Титан ВТ16

Сплав ВТ16 — деформируемый двухфазный (α+β)-сплав системы Ti–Al–Mo–V, регламентируемый ОСТ 1 90013-81 и ГОСТ 19807-91. Разработан специально для производства крепёжных деталей — болтов, винтов, заклёпок и резьбовых изделий, работающих при температурах до 350 °C. Принципиальное отличие ВТ16 от других высокопрочных (α+β)-сплавов — повышенное содержание β-фазы в отожжённом состоянии, которое обеспечивает хорошую холодную деформируемость при сохранении прочности, сопоставимой с авиационными конструкционными сплавами.

Химический состав сплава ВТ16 по ОСТ 1 90013-81

Основные легирующие элементы — молибден и ванадий (β-стабилизаторы) и алюминий (α-стабилизатор). Характерная особенность: содержание алюминия снижено относительно большинства (α+β)-сплавов, что напрямую влияет на технологичность холодной деформации.

Элемент	Содержание, %
Алюминий (Al)	1,8–3,8
Молибден (Mo)	4,5–5,5
Ванадий (V)	4,0–5,0
Железо (Fe)	до 0,30
Кислород (O)	до 0,15
Кремний (Si)	до 0,15
Цирконий (Zr)	до 0,30
Углерод (C)	до 0,10
Азот (N)	до 0,05
Водород (H), в слитке	до 0,015
Сумма прочих примесей	не более 0,30
Титан (Ti)	основа (~82,9–89%)

Примечание: суммарное содержание никеля и меди — не более 0,10% (в том числе никель — не более 0,08%) — требование ГОСТ 19807-91, распространяется на все деформируемые титановые сплавы.

Фазовая структура: почему ВТ16 лучше деформируется в холодном состоянии

По классификации ГОСТ 19807-91 ВТ16 относится к (α+β)-сплавам с повышенным суммарным коэффициентом β-стабилизации. В отожжённом состоянии содержит 25–30% β-фазы. Для сравнения: родственный сплав ВТ14 в аналогичном состоянии содержит около 10% β-фазы. Это разница не в деталях состава, а в принципиальном поведении материала при обработке давлением.

β-фаза титана при комнатной температуре значительно пластичнее α-фазы, поэтому высокое её содержание обеспечивает возможность холодной деформации с ограниченными степенями обжатия — холодной высадки головок болтов, накатки резьбы, гибки. Именно для этих операций и разрабатывался состав ВТ16. Оба сплава — ВТ14 и ВТ16 — прокаливаются насквозь при сечении до 60 мм, что позволяет проводить полноценную упрочняющую термообработку крупных заготовок.

Механические свойства сплава ВТ16

Свойства существенно зависят от состояния поставки и режима термообработки. Нормативные механические свойства для различных видов полуфабрикатов регламентированы ОСТ 1 90202-75.

Отожжённое состояние

Предел кратковременной прочности σ_в = 840–1050 МПа, относительное удлинение δ ≥ 10%. В этом состоянии сплав хорошо деформируется; используется и как финальное рабочее состояние (для ненагруженных конструкций), и как исходное для последующего термического упрочнения.

Термически упрочнённое состояние (закалка + старение)

После стандартного цикла упрочняющей термообработки: σ_в ≥ 1200 МПа, δ = 5–8%. При более жёстких режимах возможно достижение σ_в до 1300 МПа с соответствующим снижением пластичности.

Важная практическая характеристика: при σ_в = 1200 МПа сплав малочувствителен к концентраторам напряжений — надрезу, перекосу резьбы, локальным дефектам посадки. Это особенно значимо для крепёжных деталей ответственных соединений, где контакт с опорной поверхностью не всегда идеален.

Плотность сплава ВТ16 — 4,62 г/см³.

Режимы термической обработки ВТ16

Режим отжига зависит от вида полуфабриката.

