Каким видом полуфабриката обладает марка титановых сплавов вт5

Обновлено: 01.05.2025

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ПРУТКИ КАТАНЫЕ ИЗ ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Titanium and titanium alloys rolled bars.
Specifications

Дата введения 1987-01-01

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 26 марта 1985 г. N 829 срок действия установлен с 01.01.87 до 01.01.92*

* Ограничение срока действия снято постановлением Госстандарта СССР от 10.09.91 N 1439 (ИУС N 12, 1991 год). - Примечание изготовителя базы данных.

ВНЕСЕНЫ: Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 21.09.89 N 2802 с 01.04.90, Изменение N 2, утвержденное и введенное в действие Постановлением Комитета стандартизации и метрологии СССР от 10.09.91 N 1439 с 01.03.92

Изменения N 1, 2 внесены изготовителем базы данных по тексту ИУС N 12, 1989 год, ИУС N 12, 1991 год

Настоящий стандарт распространяется на круглые горячекатаные необточенные прутки из титана и титановых сплавов.

Марки, химсостав, требования к качеству, цветовая маркировка

Марки, химсостав

ВТ3-1, ВТ5, ВТ5-1, ВТ6, ВТ6С, ВТ6Ч, ВТ8, Вт8М, Вт8М-1, ВТ9, ВТ14, Вт16, ВТ18, ВТ18У, ВТ20, ВТ22; ВТ23, ВТ25, ВТ25У;
ОТ4, ОТ4-0, ОТ4-1;
ТС6, ПТ-3В и др.

ГОСТ 19807-91 («Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки»);
ОСТ1 90013-81 («Сплавы титановые. Марки»).

Условия поставок отображаются в стандартах: ОСТ 1-90173; ОСТ 1-90006; ОСТ 1-90266; ГОСТ 26492; ОСТ 1-90201; ОСТ 1-90202; ТУ 1-5-401; ОСТ 1-92062; ТУ 1-805-042; ТУ 1-805-014; ТУ 1-92-117; ТУ 1-5-045; ТУ 1-92-22; ТУ 1-805-019; ТУ 1-805-132; ТУ 1-92-131; ТУ 1-805-178; ТУ 1-805-239; ТУ 1-805-012.

Химсостав продукции определяется сообразно ГОСТ 24231-80, где отображаются также способы отбора/подготовки проб. Поверхность изделий шлифуют и обтачивают. Титановые прутки ВТ6, ВТ14, ОТ4 характеризуют средние прочностные показатели, ВТ23 – высокие, а ВТ3-1 отличаются повышенной термостойкостью.

С целью расширения спектра эксплуатационных возможностей сплавов в ходе производственного процесса в их состав вводятся те или иные легирующие присадки. Основными легирующими металлоэлементами являются Al, Mn, Sn, V, Mo и др. От их наличия и количественного состава зависят свойства продукции.

Титановые прутки классифицируются и маркируются в зависимости от качественных показателей. При этом на марку продукции, характеризуемой высоким и средним качеством, дополнительные буквенные символы не наносятся, прутки повышенного качества имеют дополнительную буквенную маркировку "П".

Цветомаркировка

Все металлические прутки диаметром 10,…61 мм. имеют цветомаркировку, основную и дополнительную. Основная маркировка указывает на вид металла и выполняется в форме опоясывающего колечка определенного цвета и ширины. Основная цветомаркировка титановых прутков наносится желтым цветом при ширине кольца 52 мм.

Дополнительную цветомаркировку наносят на один из торцов изделия. Тот или иной цвет или сочетание цветов указывают на марку Ti/сплава (табл…).

Таблица 1. Дополнительная цветомаркировка прутков

Марка	Цвет дополнительной маркировки
ВТ1-00	Бел.+черн.
ВТ1-0	Бел.
ОТ4-0	Зел.+бел.
ОТ4-1	Зел.+черн.
ОТ4	Зел.
ВТ5	Коричн.+бел.
ВТ5-1	Желт.
ВТ6	Коричн.+син.
ВТ6С	Коричн.+син.
ВТ3-1	Красн.
ВТ8	Син.
ВТ9	Голуб.
ВТ14	Черн.+красн.
ВТ20	Черн.+желт.
ВТ22	Черн.+желт.
ВТ1-2	Син.+красн.

Сфера практического применения

Титановые прутки используются главным образом для последующего изготовления из них деталей различных машин и механизмов методами как механической обработки (в частности, токарная обработка), так и обработки давлением (например, высадка). Поэтому сегодня весьма проблематично перечислить все сферы эффективного применения деталей, для изготовления которых используют титановый пруток и круг. Ведь практически для каждой промышленной отрасли данные полуфабрикаты являются идеальным исходным материалом.

Так, благодаря совокупности множества полезных потребительских свойств, продукция из титанового прутка/круга незаменима при создании наземных транспортных средств, морских судов, летательных аппаратов, космических кораблей, электронных приборов. Благодаря таким качествам как коррозионная стойкость, малый удельный вес, антимагнитность и биологическая инертность изделия из титанового прутка незаменимы в сферах промышленной химии и нефтехимии, медицинской трансплантологии, криогенной техники и даже в ювелирном деле.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

Общее описание, габариты, определяющие характеристики

Титановые прутки/круги являются полуфабрикатами в виде профилей с круглым поперечным сечением, для изготовления которых используется Ti и группа его деформируемых сплавов (рис. 1).

