Титан марки ВТ20: свойства, характеристики и промышленное применение

Титан марки ВТ20 — высокопрочный жаропрочный деформируемый α-сплав, широко применяемый в авиационной, космической и других отраслях промышленности. Компания "ОборонСпецСплав" предлагает полный ассортимент полуфабрикатов из титана ВТ20, соответствующих требованиям ГОСТ 19807-91. Благодаря уникальному сочетанию жаропрочности, коррозионной стойкости и отличной свариваемости, этот материал является оптимальным выбором для изготовления ответственных деталей и конструкций, длительно работающих при температурах до 500°C.

Расшифровка маркировки и состав титана ВТ20

Маркировка ВТ20 имеет следующую расшифровку:

• В — разработан во Всероссийском научно-исследовательском институте Авиационных Материалов (ВИАМ)
• Т — титановый сплав
• 20 — порядковый номер разработки

Химический состав по ГОСТ 19807-91

Химический состав титанового сплава ВТ20 регламентируется ГОСТ 19807-91 "Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки". Сплав относится к псевдо-α-сплавам с повышенным содержанием алюминия, что обеспечивает его высокую жаропрочность.

Элемент	Содержание, %	Влияние на свойства
Титан (Ti)	84,938-91,7	Основа сплава
Алюминий (Al)	5,5-7,0	Основной легирующий элемент, повышает жаропрочность, снижает плотность
Цирконий (Zr)	1,5-2,5	Упрочняет α-фазу, повышает жаропрочность и сопротивление ползучести
Ванадий (V)	0,8-2,5	Стабилизирует β-фазу, улучшает прочность и технологичность
Молибден (Mo)	0,5-2,0	Стабилизирует β-фазу, повышает прочность, улучшает жаропрочность
Железо (Fe)	≤ 0,3	Стабилизирует β-фазу, повышает прочность
Кремний (Si)	≤ 0,15	Повышает жаропрочность и сопротивление ползучести
Кислород (O)	≤ 0,15	Повышает прочность, но снижает пластичность и вязкость
Углерод (C)	≤ 0,1	Повышает прочность, но снижает пластичность
Азот (N)	≤ 0,05	Повышает прочность, но снижает пластичность и вязкость
Водород (H)	≤ 0,012	Вредная примесь, вызывает водородную хрупкость

Суммарное содержание примесей в сплаве ВТ20 не превышает 0,3%, что обеспечивает стабильность его свойств и высокое качество изделий. Относительно высокое содержание алюминия (5,5-7,0%) в сочетании с цирконием (1,5-2,5%) обеспечивает повышенную жаропрочность и стабильность свойств при высоких температурах.

Физические и механические свойства титана ВТ20

Титановый сплав ВТ20 обладает комплексом ценных физико-механических характеристик, определяющих его широкое применение в различных отраслях промышленности:

Физические свойства

Свойство	Значение
Плотность	4,45-4,5 г/см³
Температура плавления	1650-1660°C
Теплопроводность (при 20°C)	7,9-8,4 Вт/(м·°C)
Удельная теплоемкость (при 20°C)	0,586 кДж/(кг·°C)
Температурный коэффициент линейного расширения (при 20-100°C)	8,2·10⁻⁶ °C⁻¹
Удельное электрическое сопротивление	150-160·10⁻⁶ Ом·см
Модуль упругости	115-120 ГПа

Механические свойства

Механические свойства сплава ВТ20 зависят от вида полуфабриката и состояния поставки:

Свойство	Листы, плиты	Прутки, поковки
Предел прочности при растяжении (σв), МПа	950-1100	950-1150
Предел текучести (σт), МПа	880-1000	880-1050
Относительное удлинение (δ), %	8-12	6-10
Относительное сужение (ψ), %	20-30	15-25
Ударная вязкость (KCU), МДж/м²	0,3-0,5	0,3-0,4
Твердость (HB)	285-335	285-340

Жаропрочные свойства

Сплав ВТ20 сохраняет высокие механические свойства при повышенных температурах:

Температура, °C	Предел прочности (σв), МПа	Предел текучести (σт), МПа
20	950-1100	880-1000
200	800-900	700-850
300	700-800	600-700
400	600-700	500-600
500	500-600	400-500

Технологические свойства

• Свариваемость — хорошая, сплав сваривается всеми видами сварки (аргонодуговая, электронно-лучевая, контактная)
• Деформируемость — хорошая в горячем состоянии, ограниченная в холодном
• Обрабатываемость резанием — удовлетворительная, требует специальных режимов и инструментов
• Коррозионная стойкость — высокая в различных средах, включая морскую воду и многие химические реагенты
• Жаропрочность — сохраняет работоспособность при температурах до 500°C

