Титановый пруток ВТ20 в Минске

Титановый пруток ВТ20 — жаропрочный сплав для высоконагруженных узлов

Титановый пруток ВТ20 — это деформируемый полуфабрикат из двухфазного титанового сплава мартенситного класса, легированного алюминием, цирконием и молибденом. Материал относится к группе высокопрочных жаропрочных сплавов и сохраняет работоспособность при температурах до 450–500 C, что определяет его применение в узлах, испытывающих одновременно статические и циклические нагрузки в условиях нагрева.

Сплав ВТ20 выпускается по ГОСТ 26492-2017 в виде горячекатаных и кованых прутков диаметром от 10 до 120 мм. Химический состав регламентирован: алюминий — 5,5–7,0 %, цирконий — 1,5–2,5 %, молибден — 0,5–2,0 %, ванадий — 0,8–2,5 %. Остальное — титан с ограничениями по примесям (железо не более 0,3 %, кислород не более 0,15 %).

Механические характеристики и структура

После отжига при 700–800 C пруток ВТ20 имеет временное сопротивление разрыву 950–1200 МПа, предел текучести — не менее 900 МПа, относительное удлинение — 10–14 %. Ударная вязкость составляет 30–50 Дж/см. Материал поставляется в двух структурных состояниях: с +-структурой после отжига и с -превращённой структурой после закалки с нагревом выше точки полиморфного превращения (950–980 C) и старения.

Жаропрочность обеспечивается дисперсным упрочнением -фазы частицами интерметаллидов TiAl и стабильностью -фазы за счёт молибдена. При длительной выдержке при 450 C предел длительной прочности за 100 ч составляет не менее 600 МПа, что позволяет применять пруток в деталях компрессора газотурбинных двигателей.

Технологические особенности обработки

Пруток ВТ20 характеризуется умеренной обрабатываемостью резанием — коэффициент обрабатываемости составляет 0,3–0,4 относительно стали 45. Рекомендуется применять твёрдосплавный инструмент с геометрией для титановых сплавов, обильное охлаждение эмульсией и сниженные скорости резания (20–40 м/мин). Сварка аргонодуговая неплавящимся электродом возможна без потери прочности в зоне соединения при условии последующего отжига для снятия остаточных напряжений.

Материал склонен к газонасыщению при нагреве выше 600 C, поэтому ковка и штамповка выполняются в интервале 900–1050 C с ограниченным временем выдержки. Для удаления альфированного слоя после термической обработки требуется механическая зачистка или травление в растворе плавиковой и азотной кислот.

Применение в промышленности

Пруток ВТ20 используется для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах в агрессивных средах:

• лопатки и диски компрессора авиационных газотурбинных двигателей;
• крепёжные элементы — болты, шпильки, гайки для горячих зон двигательных установок;
• валы и фланцы насосного оборудования для перекачки агрессивных сред при 300–450 C;
• корпусные детали арматуры для химической и нефтегазовой промышленности;
• элементы тормозных систем и шасси летательных аппаратов;
• силовые элементы конструкций в судостроении и энергетическом машиностроении.

В химическом машиностроении пруток ВТ20 востребован для валов мешалок и роторов центрифуг, контактирующих с хлоридсодержащими средами при повышенной температуре. В энергетике материал применяется для деталей паровых турбин низкого давления и теплообменного оборудования.

Преимущества перед аналогами

По сравнению с титановым прутком ВТ6 сплав ВТ20 обеспечивает более высокую жаропрочность — предел длительной прочности при 450 C выше на 15–20 %. При этом технологическая пластичность при горячей деформации несколько ниже, что требует более точного соблюдения температурных режимов ковки. По удельной прочности ВТ20 превосходит жаропрочные стали на 30–40 %, что делает его предпочтительным материалом для авиастроения, где масса конструкции критична.

Вопросы и ответы