Рисунок 1. Титановые прутки и круги

Круг – разновидность прутков – характеризуется достаточно крупным диаметром (62…82 мм. и более). Этот термин стал широкоупотребляемым, хотя отсутствует в тексте ГОСТ 25501-82 «Заготовки и полуфабрикаты из цветных металлов и сплавов.

Ø в поперечном сечении (5,5…182 мм);
параметры длины (существуют категории изделий мерных, мерных кратных, немерных);
характеристики по точности исполнения (повыш., норм.);
марку исходного Ti/сплава;
технологию изготовления (существуют категории изделий кованых, катаных, штампованных и т.д.);
характеристики по виду поверхностной обработки (обточенные, шлифованные и т.д.).

стандарт (ГОСТ, ОСТ, ТУ и др.);
марка применяемого исходного сырья;
Ø изделия;
прочие характеристики.

Титановый прокат круглого сечения. Круги и прутки

Регламентирующие промышленные стандарты

Титан

Полученный в результате последовательного дробления губки, прессования, спекания и переплавки брикетов технический титан маркируется в зависимости от содержания примесей.

Механические свойства титана в большой степени зависят от содержания примесей, особенно Н, О, N и С, образующих с титаном твердые растворы внедрения и промежуточные фазы: гидриды, оксиды, нитриды и карбиды. Небольшое содержание кислорода, азота, углерода повышает твердость и прочность, но при этом значительно уменьшается пластичность, снижается коррозионная стойкость, ухудшается свариваемость, способность к пайке и штампуемость. Поэтому со-

Отличительными особенностями титана являются высокие механические свойства, небольшая плотность и поэтому высокая удельная прочность при 20—25 °С и криогенных температурах, хорошая коррозионная стойкость.

Держание каждой из этих примесей ограничивается

0,02—0,06 %. Аналогично, но в меньшей степени, на свойства влияют железо и кремний. Особо вредная примесь в титане и однофазных а-сплавах титана - водород. При наличии водорода по границам зерен выделяются тонкие хрупкие пластины гидридной фазы, вызывая значительную хрупкость. Водородная хрупкость наиболее опасна в сварных конструкциях из-за наличия в них внутренних напряжений. Допустимое содержание водорода в техническом титане и однофазных сплавах находится в пределах 0,008— 0,012 %.

Наиболее чистый иодидный титан получают методом термической диссоциации из четырехиодистого титана или методом зонной плавки.

Модуль упругости титана почти в 2 раза меньше, чем у железа и никеля, что затрудняет изготовление жестких конструкций.

Несмотря на высокую температуру плавления, чистый титан не обладает жаропрочностью. Он склонен к ползучести даже при 20—25 °С. Кислород, азот, а также пластическая деформация повышают сопротивленце ползучести.

Титан обладает высокими прочностью и удельной прочностью в условиях глубокого холода.

Пластическая деформация значительно повышает прочность титана. Для снятия наклепа проводят рекристаллизационный отжиг. Температура рекристаллизации титана понижается с 600 до 500 °С при увеличении степени предшествующей деформации с 10 до 60 %, после чего не меняется. Наилучшее сочетание механических свойств титан имеет после отжига при 650-750 °С.

При повышении температуры титан активно поглощает газы: начиная с 50-70 °С - водород, свыше 400-500 °С - кислород, с 600-700 °С - азот, окись углерода и углекислый газ. Высокая химическая активность расплавленного титана вызывает необходимость применения при плавке и ду-

говой сварке вакуума или атмосферы инертных газов. Вместе с тем благодаря способности к газопоглощению титан нашел применение в радио- и электронной промышленности в качестве геттерного материала.

Технический титан хорошо обрабатывается давлением при 20-25 °С и повышенных температурах. Из него изготовляют все виды прессованного и катаного полуфабриката (листы, трубы, проволоку, поковки и др.). Ковку проводят при температуре 1000-750 °С, горячую прокатку - на 100 °С ниже температуры ковки. Горячей прокаткой получают листы толщиной более 6 мм, листы меньшей толщины изготовляют холодной прокаткой или с нагревом до 650-700 °С. Температура прессования 950-1000 °С. Титан хорошо сваривается аргонодуговой и всеми видами контактной сварки. Сварной шов обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности. Прочность шва составляет 90 % прочности основного металла.

Титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, что приводит к его быстрому износу. Для обработки титана требуется инструмент из быстрорежущей стали и твердых сплавов, малые скорости резания при большой подаче и глубине резания, интенсивное охлаждение. Недостатком титана является также низкая антифрикционность.

Титановые сплавы. Достоинством титановых сплавов по сравнению с титаном являются более высокие прочность и жаропрочность при достаточно хорошей пластичности, высокой коррозионной стойкости и малой плотности.

По влиянию на полиморфизм титана все легирующие элементы подразделяются на три группы: а-стабилизаторы, в-стабилизаторы и нейтральные элементы.