Термическая обработка титана ВТ20

Сплав ВТ20 поддается термической обработке для улучшения структуры и свойств. Основные виды термической обработки:

Отжиг

Отжиг применяется для снятия внутренних напряжений и получения стабильной структуры. Режимы отжига:

• Полный отжиг: нагрев до 750-800°C, выдержка 1-2 часа, охлаждение с печью
• Двойной отжиг: нагрев до 880-900°C, выдержка 1 час, охлаждение до 550-650°C, выдержка 2-3 часа, охлаждение на воздухе

Старение

Старение применяется для повышения прочности и стабилизации структуры:

• Нагрев до 450-550°C
• Выдержка 5-10 часов
• Охлаждение на воздухе

Термическая обработка сварных соединений

После сварки для снятия внутренних напряжений и стабилизации структуры рекомендуется проводить отжиг:

• Нагрев до 600-650°C
• Выдержка 1-2 часа
• Охлаждение на воздухе

Термическая обработка позволяет получить оптимальное сочетание прочности, пластичности и жаропрочности для конкретных условий эксплуатации изделий из сплава ВТ20.

Особенности обработки титана ВТ20

Сплав ВТ20 характеризуется специфическими особенностями при различных видах обработки:

Горячая деформация

Титан ВТ20 хорошо деформируется в горячем состоянии при следующих температурах:

• Ковка и штамповка: 870-970°C с окончанием деформации при температуре не ниже 750-800°C
• Прокатка: 820-950°C
• Прессование: 850-950°C

После горячей деформации рекомендуется проводить отжиг для снятия внутренних напряжений и получения стабильной структуры материала.

Холодная деформация

Холодная деформация сплава ВТ20 ограничена из-за высокого содержания алюминия. Допускается холодная деформация с небольшими степенями обжатия (до 10-15%). Для более значительных деформаций рекомендуется применять теплую (400-600°C) или горячую (800-950°C) деформацию.

Обработка резанием

При обработке резанием титана ВТ20 необходимо учитывать следующие особенности:

• Использование твердосплавного инструмента с положительными передними углами
• Применение низких скоростей резания (20-30 м/мин)
• Обильное охлаждение для предотвращения перегрева и наводороживания
• Жесткое закрепление заготовки и инструмента для исключения вибраций

Сварка

Сплав ВТ20 обладает хорошей свариваемостью. Особенности процесса сварки:

• Тщательная очистка свариваемых поверхностей от загрязнений и оксидных пленок
• Использование инертной защитной атмосферы (аргон, гелий)
• Применение присадочной проволоки аналогичного состава или из сплава ВТ1-00
• Контроль параметров режима сварки для минимизации тепловложения
• Отжиг после сварки для снятия внутренних напряжений

Формы поставки титана ВТ20

Компания "ОборонСпецСплав" предлагает титан марки ВТ20 в различных формах поставки:

Титановый лист ВТ20

Титановый лист марки ВТ20 изготавливается из деформируемого сплава, толщиной от 0,3 мм. Характеристики:

• Толщина: от 0,3 до 10,0 мм
• Ширина: от 500 до 2000 мм
• Длина: от 1000 до 6000 мм
• Состояние поставки: отожженное

Титановая плита ВТ20

Титановая плита марки ВТ20, прямоугольник, со сплошным сечением. Обладает отличными коррозионными и деформируемыми свойствами. Параметры:

• Толщина: от 10,0 до 150,0 мм
• Ширина: от 500 до 2000 мм
• Длина: от 1000 до 6000 мм
• Состояние поставки: отожженное

Титановый пруток ВТ20

Титановый пруток марки ВТ20, цилиндрическая, длинномерная заготовка. Производится из деформируемого сплава. Характеристики:

• Диаметр: от 8 до 200 мм
• Длина: от 1000 до 6000 мм
• Состояние поставки: отожженное

Титановый круг ВТ20

Титановый круг марки ВТ20, заготовка сплошного, круглого сечения. Используется в машиностроении и приборостроении. Параметры:

• Диаметр: от 20 до 250 мм
• Длина: от 1000 до 6000 мм
• Состояние поставки: отожженное

Титановый слиток ВТ20

Титановый слиток марки ВТ20, или чушка, изделие предназначенное для переплавки и изготовления изделий. Характеристики:

• Диаметр: от 200 до 1000 мм
• Длина: от 500 до 4000 мм
• Масса: от 100 до 10000 кг

Титановая фольга ВТ20

Титановая фольга из сплава ВТ20 обычно изготавливается методом холодной прокатки с промежуточными отжигами. Параметры:

• Толщина: от 0,05 до 0,3 мм
• Ширина: от 100 до 1000 мм
• Состояние поставки: отожженное

