Титан ВТ5

Сплав ВТ5 — деформируемый титановый сплав с α-структурой. Основной легирующий элемент — алюминий, который обеспечивает твёрдорастворное упрочнение α-фазы, повышает прочность, жаропрочность и модуль упругости по сравнению с техническим титаном. Химический состав регламентирован ГОСТ 19807-91.

Химический состав ВТ5 по ГОСТ 19807-91

Содержание элементов в процентах по массе:

Элемент	Содержание, %
Титан (Ti)	основа (90,63–95,2)
Алюминий (Al)	4,5–6,2
Железо (Fe)	до 0,30
Кремний (Si)	до 0,12
Цирконий (Zr)	до 0,30
Молибден (Mo)	до 0,80
Ванадий (V)	до 1,20
Кислород (O)	до 0,20
Азот (N)	до 0,05
Углерод (C)	до 0,10
Водород (H)	до 0,015
Прочие примеси (сумма)	до 0,30

Mo, V, Zr, Fe, Si и другие перечисленные элементы присутствуют на уровне допустимых примесей и не являются легирующими — на эксплуатационные характеристики сплава существенно не влияют. Алюминий — единственный целенаправленно вводимый легирующий элемент. Он повышает прочность, жаропрочность и модуль упругости, однако одновременно снижает технологическую пластичность, что определяет ограниченный сортамент полуфабрикатов (см. ниже).

Механические и физические свойства ВТ5

Свойства при температуре 20°С:

Характеристика	Значение
Предел кратковременной прочности σв	685–930 МПа
Относительное удлинение δ	6–10 %
Относительное сужение ψ	15–25 %
Твёрдость по Бринеллю HB	229–321
Плотность	4400 кг/м³
Модуль упругости E	1,05 × 105 МПа

Сплав относится к материалам средней прочности. Упрочнение достигается исключительно твёрдорастворным механизмом — алюминий растворяется в α-фазе титана при изготовлении сплава. Термической обработкой ВТ5 не упрочняется: как чистый α-сплав он используется в отожжённом состоянии.

Рабочий диапазон температур

Сплав рассчитан на длительную работу (ресурс до 10 000 часов) в диапазоне от −253 до +400°С. Конструктивная прочность сохраняется до +450°С — кратковременно.

Нижняя граница −253°С соответствует криогенным условиям (температура кипения жидкого гелия). Титановые α-сплавы, в отличие от сталей, не испытывают хладноломкости при снижении температуры, что делает ВТ5 пригодным для криогенной техники. При использовании в криогенных условиях необходимо минимизировать содержание примесей (прежде всего кислорода, азота, углерода), так как они провоцируют охрупчивание. Для криогенного применения с более жёсткими требованиями по примесям применяют специальную модификацию — ВТ5-1кт.

Технологические особенности: деформируемость и сварка

Горячая деформация

Высокое содержание алюминия снижает технологическую пластичность сплава в холодном состоянии. Поэтому все операции обработки давлением — ковка, штамповка, прокатка — выполняются в горячем состоянии. Именно по этой причине из ВТ5 не изготавливают листы и плиты: при холодной прокатке материал склонен к растрескиванию. Данное ограничение отличает ВТ5 от родственного сплава ВТ5-1, у которого технологическая пластичность улучшена введением олова.

Сварка

ВТ5 сваривается всеми методами сварки плавлением. Прочность сварного соединения близка к прочности основного металла. После сварки рекомендуется неполный отжиг для снятия остаточных сварочных напряжений. Коррозионная стойкость в большинстве агрессивных сред у сварного шва аналогична основному металлу.

ВТ5 и ВТ5Л: деформируемый и литейный варианты

При поставке в виде фасонного литья тот же по составу сплав маркируется ВТ5Л. Литейная версия отличается от деформируемой рядом особенностей:

• высокая жидкотекучесть и малый интервал кристаллизации — технологическое преимущество при литье сложных профилей;
• механические свойства литой детали несколько уступают кованой или штампованной из-за литейной пористости и более крупнозернистой структуры;
• применяется там, где форма детали не позволяет получить её деформированием.

На практике нередко предпочитают именно ВТ5Л — когда конфигурация детали сложна, а требования к прочности не исчерпывают возможности деформированного сплава.

Области применения сплава ВТ5

Сочетание высокой удельной прочности, коррозионной стойкости и рабочего диапазона от криогенных до +400°С определяет следующие основные направления:

• Авиастроение. Штампосварные детали и узлы систем управления, внутренний набор фюзеляжа самолётов; детали, длительно работающие при температурах до +400°С с ресурсом до 10 000 часов.
• Ракетная техника. Конструктивные элементы, работающие при повышенных и пониженных температурах.
• Химическое производство. Аппаратура, контактирующая с агрессивными средами: коррозионная стойкость ВТ5 в большинстве окислительных и хлорсодержащих сред аналогична техническому титану ВТ1-0.
• Криогенная техника. Детали и сосуды, работающие в диапазоне до −253°С.

Подробнее о классификации и выборе марок описано на странице титановые сплавы. В качестве более прочного α+β-аналога для нагруженных деталей авиаконструкций нередко рассматривают сплав ВТ6.

Формы поставки

Из деформируемого сплава ВТ5 изготавливают следующие виды полуфабрикатов:

• прутки;
• профили;
• поковки;
• штампованные заготовки.

Листы, плиты и проволока из ВТ5 не производятся — из-за ограниченной технологической пластичности в холодном состоянии. Для получения литых деталей поставляется в виде расходуемых электродов вакуумно-дугового переплава (под марку ВТ5Л). Конкретные размеры, допуски и объём поставки — по согласованию.