжений (снимает около 70 % напряжений без нарушения микроструктуры). Для всех марок критически важно обеспечить полную защиту зоны шва, обратной стороны сварного соединения и разогретого околошовного металла инертным газом: при нарушении газовой защиты титан насыщается кислородом и азотом, что резко снижает пластичность соединения.

Формы поставки

Прутки поставляются в круглом и квадратном сечении. Для катаных прутков по ГОСТ 26492-85 стандартная длина — 0,5–2 м; по согласованию возможна поставка мерной длины в пределах немерной. Кованые прутки по ОСТ1 90107-73 — круглое сечение и квадрат до 250 мм, длина 0,5–2 м. Нарезка заготовок по длине заказчика производится на складе поставщика.