а-стабилизаторы (А1, О, N) повышают температуру полиморфного превращения, расширяя область твердых растворов на основе Ti_a. Практическое значение для легирования титана имеет только алюминий, так как остальные вызывают снижение пластичности и вязкости титановых сплавов. Алюминий уменьшает плотность и склонность к водородной хрупкости, повышает прочность, жаропрочность, модуль упругости титановых сплавов.

Р-стабилизаторы снижают температуру полиморфного превращения титана, расширяя область твердых растворов на основе Tig. Они образуют с титаном диаграммы состояния двух типов.

Изоморфные в-стабилизаторы Mo, V, Та, Nb, имеющие, как и Ti, кристаллическую решетку объемно-центрированного куба, неограниченно растворяются в Ti. Сг, Мп, Fe, Ni, W, Си и другие образуют с титаном диаграммы состояния с эвтектоидным распадом. В некоторых сплавах (Ti—Mn, Ti—Cr, Ti—Fe) при охлаждении в условиях, отличающихся от равновесных, эвтектоидного распада не происходит, а превращение идет по штриховой линии.

Большинство B-стабилизаторов, особенно V, Мо, Мп, Сг, повышают прочность при 20—25 °С и отрицательных температурах, жаропрочность и термическую стабильность титановых сплавов, несколько снижая их пластичность.

Нейтральные элементы (Sn, Zr, Hf) мало влияют на температуру полиморфного превращения. Наибольшее практическое значение имеют олово и цирконий. Олово упрочняет титановые сплавы без заметного снижения пластичности, повышает жаропрочность; цирконий увеличивает предел ползучести и длительную прочность.

По технологии изготовления титановые сплавы подразделяются на деформируемые, литейные и порошковые, по механическим свойствам — на сплавы нормальной прочности, высокопрочные, жаропрочные, повышенной пластичности. По способности упрочняться с помощью термической обработки они делятся на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой; по структуре в отожженном состоянии они классифицируются на а-, псевдо-а, а + р, псевдо-р и р-сплавы.

Сплавы с а-структурой. К этой группе сплавов относят и технический титан. Это сплавы нормальной прочности при 20—25 °С, обладающие высоким сопротивлением разрушению при повышенных (350—500 °С) и криогенных температурах. Сплавы имеют высокую термическую стабильность свойств и обладают отличной свариваемостью. Они свариваются аргонодуговой, всеми видами контактной и электронно-лучевой сварки. При этом прочность сварного шва составляет 90 % прочности основного сплава. Обрабатываемость резанием удовлетворительная.

а-сплавы не упрочняются термической обработкой и применяются в отожженном состоянии. Сплавы с цирконием наиболее технологичны, но это самые дорогие из а-сплавов. В горячем состоянии сплавы куют, прокатывают и штампуют. Из сплава ПТ7М изготовляют горяче- и холоднокатаные трубы. Сплавы поставляют в виде прутков сортового проката, поковок, труб, проволоки. Они предназначены для изготовления деталей, работающих в широком диапазоне температур: от криогенных до 500 °С.

Псевдо-а-сплавы имеют преимущественно а-структуру и, вследствие дополнительного легирования B-стабиливаторами (Мп, V, Nb, Mo),— 1—5 % Р-фазы. Благодаря наличию р-фазы они обладают хорошей технологической пластичностью при сохранении достоинств а-сплавов. Сплавы с низким содержанием алюминия (2—3 %) обрабатываются давлением в холодном состоянии и только при изготовлении деталей сложной формы подогреваются до 500—700 °С (ОТ4, ОТ4-1). Сплавы с большим содержанием алюминия при обработке давлением требуют подогрева до 600—800 °С. На жаропрочность сплавов помимо алюминия благоприятно влияют цирконий и кремний. Цирконий способствует увеличению растворимости p-стабилизаторов в а-фазе и повышает температуру рекристаллизации. Кремний повышает жаропрочность вследствие образования тонкодисперсных силицидов, трудно растворимых в а-фазе. Поэтому псевдо-а-сплавы с повышенным содержанием алюминия (7—8 %), легированные Zr, V, Mo, Nb, Si, используются в изделиях, работающих при наиболее высоких температурах.

Недостатком этих сплавов является склонность к водородной хрупкости. Водород мало растворим в а-фазе и присутствует в структуре в виде гидридной фазы, снижающей пластичность, особенно при медленном нагружении, и вязкость сплавов. Допустимое содержание водорода находится в пределах 0,01 — 0,005 %.

Двухфазные (а + Р)-сплавы. Физические свойства сплавов приведены. Сплавы легированы алюминием и p-стабилизаторами. Алюминий значительно упрочняет а-фазу при 20—25 °С и повышенных температурах, увеличивает термическую стабильность Р-фазы, снижает плотность (а + Р)-сплавов, что позволяет удерживать ее на уровне титана, несмотря на присутствие элементов высокой плотности V, Mo, Сг, Fe, Nb. Наибольшее упрочнение достигается при легировании титана эвтектоидообразующими B-стабилизаторами Fe, Сг, Мn и изоморфными Mo, V, Nb стабилизаторами. Ванадий и ниобий упрочняют сплавы слабее других, но и меньше снижают пластичность. Двухфазные сплавы упрочняются с помощью термической обработки — закалки и старения. В отожженном и закаленном состояниях они имеют хорошую пластичность, а после старения — высокую прочность и жаропрочность. Чем больше B-фазы содержится в структуре сплава, тем он прочнее в отожженном состоянии и сильнее упрочняется при термической обработке.