Титановая труба ВТ20

Трубы из сплава ВТ20 изготавливаются путем горячей или холодной деформации с промежуточными отжигами. Характеристики:

• Наружный диаметр: от 10 до 200 мм
• Толщина стенки: от 0,5 до 10,0 мм
• Длина: от 1000 до 6000 мм
• Состояние поставки: отожженное

Области применения титана ВТ20

Благодаря своим высоким механическим и жаропрочным свойствам, титановый сплав ВТ20 нашел широкое применение в различных отраслях промышленности:

Авиационная промышленность

• Обшивки крыла самолетов
• Элементы силовых конструкций летательных аппаратов
• Детали и сварные узлы, работающие при повышенных температурах
• Компоненты двигателей и выхлопных систем

Космическая техника

• Корпусные детали и элементы конструкций космических аппаратов
• Баки для компонентов ракетного топлива
• Детали двигательных установок
• Теплозащитные экраны

Энергетическое машиностроение

• Теплообменники
• Детали турбин
• Корпуса реакторов
• Элементы трубопроводов

Химическая промышленность

• Реакторы и емкости для агрессивных сред
• Трубопроводы для транспортировки коррозионно-активных веществ
• Насосы и клапаны
• Теплообменное оборудование

Нефтегазовая промышленность

• Детали морских платформ
• Оборудование для глубоководной добычи
• Компоненты насосно-компрессорного оборудования
• Элементы трубопроводов

Судостроение

• Корпусные детали подводных лодок
• Гребные винты
• Детали энергетических установок
• Элементы конструкций, работающие в морской воде

Преимущества и недостатки титана ВТ20

Преимущества

• Высокая жаропрочность до 500°C
• Отличная коррозионная стойкость в различных средах
• Хорошая свариваемость всеми видами сварки
• Высокая удельная прочность (отношение прочности к плотности)
• Стабильность механических свойств при длительной эксплуатации при повышенных температурах
• Высокое сопротивление ползучести
• Хорошая технологичность при горячей деформации

Недостатки

• Более высокая стоимость по сравнению с конструкционными сталями
• Ограниченная холодная деформируемость
• Сложность обработки резанием
• Необходимость защитной атмосферы при сварке и термической обработке
• Склонность к водородной хрупкости при неправильном хранении или обработке
• Относительно низкая теплопроводность

Сравнение титана ВТ20 с другими титановыми сплавами

Характеристика	ВТ20	ВТ6	ВТ5-1	ОТ4-1
Тип сплава	Псевдо-α	(α+β)	α	Псевдо-α
Главные легирующие элементы	Al, Zr, Mo, V	Al, V	Al, Sn	Al, Mn
Содержание Al, %	5,5-7,0	5,3-6,8	4,5-6,0	3,5-5,0
Предел прочности, МПа	950-1100	850-950	750-950	700-900
Максимальная рабочая температура, °C	500	350-400	400	350
Свариваемость	Хорошая	Хорошая	Отличная	Хорошая
Холодная деформируемость	Ограниченная	Ограниченная	Удовлетворительная	Хорошая
Основное применение	Жаропрочные детали, обшивки крыла	Универсальное применение	Детали, работающие до 400°C	Детали с хорошей свариваемостью

Часто задаваемые вопросы о титане ВТ20

Заключение

Титан марки ВТ20 представляет собой высокопрочный жаропрочный псевдо-α-сплав, разработанный для длительной эксплуатации при температурах до 500°C. Благодаря оптимальному легированию алюминием, цирконием, молибденом и ванадием, этот материал обладает исключительным сочетанием прочности, жаропрочности, коррозионной стойкости и свариваемости.

Основными преимуществами сплава ВТ20 являются: высокая удельная прочность, стабильность свойств при повышенных температурах, отличная коррозионная стойкость в различных средах и хорошая технологичность при сварке и горячей деформации. Эти характеристики делают его незаменимым материалом для изготовления ответственных деталей и конструкций в авиационной, космической и других высокотехнологичных отраслях промышленности.

Компания "ОборонСпецСплав" предлагает полный ассортимент полуфабрикатов из титана ВТ20 (листы, плиты, прутки, круги, слитки, фольгу, трубы), изготовленных в строгом соответствии с требованиями ГОСТ 19807-91. Наши специалисты готовы проконсультировать вас по вопросам выбора оптимальных характеристик материала и оформления заказа на поставку титана ВТ20 в требуемой форме.

Информация для данной статьи подготовлена на основе ГОСТ 19807-91 и многолетнего практического опыта специалистов компании "ОборонСпецСплав" в области поставок и применения титановых сплавов. Представленные технические характеристики соответствуют требованиям нормативной документации и отражают реальные свойства материала.