Сплав 19Б

Сплав 19Б — деформируемый титановый сплав системы Ti–Al–Nb–Zr, модифицированный бором. По структуре в отожжённом состоянии относится к псевдо-α-классу: основу составляет α-фаза (ГПУ-решётка) с небольшим количеством β-фазы, стабилизированной ниобием. Базовая марка — сплав 19; суффикс «Б» означает введение бора в качестве модификатора. Сочетание высокого содержания алюминия, ниобия и циркония определяет жаропрочность и высокую удельную прочность материала.

Химический состав сплава 19Б

Состав регламентируется ГОСТ 19807-91 и ОСТ 1-92077-91. Массовые доли элементов:

Элемент	Содержание, %
Титан (Ti)	Основа
Алюминий (Al)	5,0–6,5
Ниобий (Nb)	2,5–4,0
Цирконий (Zr)	1,0–2,5
Железо (Fe)	до 0,20
Кремний (Si)	до 0,12
Кислород (O)	до 0,14
Углерод (C)	до 0,08
Азот (N)	до 0,04
Бор (B)	до 0,003 (расчётное, аналитически не определяется)
Прочие примеси (в сумме)	не более 0,30

Водород (H) для полуфабрикатов нормируется отдельно применимым ОСТ — как правило, не более 0,006%. Бор вводится расчётным количеством при выплавке; его содержание в готовом полуфабрикате не сертифицируется аналитически, что предусмотрено ГОСТ 19807-91.

Структурный класс и фазовый состав

Псевдо-α-сплавы занимают промежуточное положение между чистыми α-сплавами (ВТ5, ВТ5-1) и двухфазными (α+β)-сплавами. Присутствие ниобия — изоморфного β-стабилизатора — создаёт небольшое количество стабильной β-фазы (несколько процентов), что улучшает ударную вязкость и технологическую пластичность по сравнению с однофазными α-сплавами, не снижая при этом жаропрочности.

В отличие от классических (α+β)-сплавов (типа ВТ6), псевдо-α-сплавы имеют более высокую термическую стабильность структуры, лучше свариваются и сохраняют свойства в зоне термического влияния сварного шва без обязательной последующей термообработки.

Подробнее о группах деформируемых марок и их сравнительных характеристиках — в разделе титановые сплавы.

Роль легирующих элементов

Алюминий (Al, 5–6,5%) — основной α-стабилизатор в составе. Повышает прочность за счёт твердорастворного упрочнения α-фазы, увеличивает модуль упругости и жаропрочность, снижает плотность сплава. Верхняя граница 6,5% установлена потому, что при превышении ~7% Al в Ti-Al-системах образуется хрупкая интерметаллидная фаза Ti₃Al, резко снижающая пластичность и ударную вязкость.

Ниобий (Nb, 2,5–4%) — изоморфный β-стабилизатор. Среди β-стабилизаторов ниобий выделяется тем, что неограниченно растворяется в β-Ti и практически не образует эвтектоидных фаз. Он повышает прочность при повышенных температурах, при этом почти не снижая пластичность и коррозионную стойкость. Это делает Nb предпочтительным легирующим элементом в жаропрочных псевдо-α-сплавах по сравнению с Mo и V.

Цирконий (Zr, 1–2,5%) — нейтральный упрочнитель. Не смещает температуру α/β-превращения, но упрочняет матрицу за счёт твердорастворного механизма. Главный вклад — увеличение предела ползучести и длительной прочности, что определяет работоспособность при длительных нагрузках в условиях повышенных температур.

Бор (B, до 0,003%) — модификатор структуры слитка. Микроколичество бора существенно измельчает зерно при кристаллизации, обеспечивая более равномерную структуру по сечению слитка. Следствие — улучшение однородности механических свойств, в том числе усталостных характеристик готовых полуфабрикатов. Именно по эффекту на структуру сплав 19Б превосходит базовую марку 19.

Механические свойства в отожжённом состоянии

Нормируемые значения для горячекатаных прутков по ОСТ 1-92062-90, диаметр 25–150 мм:

Характеристика	Обозначение	Значение
Предел прочности при растяжении	σв	735–930 МПа
Предел текучести (условный 0,2%)	σт	не менее 685 МПа
Относительное удлинение	δ5	не менее 9%
Относительное сужение	ψ	не менее 25%
Ударная вязкость	KCU	не менее 500 кДж/м²

Приведённые значения — нормируемые минимумы (для предела прочности — диапазон допустимых значений). Полуфабрикаты поставляются в отожжённом состоянии. Упрочняющая термообработка (закалка + старение) для псевдо-α-сплавов с небольшим количеством β-фазы даёт незначительный эффект и в стандартной практике не применяется.

Жаропрочность и рабочие температуры сплава 19Б

Высокое содержание алюминия в сочетании с цирконием обеспечивает стабильность α-фазы при нагреве, а ниобий дополнительно повышает сопротивление ползучести. По своему структурному классу и составу сплав 19Б принадлежит к жаропрочным псевдо-α-сплавам — той же группе, что и ВТ20. Длительная эксплуатация под нагрузкой возможна при температурах до 450–500 °С. При кратковременных нагрузках допустимая температура выше, конкретные значения устанавливаются нормативной документацией на изделие.

Важная оговорка для технолога: псевдо-α-сплавы с высоким Al рекомендуется использовать при температурах ниже ~550–600 °С именно из-за риска образования Ti₃Al при длительном воздействии. Это не ограничение сплава 19Б специально, а общее правило для высокоалюминиевых α-матриц.

Технологичность: деформация, сварка, обработка резанием

Сплав перерабатывается методами горячей пластической деформации: прокатка, ковка, прессование. Деформация в холодном состоянии ограничена — требует высоких усилий и применяется только для листовых заготовок с незначительными обжатиями.

Свариваемость — хорошая. Аргонодуговая и электронно-лучевая сварка дают качественные соединения. Благодаря псевдо-α-структуре зона термического влияния сохраняет близкие к основному металлу свойства.

Обрабатываемость резанием — удовлетворительная, типичная для высокоалюминиевых Ti-сплавов: склонность к налипанию на инструмент, низкая теплопроводность. Требуются твёрдосплавный инструмент, малые скорости резания при значительной подаче и глубине, интенсивное охлаждение СОЖ.

Формы поставки титанового сплава 19Б

Стандартная форма поставки — горячекатаные прутки круглого сечения по ОСТ 1-92062-90 (диаметр от 25 до 150 мм). Также поставляются слитки, поковки и штампованные заготовки — по соответствующим ОСТ 1-серии. Точные допуски по размерам, качеству поверхности и группе качества (обычная или повышенная) уточняются при оформлении заявки.

Смотрите также: пруток титановый ВТ — поставка горячекатаных прутков из деформируемых титановых сплавов.

Области применения сплава 19Б

Сплав 19Б применяется для изготовления нагруженных деталей и конструктивных элементов, длительно работающих при повышенных температурах. Основная область — авиационная и аэрокосмическая техника: силовые конструктивные элементы планера и двигательных установок, детали компрессоров и агрегатов, несущие узлы, работающие в нагруженном состоянии при температурах выше 400 °С. Сочетание удельной прочности, жаропрочности и удовлетворительной свариваемости определяет выбор этого сплава для сварных узлов в составе тепловых конструкций.

Нормативная база

Сплав 19Б регламентируется следующими основными документами: ГОСТ 19807-91 «Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки» устанавливает марки, химический состав и правила борного модифицирования. ОСТ 1-92077-91 определяет химический состав базового сплава 19. ОСТ 1-92062-90 нормирует механические свойства горячекатаных прутков.