По структуре после закалки двухфазные сплавы подразделяют на два класса: мартенситный и переходный.

Сплавы мартенситного класса менее легированы и в равновесном состоянии содержат сравнительно немного Р-фазы (5—25 %). В результате закалки образуется структура мартенсита а (или а" — в более легированных сплавах). К этому классу относятся высокопрочные сплавы ВТ6, ВТ14, ВТ16 и жаропрочные сплавы ВТ8, ВТ9, ВТЗ-1,

Сплавы переходного класса содержат больше легирующих элементов и соответственно больше B-фазы (25— 50%) в равновесной структуре, чем сплавы мартенситного класса. Структура этих сплавов чувствительна к колебаниям химического состава и режимам термической обработки. Так, после закалки в этих сплавах можно получить однофазную структуру переохлажденной B-фазы или структуру, состоящую из этой фазы и мартенсита а". Наличие большого количества B-фазы обеспечивает сплавам переходного класса самую высокую прочность среди (а + B)-сплавов. Например, сплав ВТ22 (50 % B-фазы) имеет после отжига такое же временное сопротивление, как сплав ВТ6 после закалки и старения.

Двухфазные сплавы удовлетворительно обрабатываются резанием и свариваются. После сварки требуется отжиг для повышения пластичности сварного шва. Они менее склонны к водородной хрупкости, чем а- и псевдо-а-сплавы, так как водород обладает большей растворимостью в B-фазе. Двухфазные сплавы куются, штампуются и прокапываются легче, чем сплавы с а-структурой. Они поставляются в виде поковок, штамповок, прутков, листов, ленты.

Однофазные B-сплавы не имеют промышленного значения, так как для получения устойчивой B-структуры сплавы должны быть легированы большим количеством изоморфных B-стабилизаторов (V, Mo, Nb, Та) — дорогих, дефицитных и обладающих высокой плотностью.

Псевдо-B-сплавы. Это высоколегированные в основном B-стабилизаторами сплавы. Суммарное количество легирующих элементов в них, как правило, превышает 20 % . Наиболее часто их легируют Mo, V, Сг, реже Fe, Zr, Sn. Алюминий присутствует почти во всех сплавах в небольшом количестве (

3%). В равновесном состоянии они имеют в основном p-структуру и небольшое количество а-фазы.

После закалки имеют структуру переохлажденной метастабильной B-фазы, обеспечивающей высокую пластичность сплавам и хорошую обрабатываемость давлением. При старении сплавов временное сопротивление увеличивается приблизительно в 1,5 раза и достигает 1300-1800 МПа. Плотность сплавов находится в интервале 4,9—5,1 т/м 3 , а удельная прочность, самая высокая среди титановых сплавов, превышает 30 км. Сплавы обладают низкой склонностью к водородной хрупкости, но чувствительны к примесям — кислороду и углероду, вызывающим снижение пластичности и вязкости; сварные швы имеют пониженную пластичность; термическая стабильность низкая. Наибольшее распространение в промышленности получил сплав ВТ15 (

8% Мо и 11 % Сг). Этот сплав выпускается в виде полос, листов, прутков, поковок и рекомендуется для длительной работы при температуре до 350 о С.

Литейные титановые сплавы. Небольшой температурный интервал кристаллизации обеспечивает высокую жидкотекучесть и плотность отливок из титановых сплавов. Они отличаются малой склонностью к образованию горячих трещин; линейная усадка 1 %; объемная усадка 3 %.

Плавку и заливку сплавов на основе титана осуществляют в среде нейтральных газов или в вакууме в связи с их высокой химической активностью при нагреве.

Отливки изготовляют методом фасонного литья в чугунные, стальные и специальные формы. Для получения высококачественных сложных титановых отливок необходим комплексный подход к выбору оптимальных режимов литья как при плавке и заливке металла, так и при формировании отливки в литейной форме.

Литейные сплавы обладают более низкими механическими свойствами, чем соответствующие деформируемые. Упрочняющая термическая обработка не применяется, так как резко снижает пластичность сплавов.

Порошковые титановые сплавы. Высокая стоимость изготовления и трудность механической обработки сплавов на основе титана являются серьезным препятствием на пути их широкого применения. Методы порошковой технологии позволяют повысить коэффициент использования металла путем уменьшения отходов при механической обработке и открывают потенциальные возможности получения готовых деталей для конструкций летательных аппаратов и двигателей.

Получение порошков из сплавов на основе титана является сложной проблемой вследствие вредного влияния различных примесей. Высокая химическая активность расплавленного титана исключает применение большинства огнеупоров в качестве материала для тиглей.

Использование современных методов получения легированных порошков дуговой плавкой с вращающимся анодом и неподвижным вольфрамовым катодом, электроплазменной плавкой либо распылением в вакууме и других позволяет исключить загрязнения. Повышение качества полуфабрикатов и готовых деталей сложных форм может быть достигнуто в результате использования новых прогрессивных методов, таких, как горячее компактирование гранул, горячее изостатическое прессование легированных порошков (ГИП) с последующим спеканием в вакуума и др.

