Сплав 50ТМБ-ВД

Сплав 50ТМБ-ВД — деформируемый β-сплав на основе титана с высоким суммарным содержанием молибдена и ниобия. В технической документации встречается сокращённое обозначение 50ТМБ без указания метода выплавки. Суффикс «ВД» означает вакуумно-дуговой переплав (ВАП) — метод, применяемый для получения однородных слитков с минимальным содержанием газовых примесей.

Химический состав сплава 50ТМБ-ВД

Основа сплава — титан с долей не менее 52,1 %. Главные легирующие элементы — молибден и ниобий в близких концентрациях. В малых количествах присутствуют рений, кобальт и железо.

Суммарная доля молибдена и ниобия достигает 40–47 %, что принципиально отличает 50ТМБ от большинства промышленных титановых сплавов серий ВТ и ОТ, где β-стабилизаторы вводятся в значительно меньших количествах.

Бета-фазовая структура: роль молибдена и ниобия

Кристаллическая структура титана существует в двух аллотропных модификациях: низкотемпературная α-фаза с гексагональной плотноупакованной (ГПУ) решёткой и высокотемпературная β-фаза с объёмно-центрированной кубической (ОЦК) решёткой. Полиморфное превращение α↔β у чистого титана происходит при 882 °C.

Молибден и ниобий относятся к изоморфным β-стабилизаторам: они снижают температуру полиморфного превращения и расширяют область устойчивого существования β-фазы. При достаточно высоком суммарном содержании этих элементов β-фаза сохраняется вплоть до комнатной температуры — сплав полностью β-фазный. Именно это и реализовано в 50ТМБ-ВД: суммарный молибденовый эквивалент (показатель интенсивности β-стабилизации) существенно превышает пороговое значение, необходимое для фиксации однофазной ОЦК-структуры при закалке.

Практические следствия β-фазовой структуры:

• Хорошая технологическая пластичность — ОЦК-решётка имеет больше систем скольжения по сравнению с ГПУ, что облегчает деформирование.
• Возможность упрочнения термообработкой — закалка с последующим старением вызывает выделение тонкодисперсной α-фазы, повышающей прочность.
• Мелкозернистая однородная структура — обеспечивается вакуумно-дуговым переплавом в сочетании с высоким содержанием β-стабилизаторов, подавляющих рост зерна при кристаллизации.

Рений в количестве до 0,3 % дополнительно упрочняет твёрдый раствор и повышает стабильность β-фазы при повышенных температурах. Кобальт в малых дозах оказывает схожее упрочняющее действие. Железо является типичной технологической примесью, допустимое содержание которой ограничено.

Вакуумно-дуговой переплав (ВД): зачем он нужен

Метод ВД (вакуумно-дуговой переплав, VAR — Vacuum Arc Remelting) предполагает плавление расходуемого электрода дуговым разрядом в условиях глубокого вакуума. Основные технологические задачи:

• удаление растворённых газов — кислорода, азота и водорода, охрупчивающих титановые сплавы;
• снижение содержания неметаллических включений;
• обеспечение химической и структурной однородности по сечению слитка.

Слитки ответственного назначения, как правило, подвергаются двойному переплаву для достижения максимальной однородности состава. После переплава слиток подвергается термомеханической обработке (ковка, прокатка) для получения полуфабрикатов нужного профиля.

Свойства сплава 50ТМБ-ВД

Коррозионная стойкость. Как и другие титановые сплавы, 50ТМБ-ВД защищён плотной самовосстанавливающейся оксидной плёнкой TiO₂, устойчивой в большинстве водных сред, разбавленных минеральных кислотах и щелочах. Высокое содержание ниобия дополнительно усиливает коррозионную стойкость в кислых средах — ниобий известен способностью повышать химическую инертность Ti-сплавов при добавлении в количестве от 2–3 %.

Механические свойства. β-сплавы титана в отожжённом состоянии обладают хорошей пластичностью при умеренной прочности. После термической обработки (закалка + старение) прочностные характеристики существенно возрастают. Конкретные механические характеристики 50ТМБ-ВД (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение) задаются в технической документации на конкретный вид полуфабриката.

Пластичность при обработке давлением. Однофазная β-структура обеспечивает хорошую технологическую пластичность — прокатку, ковку, волочение без склонности к расслоению.

Применение сплава 50ТМБ-ВД

Сочетание коррозионной стойкости, пластичности и возможности упрочнения термообработкой делает 50ТМБ-ВД пригодным для деталей, работающих в химически агрессивных средах и условиях циклических нагрузок.

Авиационная промышленность. β-сплавы титана — устоявшийся класс материалов для высоконагруженных конструкционных элементов планера: крепёжных элементов, пружин, тяг. Высокое отношение прочности к плотности при хорошей коррозионной стойкости определяет их применение в этой отрасли.

Медицинская техника. Бета-титановые сплавы с молибденом и ниобием обладают сниженным модулем упругости по сравнению с α+β-сплавами (например, ВТ6). Это приближает жёсткость имплантата к жёсткости кортикальной костной ткани, снижает эффект «экранирования нагрузки» и продлевает срок службы ортопедических конструкций. Биосовместимость Mo и Nb подтверждена исследованиями.

Химическое и нефтегазовое оборудование. Коррозионная стойкость в агрессивных средах определяет применение в трубопроводах, теплообменниках и арматуре, контактирующих с кислыми и хлорсодержащими средами.

Формы поставки сплава 50ТМБ-ВД

Поставляется в виде деформированных полуфабрикатов:

• лист;
• фольга титановая;
• труба;
• пруток (круг).

Поставка осуществляется по техническим условиям. Выбор типоразмера и состояния поставки (отожжённое, закалённое и состаренное) согласовывается при оформлении заказа. Подробнее о номенклатуре деформируемых титановых сплавов в нашем каталоге.