Титан ВТ9

Титановый сплав ВТ9: характеристики, состав и применение

Сплав ВТ9 относится к жаропрочным деформируемым титановым сплавам системы Ti–Al–Mo–Zr–Si. По структуре классифицируется как двухфазный (α+β)-сплав. Основное назначение — детали газотурбинных двигателей и компрессоров, работающие при температурах до 500 °C. Сплав обладает высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью и хорошей термической стабильностью.

Химический состав сплава ВТ9 по ГОСТ 19807-91

Состав сплава ВТ9 регламентирован ГОСТ 19807-91 «Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки». Основу составляет титан (86,15–89,9 %). Легирующие элементы обеспечивают жаропрочность и высокие механические характеристики.

Основные легирующие элементы

• Алюминий (Al): 5,8–7,0 % — повышает прочность и жаропрочность;
• Молибден (Mo): 2,8–3,8 % — стабилизирует β-фазу, повышает прочность;
• Цирконий (Zr): 1,0–2,0 % — улучшает жаропрочность;
• Кремний (Si): 0,20–0,35 % — повышает сопротивление ползучести.

Примеси (не более)

• Железо (Fe): 0,25 %;
• Кислород (O): 0,15 %;
• Углерод (C): 0,10 %;
• Азот (N): 0,05 %;
• Водород (H): 0,015 % (для слитков);
• Прочие примеси суммарно: 0,30 %.

По ГОСТ 19807-91 допускается частичная замена молибдена вольфрамом в количестве до 0,3 % при сохранении суммарного содержания Mo+W в пределах нормы для молибдена. Суммарное содержание хрома и марганца не должно превышать 0,15 %, меди и никеля — 0,10 % (в том числе никеля не более 0,08 %).

Физические свойства титанового сплава ВТ9

Сплав ВТ9 характеризуется относительно низкой плотностью при высокой прочности, что обеспечивает превосходную удельную прочность — важный параметр для авиационной техники.

• Плотность при 20 °C: 4510 кг/м³;
• Модуль упругости (E): 1,18×10⁵ МПа;
• Класс по структуре: α+β.

Температура плавления сплава ВТ9 несколько ниже, чем у чистого титана (1668 °C), из-за присутствия легирующих элементов. Точное значение зависит от конкретного химического состава в пределах марочного диапазона.

Механические свойства ВТ9 при температуре 20 °C

Механические характеристики сплава ВТ9 зависят от вида полуфабриката и термической обработки. Данные приведены согласно ГОСТ 26492-85 для прутков и технической документации для штамповок.

Прутки катаные (ГОСТ 26492-85)

• Предел прочности (σв): 930–980 МПа;
• Относительное удлинение (δ5): 6–7 %;
• Относительное сужение (ψ): 15–16 %;
• Ударная вязкость (KCU): 200–250 кДж/м²;
• Термообработка: отжиг.

Прутки повышенного качества (ГОСТ 26492-85)

• Предел прочности (σв): 980–1230 МПа;
• Относительное удлинение (δ5): 7–9 %;
• Относительное сужение (ψ): 16–30 %;
• Ударная вязкость (KCU): 300 кДж/м²;
• Термообработка: отжиг.

Штамповки и поковки

• Предел прочности (σв): 1100–1300 МПа;
• Относительное удлинение (δ5): 8–14 %;
• Относительное сужение (ψ): 25–45 %;
• Ударная вязкость (KCU): 200–500 кДж/м²;
• Термообработка: отжиг или закалка со старением.

Дополнительное упрочнение достигается закалкой с последующим старением, что позволяет повысить предел прочности до верхних значений диапазона.

Формы поставки сплава ВТ9

Сплав ВТ9 выпускается в различных видах полуфабрикатов для изготовления деталей методами механической обработки, ковки и штамповки.

Прутки катаные

Прутки из сплава ВТ9 производятся по ГОСТ 26492-85 «Прутки катаные из титана и титановых сплавов». Поставляются горячекатаными без термической обработки. Доступны в двух группах качества: обычного и повышенного (маркируется буквой «П»). Диаметры — от 10 до 150 мм. Подробнее о титановых прутках марок ВТ на сайте RusskijMetall.ru.

Поковки и штамповки

Поковки и штамповки из сплава ВТ9 изготавливаются с формой, приближенной к готовой детали. Применяется термическая обработка: отжиг или закалка со старением — в зависимости от требуемых механических характеристик.

Другие виды полуфабрикатов

Сплав ВТ9 также может поставляться в виде листов, плит, лент и слитков для последующей переработки. Ассортимент титановых сплавов представлен в каталоге RusskijMetall.ru.

Коррозионная стойкость

Сплав ВТ9 обладает высокой коррозионной стойкостью, характерной для титановых сплавов. Устойчив к воздействию атмосферы, морской воды, многих кислот и щелочей. Защитная оксидная плёнка TiO₂ обеспечивает пассивацию поверхности.

Область применения сплава ВТ9

Основная сфера применения — авиационная и газотурбинная техника. Сплав ВТ9 используется для изготовления деталей, работающих при температурах до 500 °C:

• Лопатки компрессоров газотурбинных двигателей;
• Диски компрессоров;
• Силовые и крепёжные детали авиадвигателей;
• Элементы конструкции планера самолёта, работающие при повышенных температурах;
• Детали энергетического оборудования.

По сравнению со сплавом ВТ6, сплав ВТ9 обеспечивает более высокую жаропрочность за счёт повышенного содержания алюминия и легирования кремнием. Рабочая температура ВТ9 составляет до 500 °C против 350–400 °C у ВТ6.

Особенности механической обработки

Механическая обработка сплава ВТ9 имеет ряд особенностей, связанных с его высокой прочностью и низкой теплопроводностью титановых сплавов.

• Скорость резания ниже, чем для нержавеющих сталей;
• Необходимо интенсивное охлаждение зоны резания;
• Рекомендуется использование твердосплавного инструмента;
• Склонность к наклёпу требует правильного выбора режимов резания.

Наилучшая обрабатываемость достигается в отожжённом состоянии до проведения упрочняющей термической обработки. Применяются стандартные методы: точение, фрезерование, сверление, шлифование.

Нормативная документация

• ГОСТ 19807-91 — Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки;
• ГОСТ 26492-85 — Прутки катаные из титана и титановых сплавов. Технические условия;
• ОСТ 1 90013-81 — Сплавы титановые. Марки.

Сплав ВТ9 остаётся востребованным материалом в авиастроении и машиностроении благодаря сочетанию высокой жаропрочности, коррозионной стойкости и относительно низкой плотности. При выборе формы поставки следует учитывать требуемые механические характеристики и особенности последующей обработки.