Несмотря на определенные сложности и недостатки (пористость, наличие неметаллических включений и примесей), ухудшающих качество изделий из порошковых сплавов на основе титана, преимущество порошковой металлургии, особенно в ее новом варианте, очевидно.

Для изготовления деталей методами порошковой технологии используют сплавы ВТ5, ВТ5-1, ОТ4, ВТЗ-1 и др. Из зарубежных сплавов весьма перспективными являются сплав Ti-6A1-4V и особенно Корона-5, обладающий высокой вязкостью разрушения.

Применение титановых сплавов.

В авиастроении, ракетостроении — каркасные детали, обшивка, топливные баки, детали реактивных двигателей, диски и лопатки компрессоров, детали воздухозаборника, детали корпусов ракетных двигателей второй и третьей ступени и т. д.

В судостроении — обшивка корпусов судов и подводных лодок, сварные трубы, гребные винты, детали насосов и др.

В химической промышленности: реакторы для агрессивных сред, насосы, змеевики, центрифуги и др.

В гальванотехнике: ванны для хромирования, анодные корзины, теплообменники, трубопроводы, подвески и др.

В газовой и нефтяной промышленности: фильтры, седла клапанов, резервуары, отстойники и др.

В криогенной технике: детали холодильников, насосов компрессоров, теплообменники и др.

В пищевой промышленности: сепараторы, холодильники, емкости для продуктов, цистерны и др.

В медицинской промышленности: инструмент, наружные и внутренние протезы, внутрикостные фиксаторы, зажимы и др.

Также статьи по свойствам титана: размерная стабильность титановых сплавов при закалке и охлаждении.

Сплав ВТ5

Сплав ВТ5 применяется: для изготовления полуфабрикатов (листов, лент, фольги, полос, плит, прутков, профилей, труб, поковок и штампованных заготовок) методом деформации, а также слитков; расходуемых электродов вакуумно-дугового переплава, используемых в качестве шихты при изготовлении фасонного литья; сварных деталей, работающих при температуре от -253 до +400 °C; деталей систем управления, внутреннего набора фюзеляжа, сварных деталей и узлов, длительно работающих (до 10 000 ч.) при температурах до +400 °С.

Примечание

Сплав с высокой коррозионной стойкостью.
Сплав ВТ5Л легирован только алюминием:
а) алюминий широко распространен в природе, доступен и сравнительно дешев;
б) плотность алюминия значительно меньше плотности титана, и поэтому введение алюминия повышает удельную прочность сплава;
в) с увеличением содержания алюминия повышается жаропрочность и сопротивление ползучести сплава титана;
г) алюминий повышает модули упругости;
д) с увеличением содержания алюминия в сплаве уменьшается склонность к водородной хрупкости.
Сплав ВТ5 отличается от технического титана большей прочностью и жаропрочностью. Вместе с тем алюминий значительно уменьшает технологическую пластичность титана. Сплав ВТ5 деформируется в горячем состоянии: куется, прокатывается, штампуется. Из него изготовляют прутки, профили, поковки, штамповки. Тем не менее, его предпочитают применять не в деформированном состоянии, а в виде фасонного литья (в этом случае ему присваивают марку ВТ5Л).

Сплав ВТ5-1

Сплав ВТ5−1 применяется: для изготовления полуфабрикатов (листов, лент, фольги, полос, плит, прутков, профилей, труб, поковок и штампованных заготовок) методом деформации, а также слитков; штампосварных деталей и узлов, работающих при температуре до +450 °C.

Примечание

сплав обладает хорошей коррозионной стойкостью. Сплав ВТ5−1 относится к системе Ti-Al-Sn. Олово улучшает технологические свойства сплавов титана с алюминием, замедляет их окисление, повышает сопротивление ползучести. Этот сплав по прочностным характеристикам относится к материалам средней прочности.
Сплав мало чувствителен к надрезу, имеет удовлетворительный предел выносливости, сохраняет значительную жаропрочность до +450 °С.
Сплав ВТ5−1 более технологичен, чем ВТ5, и из него изготавливают все виды полуфабрикатов, получаемых обработкой давлением, в том числе: листы, плиты, поковки, штамповки, профили, трубы и проволоку. Сплав сваривается всеми видами сварки, причем сварные соединения и основной металл почти равнопрочны. Сплав термически не упрочняется.
При применении этого сплава для работы при криогенных температурах содержание примесей должно быть сведено к минимуму, так как они вызывают хладноломкость, состав сплава с пониженным содержанием примесей обозначают ВТ5−1кт.

2. СОРТАМЕНТ

2.1. Размеры прутков и предельные отклонения по ним должны соответствовать указанным в табл.1.

Номинальный диаметр, мм

Предельные отклонения по диаметру прутка, мм

Площадь поперечного сечения, см

Теоретическая масса
1 м прутка, кг

1. Теоретическая масса 1 м прутка вычислена по среднему диаметру при плотности 4,5 г/см, что соответствует плотности титана.

2. Переводные коэффициенты для вычисления приближенной теоретической, массы 1 м прутка из титановых сплавов приведены в справочном приложении 1.

