Титан ВТ6

Титан ВТ6 — двухфазный (α+β) деформируемый сплав системы Ti–Al–V. Разработан ВИАМ (Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов). Зарубежный аналог — Ti-6Al-4V (Grade 5, ASTM). На сплавы этого типа приходится около 50 % всего титана, используемого в аэрокосмической промышленности, что объясняется удачным сочетанием прочности, пластичности и технологичности при малой плотности.

Химический состав и марки регламентированы ГОСТ 19807-91. Листовой прокат выпускается по ГОСТ 22178-76, прутки — по ГОСТ 26492-85. Сплав применяется для изготовления крупногабаритных сварных и сборных конструкций летательных аппаратов, баллонов с высоким внутренним давлением, работающих в диапазоне температур от −196 до +450 °С, а также других ответственных конструктивных элементов.

Химический состав сплава ВТ6 по ГОСТ 19807-91

Основа сплава — титан (86,45–90,9 %). Ключевые легирующие элементы — алюминий (α-стабилизатор) и ванадий (β-стабилизатор). Алюминий повышает прочность и жаропрочность, снижает плотность и уменьшает склонность к водородной хрупкости. Ванадий — один из немногих легирующих элементов титана, который одновременно повышает прочность и пластичность.

Суммарное содержание прочих примесей — не более 0,30 %. Массовая доля меди и никеля в сумме — не более 0,10 %, в том числе никеля — не более 0,08 %. Содержание водорода указано для слитков.

Механические свойства титана ВТ6

Механические характеристики сплава зависят от вида полуфабриката и режима термической обработки. Ниже приведены типовые значения при температуре 20 °С.

Закалка и старение повышают прочность сплава на 15–20 % по сравнению с отожжённым состоянием при сохранении достаточной пластичности.

Физические свойства сплава ВТ6

Плотность ВТ6 почти в два раза ниже, чем у конструкционных сталей (~7800 кг/м³), при сопоставимой удельной прочности. Теплопроводность сплава низкая — примерно в 3–4 раза ниже, чем у стали, и в 7–8 раз ниже, чем у алюминия. Это необходимо учитывать при механической обработке и проектировании теплонагруженных конструкций.

Термическая обработка титана ВТ6

Сплав ВТ6 применяют в отожжённом и термически упрочнённом состояниях. Основные виды термической обработки:

Отжиг

Стандартный отжиг листов, тонкостенных труб, профилей и деталей из них проводят при 750–800 °С с последующим охлаждением на воздухе или вместе с печью. Для прутков, поковок и штамповок крупного сечения охлаждение с печью предотвращает коробление, а для мелких деталей — исключает частичную закалку. Отжиг формирует равновесную структуру и обеспечивает оптимальный баланс прочности и пластичности.

Повышение температуры отжига до 900–950 °С приводит к формированию смешанной структуры с большой долей пластинчатой составляющей. Такой режим повышает вязкость разрушения и ударную вязкость при сохранении пластических свойств, а также улучшает сопротивление коррозионному растрескиванию.

Закалка и старение

Закалку проводят с нагревом до 930–950 °С и охлаждением в воде. Последующее старение при 450–550 °С в течение 2–16 часов обеспечивает максимальную прочность — до 1100–1200 МПа. При этом пластичность снижается, поэтому режим выбирают исходя из конкретных эксплуатационных требований.

Двойной отжиг

Высокотемпературный отжиг при 950–980 °С с быстрым охлаждением и последующий низкотемпературный отжиг при 550–650 °С формируют структуру с повышенной усталостной прочностью. Применяется для ответственных деталей, работающих в условиях циклических нагрузок.

Коррозионная стойкость ВТ6

При обычных условиях на поверхности сплава образуется плотная пассивирующая плёнка оксида TiO₂, которая обеспечивает высокую коррозионную стойкость. Даже при механическом повреждении плёнка быстро восстанавливается (пассивация).

Сплав ВТ6 устойчив в атмосферных условиях, морской воде, растворах большинства хлоридов, разбавленных щелочах (NaOH до 20 %), азотной кислоте любых концентраций, а также в большинстве органических кислот.

Среды, агрессивные по отношению к ВТ6: плавиковая кислота (даже 1 % HF вызывает интенсивную коррозию), концентрированная серная кислота (при 40–70 %), соляная кислота при повышенной температуре и концентрации, горячие концентрированные щёлочи (40 % NaOH при нагреве), а также фторсодержащие среды.

По сравнению со сплавами ОТ4 и ОТ4-1 титан ВТ6 обладает меньшей чувствительностью к водороду и низкой склонностью к солевой коррозии.

Свариваемость и обработка давлением

Сплав ВТ6 сваривается всеми основными способами сварки титановых сплавов: аргонодуговой (TIG), электронно-лучевой, плазменной. Обязательное условие — надёжная защита зоны сварки от атмосферных газов (аргон, вакуум). После сварки рекомендуется отжиг при 600–650 °С для снятия остаточных напряжений и стабилизации структуры шва.

В горячем состоянии сплав хорошо деформируется, что позволяет выпускать из него широкий сортамент полуфабрикатов: листы, плиты, прутки, поковки, штамповки, трубы, профили, проволоку, ленту и фольгу.

Применение сплава ВТ6

Основные области применения определяются сочетанием высокой удельной прочности, коррозионной стойкости, работоспособности в широком температурном диапазоне и свариваемости:

• Авиация и ракетостроение — силовые элементы планёра (кронштейны, балки, рамы, узлы крепления), обшивка, детали шасси и двигателей. Рабочая температура деталей — до +450 °С.
• Баллоны высокого давления — для сжатых и сжиженных газов, работающие при температурах от −196 до +450 °С.
• Судостроение — элементы конструкций, работающие в морской воде и в контакте с агрессивными средами.
• Химическое машиностроение — теплообменники, реакторы, трубопроводы для коррозионно-активных сред (при условии отсутствия фторсодержащих компонентов).
• Медицина — имплантаты (благодаря биосовместимости и модулю упругости, близкому к костной ткани).

Формы поставки титана ВТ6

Прокат из сплава ВТ6 поставляется в отожжённом состоянии. Основные виды полуфабрикатов: лист, плита, пруток (круг), шестигранник, труба, проволока, лента, фольга, поковки и штамповки. Подробнее о характеристиках различных марок — в разделе титановые сплавы.