Титан ВТ20

Сплав ВТ20 — деформируемый псевдо-α-титановый сплав системы Ti–Al–Zr–Mo–V. По жаропрочности в листовом полуфабрикате уступает только сплаву ВТ18У среди отечественных деформируемых титановых сплавов. Сочетает высокую длительную прочность при повышенных температурах с хорошей свариваемостью и удовлетворительной горячей деформируемостью. Регламентируется ГОСТ 19807-91; полуфабрикаты изготавливаются по ряду отраслевых ОСТ авиационной промышленности.

Химический состав ВТ20 по ГОСТ 19807-91

Основой сплава служит титан (≈ 85–91 %); обязательные легирующие элементы — алюминий, цирконий, молибден и ванадий. Алюминий в концентрации 5,5–7 % является главным упрочнителем α-фазы: он повышает её стабильность и длительную прочность при температурах до 500 °С. Цирконий усиливает твердорастворное упрочнение α-фазы и термическую стабильность. Молибден и ванадий — β-стабилизаторы в малых количествах, они формируют небольшое количество β-фазы, улучшающей технологическую пластичность без существенного снижения жаропрочности.

Al	Zr	Mo	V	Fe, макс.	Si, макс.	O, макс.	N, макс.	C, макс.	H, макс.	Ti
5,5–7,0	1,5–2,5	0,5–2,0	0,8–2,5	0,25	0,15	0,15	0,05	0,10	0,015	Основа

Все значения — массовая доля, %. Суммарное содержание прочих примесей не более 0,30 %. Допускается частичная замена молибдена вольфрамом в количестве не более 0,3 %; суммарная доля Mo+W не должна превышать нормы для молибдена.

Механические свойства сплава ВТ20 в состоянии отжига

Все нижеприведённые значения относятся к нормальной температуре (20 °С); состояние — после соответствующего отжига.

Полуфабрикат и стандарт	σв, МПа	δ₅, %	ψ, %	KCU, кДж/м²
Лист, ГОСТ 22178-76	930–980	6–12	—	—
Пруток, ГОСТ 26492-85	885	7–8	20	250–300
Пруток повышенного качества, ГОСТ 26492-85	885–1130	8–10	20–25	300–400
Плита 11–100 мм, ГОСТ 23755-79	880–1130	5–6	10–12	300

Твёрдость по Бринеллю: HB 255–341. Сварное соединение, выполненное в инертной атмосфере, по механическим свойствам не уступает основному металлу.

Физические свойства ВТ20

Температура, °С	Плотность, кг/м³	Модуль упругости E, ГПа	Теплопроводность λ, Вт/(м·°С)	ТКЛР α·10⁻⁶, 1/°С
20	4450	112	8,0	—
100	—	—	8,8	8,3
300	—	—	10,9	9,0
500	—	—	13,8	9,3

Удельное электросопротивление при 20 °С: 1110·10⁻⁹ Ом·м.

Структура и особенности псевдо-α-сплава

ВТ20 относится к псевдо-α-классу: β-стабилизаторы (Mo, V) содержатся в количестве, недостаточном для фиксации β-фазы при закалке, поэтому структура после отжига представляет собой преимущественно α-фазу с небольшим количеством равновесной β. Такая структура обеспечивает высокую жаропрочность за счёт твердорастворного и дисперсионного упрочнения α-матрицы.

В отличие от двухфазных (α+β)-сплавов, ВТ20 не упрочняется закалкой со старением. Единственный применяемый вид термической обработки — отжиг. Технологическая пластичность в холодном состоянии ниже, чем у сплавов типа ОТ4, что объясняется высоким содержанием алюминия. Холодная деформация ограничена малыми степенями обжатия.

Термообработка: режимы отжига

Для сплава ВТ20 применяются два основных режима.

Рекристаллизационный отжиг (снятие наклёпа после холодной или тёплой обработки давлением): нагрев до 700–800 °С с последующим охлаждением. Режим восстанавливает пластичность и снимает деформационное упрочнение.

Отжиг для снятия остаточных напряжений (после сварки, правки, механической обработки): нагрев до 550–650 °С. Применяется без опасения огрубления зерна и снижения прочностных характеристик.

Горячая деформация (ковка, штамповка, прокатка) ведётся при 870–970 °С; заканчивать деформацию рекомендуется при температуре не ниже 750–800 °С. После горячей деформации назначают рекристаллизационный отжиг.

Свариваемость сплава ВТ20

Сплав сваривается без ограничений всеми видами сварки, применяемыми для титановых сплавов: аргонодуговой (ТИГ/АДС), электронно-лучевой, контактной и диффузионной. Обязательное условие — надёжная защита зоны сварки и корня шва инертным газом (аргоном или гелием): титан активно поглощает кислород и азот при температурах выше 400 °С, что приводит к охрупчиванию.

Механические свойства сварного соединения не уступают основному металлу. ВТ20 совместим при сварке со сплавами ВТ3-1, ОТ4, ОТ4-1, ВТ5-1, ВТ6, ВТ14, ВТ5Л, ВТ21Л. В качестве присадочного материала используется проволока из сплавов аналогичного или близкого состава — в частности, сварочный сплав ВТ20-1св.

Применение сплава ВТ20

Основная область — авиастроение и аэрокосмическая техника. Из ВТ20 изготавливают обшивки крыла, детали и сварные узлы, эксплуатирующиеся при температурах от –70 до +450 °С в течение 6000 часов или до +500 °С в течение 3000 часов. Рабочий диапазон охватывает как криогенные условия (топливные отсеки ракет-носителей), так и зоны интенсивного аэродинамического нагрева.

За пределами авиации ВТ20 применяется для изготовления коррозионностойких деталей и трубопроводных систем в химической и нефтегазовой промышленности — там, где требуется сочетание стойкости к агрессивным средам с длительной прочностью при повышенных температурах. Использование в судостроении обусловлено стойкостью к морской воде и хлоридным средам.

Подробнее о линейке деформируемых жаропрочных титановых сплавов — на странице титан ВТ3-1.

Сортамент и формы поставки

Сплав ВТ20 поставляется в деформированном виде по следующим стандартам:

• листы, ленты, фольга, полосы, плиты — ГОСТ 22178-76, ГОСТ 23755-79, ОСТ 1 90218-76, ОСТ 1 90024-94;
• прутки, профили — ГОСТ 26492-85, ОСТ 1 90266-86, ОСТ 1 90173-75;
• трубные заготовки и трубы — ТУ 1-5-127-73;
• поковки и штампованные заготовки толщиной до 250 мм;
• сортовой и фасонный прокат — ОСТ 1 92039-75 и смежные;
• сварные и цельнокатаные кольца из горячекатаных и прессованных профилей.

Фасонное литьё поставляется под маркой ВТ20Л. Для уточнения наличия конкретного типоразмера и оформления заявки свяжитесь с менеджерами.