3. Прутки диаметром от 65 до 150 мм включительно из титанового сплава ВТ1-2 изготовляются только нормальной точности.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2. По длине прутки изготовляют:

от 0,5 до 4 м - при диаметре прутков от 10 до 20 мм включительно,

от 0,5 до 6 м - при диаметре прутков св. 20 до 60 мм включительно,

от 0,5 до 2 м - при диаметре прутков св. 60 до 150 мм;

мерной и кратной мерной длины в пределах немерной с предельными отклонениями:

+30 мм - для прутков диаметром от 10 до 20 мм включительно,

+50 мм - для прутков диаметром св. 20 до 60 мм включительно,

(Измененная редакция, Изм. N 2).

2.3. Прутки кратной мерной длины должны изготовляться с учетом припуска на каждый рез 10 мм.

2.4. При изготовлении прутков мерной длины диаметром от 20 до 60 мм допускается в партии 10% прутков длиной не менее 500 мм, а при изготовлении прутков мерной длины диаметром св. 60 мм - 15% прутков длиной не менее 300 мм.

2.5. Овальность прутков не должна выводить их размеры за предельные отклонения по диаметру.

2.6. Прутки должны быть прямыми. Допускаемая кривизна прутка на 1 м длины не должна превышать 5 мм для прутков диаметром от 10 до 60 мм включительно, 7 мм - для прутков диаметром свыше 60 до 150 мм включительно.

Общая кривизна прутка не должна превышать произведения допускаемой кривизны на 1 м длины прутка на длину прутка в метрах.

2.7. При отсутствии в заказе указания о точности изготовления и качестве поверхности, прутки изготовляются нормальной точности и обычного качества.

Примеры условных обозначений

Пруток из титанового сплава марки ОТ4 диаметром 65 мм обычного качества, нормальной точности, немерной длины:

Пруток ОТ4 65 ГОСТ 26492-85

То же, повышенной точности длиной 1500 мм:

То же, длиной кратной (КД) 1000 мм:

Пруток из титанового сплава марки ОТ4 диаметром 65 мм повышенного качества нормальной точности длиной 2000 мм:

1. КЛАССИФИКАЦИЯ

обычного качества (обозначают маркой титана или титанового сплава);

повышенного качества - ПК;

по точности изготовления:

повышенной точности - П.

Раздел 1. (Измененная редакция, Изм. N 1).

Каким видом полуфабриката обладает марка титановых сплавов вт5

Применение: сварные детали, работающие при температуре от -253 до 400°C; коррозионная стойкость хорошая; класс по структуре α.

Химический состав в % материала ВТ5:

Fe	C	Si	Mo	V	N	Ti	Al	Zr	O	H	Примесей
до 0.3	до 0.1	до 0.12	до 0.8	до 1.2	до 0.05	90.63-95.2	4.5-6.2	до 0.3	до 0.2	до 0.015	прочих 0.3

Примечание: Ti – основа; процентное содержание Ti дано приблизительно.

Технологические свойства материала ВТ5:

Свариваемость:

без ограничений.

Механические свойства при Т=20 o С материала ВТ5:

Твердость ВТ5

HB 10 -1 = 229-321 МПа

Физические свойства материала ВТ5:

T	E 10 -5	α 10 6	λ	ρ	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м 3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	1.05	4400	1080
100	8.3
200	8.9	10.47	0.586	1150
300	9.5	11.3	0.628	1180
400	10.4	12.56	0.67
500	10.6	14.24	0.712	1200
600	10.8	15.49	0.754	1230

Обозначения:

Механические свойства:

σ_в - Предел кратковременной прочности, [МПа]

σ_Т - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]

δ₅ - Относительное удлинение при разрыве, [%]

Ψ - Относительное сужение, [%]

KCU - Ударная вязкость, [кДж/м 2 ]

HB - Твердость по Бринеллю, [МПа]

Физические свойства:

T - Температура, при которой получены данные свойства, [Град]

E - Модуль упругости первого рода, [МПа]

α - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o -T), [1/Град]

λ - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), [Вт/(м·град)]

ρ - Плотность материала, [кг/м 3 ]

C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o -T), [Дж/(кг·град)]

R - Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Свариваемость:

без ограничений – сварка производится без подогрева и без последующей термообработки

ограниченно свариваемая – сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке

трудносвариваемая – для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг

Преимущества и недостатки

Титановые прутки/круги – продукты универсального назначения, характеризуемые целым рядом эксплуатационных достоинств.

Прежде всего, они используются в качестве исходных заготовок для изготовления проволоки. Кроме того, они являются конструкционным материалом при создании деталей машин, механизмов, другого оборудования для различных отраслей промышленности. Изделия отлично свариваются и поддаются механообработке.

подверженность истиранию;
фактор водородной хрупкости;
возможность щелочной коррозии;
невысокие показатели при обработке на металлорежущих станках;
большую себестоимость.

Благодаря сумме плюсов, значительно превышающей немногочисленные минусы, титановые прутки/круги широко используются для изготовления изделий, востребованных в различных промышленных сферах.

Титан ВТ5

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Производственные технологии

прокатка;
ковка.

горячую (Т° металла в ходе процесса превышает Т° рекристаллизации);
холодную (Т° металла является более низкой в сравнении с Т° рекристаллизации).

Размерные параметры, механосвойства, особенности упаковки и поставки прутков титановых катаных регламентируются нормативами ГОСТ 26492-85, ОСТ 1 90173-75, кованых – ОСТ 1 90107-73, прошедших дополнительную механическую обработку – ОСT 1 90201-75.