Вид полуфабриката	Температура отжига, °C
Листы, тонкостенные трубы, профили	680–790
Прутки, толстостенные трубы	770–790

Упрочняющая термообработка — закалка с последующим старением:

Операция	Температура, °C	Выдержка	Охлаждение
Закалка	780–830	0,5–1 ч	вода или воздух
Старение	560–580	4–10 ч	воздух

Все операции термообработки — в вакуумных печах или печах с контролируемой атмосферой. Нагрев титановых сплавов на воздухе приводит к газонасыщению поверхности кислородом и азотом с образованием хрупкого альфированного слоя, что снижает пластичность и усталостные характеристики готового изделия.

Деформируемость, свариваемость, обрабатываемость

Горячая деформация — хорошая, как и у других (α+β)-сплавов.

Холодная деформация — возможна с ограниченными степенями обжатия. По холодной деформируемости ВТ16 превосходит большинство высокопрочных титановых сплавов аналогичного уровня прочности. Именно это свойство определяет основное назначение сплава — производство крепежа методами холодной высадки и накатки.

Свариваемость — хорошая всеми видами сварки (аргонодуговая, электронно-лучевая и другие). Характерная особенность ВТ16: сварное соединение обладает высокой пластичностью непосредственно после сварки, без обязательного отжига шва. Это упрощает технологический цикл при изготовлении сварных конструкций из листового и трубного проката. Как при работе с любыми титановыми сплавами, сварочная ванна, корень шва и нагретые зоны требуют надёжной защиты инертным газом (аргоном) для предотвращения окисления.

Обрабатываемость резанием — удовлетворительная, характерная для титановых сплавов: требует инструмента из твёрдых сплавов, обильного охлаждения, умеренных скоростей резания. Контроль температуры в зоне резания обязателен — перегрев ведёт к быстрому износу инструмента и наклёпу обработанной поверхности.

Полуфабрикаты из ВТ16: формы поставки

Основная номенклатура — прутки и проволока диаметром 4–20 мм, получаемые прокаткой или волочением. Это обусловлено главным назначением сплава: именно из прутка малых диаметров изготавливают крепёжные детали. К прутку под крепёж предъявляются повышенные требования — мелкозернистая однородная структура, жёсткие допуски на геометрию и состояние поверхности.

Помимо прутка и проволоки выпускаются листы, плиты, трубы (в том числе тонкостенные), профили, поковки, шестигранник, слитки. Состояние поставки — отожжённое или термически упрочнённое. Для уточнения наличия конкретных типоразмеров обращайтесь в отдел продаж.

Применение сплава ВТ16

Главная область — крепёжные детали авиационных и аэрокосмических конструкций: болты, шпильки, винты, заклёпки ответственных соединений планера, работающие при температурах до 350 °C. Состав ВТ16 подбирался именно под условия работы этого класса деталей: комбинацию высокой прочности при упрочнении, холодной технологичности и низкой чувствительности к концентраторам напряжений.

Применяется также для сварных конструкций из листового и трубного проката в машиностроении и судостроении, где требуется высокая удельная прочность в сочетании с возможностью сварки без постсварочной термообработки шва. Рабочая температура при длительной эксплуатации — до 350 °C.

Обзор других марок по классу прочности и назначению — на странице титановые сплавы.

Сравнение ВТ16 и ВТ14

ВТ14 — родственный сплав той же системы Ti–Al–Mo–V, но с более высоким содержанием алюминия (3,5–6,3%) и меньшей долей β-стабилизаторов. Это определяет различия в поведении при обработке и эксплуатации.

Характеристика	ВТ16	ВТ14
β-фаза в отожжённом состоянии	25–30%	~10%
Холодная деформируемость	лучше	хуже
Прочность после термоупрочнения	сопоставима	сопоставима
Пластичность сварного шва без отжига	высокая	ниже
Максимальная рабочая температура	350 °C	400 °C
Прокаливаемость насквозь	до 60 мм	до 60 мм

ВТ16 предпочтителен для крепёжного производства, где важна холодная технологичность. ВТ14 целесообразен в конструкциях с рабочей температурой выше 350 °C или там, где высадка и накатка не применяются. Близкий по прочностному уровню двухфазный сплав для конструктивных элементов — титан ВТ6.