Производство катаных титановых прутков

Прокаткой прутков называют методы их изготовления путем пластической деформации исходных цилиндрических заготовок-биллетов. Для этого используют прокатные станы различных конструкций, разработанных применительно к тому или иному методу прокатки (рис. 2).

Рисунок 2. Линия прокатки титановых прутков

Существует и т. наз. передельная прокатка (от термина «переделать»), когда исходными заготовками являются уже готовые прутки, а целью прокатки является изменение их параметров.

Суть процесса заключается в том, что подаваемая заготовка прокатывается между расположенными параллельно или в угловых плоскостях парными валками, которые могут быть неприводными и приводными. Вращение приводных (рабочих) валков осуществляется связанным с ними двигателем, а неприводные крутятся вхолостую под воздействием силы межповерхностного трения. В ходе процесса уменьшается Ø заготовки наряду с увеличением ее длины.

продольным (плоскость оси заготовки условно пересекается с плоскостями валковых осей под 90°);
поперечным (плоскости валковых осей и плоскость заготовки имеют параллельное расположение);
поперечно-винтовым (оси валков расположены под определенным углом по отношению как друг к другу, так и к оси заготовки).

Рисунок 3. Основные технологии прокатки

Реализация каждого из перечисленных методов позволяет получить продукцию с необходимым набором заданных свойств.

Метод продольной прокатки
Заготовка захватывается парой валков, вращающихся в противоположных направлениях (рис. 4).

Рисунок 4 Схема продольной прокатки: 1 – валковая пара; 2 – тело заготовки.

После этого заготовка втягивается в щель межвалкового зазора и движется под 90° к плоскости осей валков, размещенных взаимнопараллельно. По мере прохождения через валки, которых может быть множество, заготовка деформируется до требуемых параметров. Осуществление данного процесса возможно в холодном и горячем режимах (рис. 5).

Рисунок 5. Стан продольной прокатки титановых прутков

Способ продольной прокатки является наиболее промышленно востребованным: с его помощью изготавливается около 75% катаных прутков. Прутки, изготавливаемые данным способом, предназначены для последующего изготовления из них широчайшего ассортимента различных деталей путем механической обработки.

Поперечная прокатка
Оба валка, являющихся приводными, вращаются в едином направлении, а заготовка – в обратном, причем ее ось параллельна осям валков.

Рисунок 6. Схема поперечной прокатки: 1 – валковая пара; 2 – тело заготовки.

Деформируемая заготовка лишь вращается вокруг своей оси, а в поступательном направлении не продвигается. Поперечную прокатку выполняют по преимуществу в горячем режиме. С ее помощью изготавливают рабочие валы машин и механизмов, зубчатые колеса и множество других ответственных деталей, требующих высокой точности и прочности.

Поперечно-винтовая (косая) прокатка
В последние годы для изготовления титановой прутковой продукции все шире применяют способ поперечно-винтовой прокатки (ПВП) цилиндрических профилей, являющийся как бы промежуточным между продольным и поперечным способами (рис. 7).

Рисунок 7. Стан поперечно-винтовой прокатки

Данный метод характеризуется тем, что валки бочкообразной или конусной конфигурации, расположенные под определенным углом относительно осевой плоскости заготовки, вращаются в одинаковом направлении, а заготовка, совершая вращательно-поступательное движение, смещается в противоположную сторону (рис. 8).

Рисунок 8. Схема двухвалковой ПВП: 1 – валковая пара; 2 – тело заготовки; 3 – гильза.

Метод ПВП используют для прокатки не только прутков, но и бесшовных труб. В последнем случае в полость прокатываемой трубы вводят специальную упрочняющую гильзу (3), чтобы деформации подвергалась не сама труба, а лишь ее стенки.

За счет углового расположения валков заготовка деформируется как в поперечном, так и в продольном направлении, продвигаясь по винтовой траектории, параллельной осям валков.

Наиболее современные станы для поперечно-винтовой прокатки оснащаются не двумя, а тремя рабочими валками (рис. 9).

Рисунок 9. Схема трехвалковой ПВП: 1 — валковый механизм; 2 — тело заготовки; 3 — финишное изделие Если межповерхностной силы трения недостаточно для создания усилия, необходимого для захвата и протягивания заготовки, то к заготовке прикладывается дополнительное осевое усилие.

Прутки титановые кованые

Ковка, как и прокатка, также является одним из способов пластической деформации титановых заготовок для получения прутков методом обработки давлением. Так же, как и при прокатке, в процессе ковки осуществляется обжатие заготовки цилиндрического сечения с сопутствующим уменьшением ее диаметра при увеличении длины. Однако, в отличие от прокатки, при ковке, вследствие множественных ударных воздействий, происходит уплотнение металла во всем объеме заготовки с оптимизацией кристаллической структуры за счет повышения межмолекулярных сил сцепления. Металл становится однородным, обретая высокие механические характеристики. Что, в свою очередь, позволяет использовать кованые титановые прутки для производства изделий особой прочности.

В настоящее время основными методами промышленного изготовления кованых титановых прутков являются технологии горячей радиальной и холодной ротационной ковки.

Радиальная ковка
Радиальная ковка осуществляется в заводских цехах, оснащенных линиями полного технологического цикла, включающего в себя этапы нагрева заготовок, их подачи в специальную радиально-ковочную машину (РКМ) и непосредственно обработку до получения готовой продукции (рис. 10).

Рисунок 10. Линия радиальной ковки

Конструкционная схема РКП изображена на рис. 11.

Рисунок 11. Схема ковки на РКМ 1 — редукторный привод; 2 — бойковые ударники; 3 — толкатель; 4 —кулисный механизм; 5 — эксцентриковый вал; 6 — поворотный корпус; 7 — тело заготовки; 8 — оправочная муфта; 9 — корпус зажимной головки.

Предварительно нагретую цилиндрическую заготовку (7) подвергают пульсирующему обжатию бойками (2), расположенными на торцевых оконечностях заключенных в защитные кожухи толкателей (3). Толкатели с бойками симметрично-радиально размещены в плоскости, перпендикулярной продольной оси заготовки, на эксцентриковых валах (5) кулисного механизма, преобразующего вращательное движение шестерен соединенного с двигателем РКМ приводного редуктора в возвратно-поступательное. Заготовка, размещенная в оправке (8) соответствующего диаметра, неподвижно фиксируется зажимной головкой (9).

Под воздействием бойков происходит деформация металла, равномерно распределяемая по всему объему обрабатываемого участка заготовки. С целью достижения высоких качественных характеристик получаемых прутков заготовкам придают вращательное движение вокруг их продольных осей (существуют РКМ, конструкцией которых предусмотрено вращение бойкового блока относительно неподвижно укрепленной заготовки). Обработка по всей длине осуществляется в несколько проходов за счет продольного перемещения заготовки по отношению к бойкам или, напротив, блока бойков по отношению к заготовке.

При радиальной ковке деформирование заготовки происходит за счет большого количества обжатий незначительной величины, имеющих пульсирующий характер и осуществляемых с высокой скоростью. Возможность обеспечить значительную величину суммарной деформации на каждом проходе при малых значениях деформаций в ходе каждого отдельного обжатия является существенным преимуществом метода, позволяя получать продукцию с заданными эксплуатационными характеристиками при высоком темпе производительности.

Применение метода радиальной ковки позволяет свести к минимуму расход материала, практически избежать производственного брака, оптимизировать трудоемкость, а в итоге – снизить себестоимость конечной продукции.

Ротационная ковка
Сущность метода ротационной ковки также состоит в кузнечной обработке прутковых заготовок пульсирующими радиальными бойками с целью придания конечным изделиям необходимых размерных параметров и технических характеристик. Однако в данном случае ковку осуществляют с применением ротационно-ковочных машин (РтКМ), имеющих оригинальный принцип действия (рис. 12).

Рисунок 12. Типовая ротационно-ковочная машина

Ближе к основанию литой станины из чугуна, в ее торцевой части, установлен электродвигатель, соединенный посредством клиноременной передачи с инерционным маховиком и прикрепленной к нему обжимной головкой.

Головка – основной функциональный узел машины (рис. 13).

Рисунок 13. Схема обжимной головки

неподвижное опорное кольцо, формирующее внешний контур головки;
вращающийся соосно с маховиком на общем валу шпиндель (рабочий вал), в теле которого перпендикулярно оси заготовки расположены цилиндровидные шахты-пазы, соединяющие его наружную поверхность с отверстиями ковочных муфт, являющихся продолжением шахты;
скользящие в пазах ползуны-толкатели;
скользящие в полостях муфт ковочные бойки, одним торцом контактирующие с торцом толкателя, а другим примыкающие к поверхности обрабатываемой заготовки;
расположенной в зазоре между внутренней поверхностью опорного кольца и наружной поверхностью шпинделя обоймы, в которую заключен
сепаратор с четным количеством роликов, свободно вращающихся вокруг своей оси.

Когда шпиндель начинает вращаться с высокой скоростью, ползуны-толкатели под воздействием возникающих центробежных сил стремятся наружу и, наталкиваясь на набегающие на них ролики, с большой силой снова устремляются внутрь, совершая, таким образом, возвратно-поступательное движение с большой амплитудой колебаний. Толкатели же, в свою очередь, сообщают усилие ковочным бойкам, последовательно наносящим пульсирующие обжимные удары по поверхности заготовки. При каждом ударе бойка примыкающий к нему участок заготовки подвергается деформированию, а в результате суммарной деформации готовое изделие обретает плотную кристаллическую структуру и заданные размерные параметры.

Ротационно-ковочный метод позволяет достигать эффективного конечного результата, как в горячем режиме, так и в холодном – без предварительного нагрева заготовки. Это становится возможным за счет благоприятного характера ковочного напряжения и гомогенности процесса деформирования.

прецизионная точность изготовления;
высокое качество поверхностной и внутренней структуры готовых изделий;
оптимизация массы: изделия, изготавливаемые посредством ротационной ковки, в среднем на 35-55 % легче в сравнении с аналогами, производимыми по традиционным технологиям;
высокая амплитуда прилагаемых ударных усилий.

Все эти и другие преимущества обуславливают актуальность изготовления титановых прутков по ротационно-ковочной технологии и их востребованность во многих отраслях промышленности.

Читайте также: