/
Текст
Титановая продукция ВСМПО
Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение (ВСМПО>
является крупнейшим в России и одним из самых крупных в мире производи [елей
высококачественного титана и титановых сплавов. Титановая продукция ВСМПО
включает практически все российские сплавы, широко используемые в отечественна '
авиации, ракетно - космической и в других видах техники и отраслях промышленности
а также наиболее распространенные зарубежные сплавы. Продукция объединения
поставляется в виде слитков, бидлетсов, слябов, прутков, прессованных профилей
поковок, штамповок, плит, листов, ленты, фольги, бесшовных и сварных зруб.
ВСМПО представляет собой крупнейший комплекс специализированных
металлургических производств, включающих плавильное, куз.чечно-штамповочное
сорто-прокатное, листопрокатное и трубное производства титана. Объединение
оснащено современными высокопроизводительными плавильными печами, мошны и
кузнечно - прессовым и другими видами современного металлургически! о
оборудования.
Мировой уровень качества титановой продукции объединения надежно
обеспечивается высокой квалификацией и многолетним опытом работы с титаном
инженерно - технического персонала и рабочих, работой крупной многопрофильной
исследовательской лаборатории, тщательным контролем качества на всех стадиях
изготовления продукции. На ВСМПО создана и успешно функционирует система
обеспечения качества, сертифицированная в соответствии с требованиями
международного стандарта ИСО002. Целый ряд видов титановой продукции ВСМПО
сертифицирован многими, в первую очередь, аэрокосмическими зарубежными фирмами
)ю позволило объединению успешно ройти в мировой рынок и сзагь одним из
крупнейших в мире экспортеров титановой продукции.
В проспекте приведены сведения о химическом составе и механических
свойствах российских и зарубежных титановых сплавов, изготавливаемых ВСМПО
Кроме указанных в проспекте композиций, объединение может изготавливать и другие
«тановые сплавы, в том числе, с учетом особых требований заказчика по пределам
lei ирования, содержанию примесей и др.
Композиции представленных в проспекте российских Сплавов разработаны, в
основном, Всероссийским институтом авиационных материалов (ВИАМ). Некоторые
композиции разработаны ВСМПО или совместно ВИАМ и ВСМПО.
Приведенные сведения по физическим и механическим свойствам
жаропрочности, усталостной прочности, вязкости разрушения и другим
характеристикам российских сплавов предоставлены ВИАМ. Публикуемые данные
получены в результате испытаний, проведенных в ВИАМ на материале полуфабрикатов,
изготовленных ВСМПО. Этот обширный справочно - информационный материал
является одним из примеров многолетнего плодотворного сотрудничества ВСМПО и
ВИАМ.
Условные обозначения.
Е
а.
СГо.2
а/
о."
<у//а.гз
о?
t
vJ 0,2/t
О“ юДУ*100
G.i
CT.i
Go
СГо
нетто
к,
ЛК
К1С,
К^с
кси
кст
- модуль упругости при растяжении;
- предел прочности при растяжении;
- предел текучести (0,2%) при растяжении;
- предел прочности гладких образцов при растяжении;
- предел прочности образцов с надрезом при растяжении;
- коэффициент чувствительности к надрезу при растяжении;
- предел длительной прочности при t °C за т часов;
- предел ползучести (0,2%) при t °C за т часов;
- коэффициент чувствительности к надрезу при испытаниях на
длительную (100 час) прочность при указанной температуре;
- предел многоцикловрй усталости гладких образцов
при симметричном цикле нагружения;
- предел многоцикловой усталости образцов с н; дрезом
при симметричном цикле нагружения;
- предел малоцикловой усталости гладких образцов
при пульсирующем цикле нагружения;
- предел малоцикловой усталости образцов с надрезом
при пульсирующем цикле нагружения;
- максимальное напряжение цикла;
- остаточная прочность образцов с усталостно й грешиной
при испытании на растяжение;
- теоретический коэффициент концентрации напряжений;
- размах коэффициента интенсивности напряжений;
- вязкость разрушения в условиях плоской деформации
- вязкость разрушения в условиях плоско - напряженного
состояния;
- ударная вязкость образцов с U - образным надрезом
(радиус надреза 1 мм);
- ударная вязкость образцов с усталостной трещиной;
N - число циклов нагружения до разрушения;
- максимальная нагрузка цикла;
рР - разрушающая нагрузка при растяжении;
г - радиус;
г„ - радиус надреза;
R - коэффициент асимметрии цикла;
срту - скорость роста трещины усталости;
t, т - температура;
тШ1 - температура полного полиморфного превращения;
т - время;
ТсР - предел прочности при испытаниях на срез;
5 - относительное удлинение;
ф - относительное сужение;
тл - термическое упрочнение.
шан
Химический состав коррозионностойких титановых сплавов.
Сплав. Химический состав, %
Al мин/ макс V мин/ макс Mq. мин/ макс Zr мин/ макс Nb Мии/ макс Nl 1 Pd мин/ 1 мин/ макс |макс Fe макс SL мин/ макс н макс о макс N макс С макс Ti
Grade 7 Ti-0,2Pd - - • - - |0,12/ |о,25 0,30 - 0,015 0,25 0,03 0,10 основа
Grade 11 ,Ti-0,2Pd • - - - - - 0,12/ 025 0,20 0,015 0,18 0,03 0,10 основа
Grade 9M *) Ti-3,2AI-2,7V-1,3Mo- 1Zr- -O,O5Pd 2,7/ 3,7 2,2/ 3,2 1,0/ 1.6 0.7/ 1.3 - - 0,03/ 0,07 0.30 - 0,015 0,12 0,02 0,05 основа
Grade 12 Ti-0,3Mo-0,BNi - 0,2/ 0,4 0,6/ 0.9 - 0,30 - 0,015 0,25 0,03 0,08 основа
Beta-21 S") Ti-15Mo-3Af-2,8Nb-0,3Fe- -0,2Si 2,5/ 3,5 - 14,0/ 16,0 - 2,4/ 3,0 - - 0,2/ 0,4 0,15/ 0,25 0,015 0,15 0,05 0,05 основа
Ti-Zr *) - - 50,0 - - - - - • - . - основа
Ti-AI-V *) 1.0/ 3,0 45,0 - - г - - - - - - основа
Ti-AI-V-Mo *) 3,0 I 30,0 10,0 - - - основа
") - опытные сплавы
Механические свойства титановых сплавов.
Сплав Механические свойства при 20°C, мин. гарант./типичные Типичное отношение предела прочности при различных температурах к пределу прочности при 20°С Термо | i>6pa- | 6oikj j
Мпа 5, % ЧЛ % 100, °C 200, °C 300, °C 1 4ии, j °с ! 500, °C Т оии, | °C 1 -196 °C
ВТ1-00 295/370 25/30 55/62 0.80 0.52 0.37 1 - - АТЦ отж. > ОТ И - *
ВТ1-0 390/460 20/25 50/57 0.81 0.53 0.38 1 - - 1 96
Gradel 240/310 24/30 30/55 0.80 0 52 0.37 - - 2 20 отж. |
Grade 2 345/420 20/26 30/50 0.81 0.53 0.38 - - 2 00 ОТЖ. 1
Grade 3 450/520 18/24 30/45 0.81 0.54 0.40 - 1 80 ' '! ОТЖ. I ОТЖ 1 1
ОТ4-1В Ti-3A1-2,5V 590/670 15/20 35/48 0.86 0.75 0.64 -
Grade 9 Ti-3A1-2,5V 620/700 15/20 25/40 0.87 0.74 0.67 • • 1.68 0Т>К •
OT4B Ti-3,5A1-2,5V 685/760 11/16 30/43 0.87 0.75 0.67 - - - с: 1 и
Grade 9M rTi-3,2Al-2,7V-l,3Mo- l,0Zr-0,05Pd 720/790 12/17 25/40 0.89 0.78 0.69 - - - - О1 ж
IMI829 Ti-5,5Al-3,5Sn-3Zr- lNb-0,25 Mo-0,3 Si 930/1010 9/13 15/30 0.89 0.80 0.73 0.68 0 66 - отж.
Ti-8ALlMo-lV 895/980 10/14 20/35 0.93 0.84 0.77 0.68 0 60 - - отж7]
ВТ18У ri-6,8Al-2,5Sn-lNb- IZr-lMo-0,2Si 910/990 7/11 15/30 0.94 0.86 0.81 0.73 П *7 1 V / 1 0.60 ОТЖ. О t лх. ।
Srade5 H-6A1-4V 895/980 10/14 25/35 0.87 0.80 0.75 0.64 -
Pi-6A1-4V ELI 825/900 10/14 30/40 0.87 0.80 0.75 0.64 - - 1.53 ОТЖ.
JT6 ?i-6Al-4V 900/980 10/14 30/40 0.87 0.80 0 75 - - - - ОТЖ. i
l-6AI-2Sn-4Zr-2Mo 895/98Q 10/14 25/35 0.92 0.82 0.76 0.73 0.58 - - отж
4-6AL2Sn-4Zr- Mo-0.08Si • 895/980 10/14 25/35 0.92 0.82 0.76 0.73 0.58 - - ОТЖ.
T3-1 i-6,5Al-2,5Mo- ,5Cr-O,25St-O,5Fe 980/1060 10/14 30/40 0.91 0.84 0.81 0.74 0.65 - ОТЖ.
Сплав Механические свойства при 20°C, мин гарант./типичные Типичное отношение предела ; прочности при различных температурах к пределу прочности при 20°С Г.Г-.К- .хУа- боткз
МПа б, % ЧЛ % 100, °C 200, °C 1 o' о О 1 о 400, Сс 500, °C 600, °C 1 -196 | °с 1
ВТ8 Ti-6,5Al-3,2Mo-0,3Si 980/1060 10/14 30/40 0.91 0.85 0.80 о.м 0.68 ! i ОТ Ж
ВТ9 Ti-6,5Al-3,2Mo- l,5Zr-O,3Si 1030/1110 9/13 25/35 0.92 0.86 0.81 0 75 0 70 - о т;
BT8-1 Ti-6Al-3Mo-1 Zr-1 Sn- 0,15Si 980/1070 9/13 25/35 0,91 0.82 0.78 0.75 0.70 - - ОТ т,-
Ti-6Al-6V-2Sn 1070/1150 8/12 20/30 0.92 0.83 0.77 0.72 - - - т/у
BT8M-1 Ti-5Al-4Mo-lZr-lSn- 0,15Si 980/ 1060 10/14 30/40 0.91 0.82 0.76 0.71 0.67 * отж.
ВТ25У Ti-6,5Al-2Sn-4Zr- 4Mo-lW-0,2Si 1080/1160 8/12 18/28 0.92 0.85 0.82 0.77 0.74 0 56
Ti-6AI-2Sn-4Zr-6Mo 1170/1230 10/13 20/30 0 94 0.87 0.83 0.81 0.74 - - т/у
BT16 Ti-2,8Al-4,5V-5Mo 1030/1105 10/14 40/50 0.92 0.85 0.80 Т/у
BT23 Ti-5Al-2Mo-4,5V- l,ICr-0,7Fe 1130/1200 8/12 20/30 0.91 0.86 0.82 0.75 - - - Г/ V
Beta-CEZ Ti-5Al-4Mo-4Zr-2Sn- 2Cr-lFe 1235/1310 8/12 15/25 0.93 0.85 0.85 0.85 0.70 - Т/у
Ti-17 Ti-5Al-2Sn-4Mo-2Zr- 4Cr 1105/1170 8/12 20/30 0.91 0.84 0.83 0.75 - - - Т/у
Ti-10V-2Fe-3Al 1235/1310 4/7 - 0.92 0.87 0.86 - - - - т/у
BT22 Ti-5AI-5Mo-5V-lCr- IFe 1130/1210 8/12 20/30 0.92 0.87 0.83 0 7? - - - Т /у i
Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn 1170/1250 6/9 - 0.94 0.91 0.91 0.82 - - - i .
Сплав Механические свойства при 20°С, мин. гарант./типичные Типичное отношение предела прочности при различных температурах к пределу прочности при 20°С 1 ! i обра- J Г<--кг '
^в? МПа S, % % 100, °C 200, °C 300, °C 400, °C 500, °C 600, °C -196 °C
ВТ35 •) Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn- 1 Mo-1 Zr-0,2Nb 1180/1260 6/9 - 0.94 0.92 0 90 0.82 0 70 - i т\' ! 1
Beta-C Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr- 4Мо 1240/1310 8/12 20/28 0.90 0.86 0.86 0.83 0 69 - - т/у |
ВТ32 *) Ti-3Al-8V-8Mo- l,25Cr-l,25Fe 1180/1260 6/9 - 0.94 0.91 0.85 0,77 0.70 - - 1 1 т/у !
Примечание:
Механические свойства приведены для катаных прутков диаметром 50-60 мм и для листов
(*) толщиной 1,5-2,0 мм. Направление вырезки образцов для испытаний - продольное
Механическиё свойства коррозионностойких титановых сплавов (при 20°С)
Сплав Предел прочности, МПа ' гарантир./ типичный Относительное удлинение, % гарантир / типичное Относительное сужение, % гарантир. / типичное Термооб- работка
Grade? 345/420 20/26 30/50 отж.
Grade 11 240/310 24/30 30/55 отж. 1
Grade 12 485/550 18/24 25/40 отж.
Grade 9M 72.0/790 12/17 25/40 отж.
Beta-21 S*) : /1180 /8 т/у
Ti-Zr ‘) /910 /9 /27 отж.
Ti-AI-V *) /860 /20 /50 отж.
Ti-AI-V-Mo*) /1000 /15 /42 отж.
*) - типичные механические свойства опытных сплавов.
Сплав ВТ 1-00.
1. Введение.
Технический титан ВТ 1-00 предназначен для изготовления малонагруженных деталей сложной
конфигурации, длительно работающих в интервале температур от -253°С до +150°С (в том числе в
коррозионно- активных средах), а также для изготовления сварочной проволоки.
2. Химический состав.
Таблица 2.1. Химический состав сплава ВТ1-00.
Ti Примеси %, макс.
С Fe Si О N Н At Сумма прочих
Основа 0,05 0,20 0,08 0,10 0,04 0,008 0,30 0,10
3. Физические свойс!ва.
3.1. Плотность: 4500 кг/м3
3.2. ТеплопроводHOv । ь.
Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава БТ1-00 в отожженном состоянии
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600
Коэффициент теплопровод ности btW1 19,3 18,9 18,4 16,0 18,0 18,0 18,0
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3.1. Температурная; зависимость удельной теплоемкости сплава ВТ1-00 в отожженном
состоянии.
Температура, иС 100 200 300 400 500 600
Удельная теплоемкость 0,503 0,545 0.566 0,587 0,628 0,670
3.4. Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширений сплава ВТ1-00 в
отожженном состоянии.
Температура,°C 20...100 20... 200 20... 300 20... 400 20... 500 20...600 20... 700
Коэффициент линейного расширения,х 106К' 8,2 8,6 8,8 9,1 9,3 9,5 9.5
1 ' ’’’
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление - 48,7 * 10"° ом *м (при 20°С).
4. Механические свойства сплава ВТ1-00.
4.1. Свойства при растяжении.
1600
Рис. 4.1.1. Температурная зависимость предела прочности сплава ВТ1-00 б отожженном
состоянии (минимальные и средние значения).
Температура,°C
Рис. 4.1.2. Температурная зависимость предела текучести сплава ЕТ1-00 в отожженном
состоянии (минимальные и средние значения).
Рис. 4.1.3. Температурная зависимость относительного удлинения сплава ЗТ1-00 в отожженном
состоянии (средние значения).
12
Температура °C
Рис. 4.1.4. Температурная зависимость модуля упругости сплава ЗТ1-00 в отожженном
состоянии.
4.2. Характеристики трещиностойкости.
Температура; °C
Рис. 4.2.1. Ударная вязкость(КСЦ) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КСТ)
сплава ВТ1-00 при различных температурах.
4.3. Чувствительность к надрезу
Температура, °C
Рис. 4.3.1. Статическая чувствительность к надрезу сплава ВТ1-00 при радиусе надреза 0.1мм
(Kfe4,0) при различных температурах.
5.Технологические харак1еристики
Таблица S.1.
Температура, °C Коэфф, вытяжки Коэфф, отбортовки Коэфф. выдавливания.% । Минимальный радиус гибки
20 1,5...2,0 1,4...1,8 12...20 1 ,U...O,UO )
550..600 1,8...2,0 15...25 . 0,5...1,5S*)
*) S - толщина листа
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 88и + 1 СгС.
Ковка слитков осуществляется при температурах 1050-1100°С, предварительная ковка
заготовок - при 950 - 990°С, окончательная ковка и штамповка - при 840-880сС.
Таблица 5.2. Статистические характеристики распределения примесей в различных зонах слитков
сплава ВТ1-00, изготовленных на ВСМПО.
Зона в слитке Статист, характе- ристики Химический состав, %
AI Fe С N О
литник Хмин, % 0.010 0.020 0.001 0.003
Хмакс,% 0.030 0.040 0.023 0.011
Хер, % 0.015 0.026 0.009 0.007
S, % 0.006 0.006 0.006 0.002
донник Хмин, % 0.010 0.010 0.003 0.002 0.040
Хмакс,% 0.030 0.030 0.030 0.012 0.150
Хер, % 0.014 0 021 0.009 0.007 0.064
о о/. Ot /V 0.006 0.006 0.007 0.003 0.022
СПЛАВ ВТ1-0.
1. Введение.
Технический титан ВТ1-0 предназначен для изготовления малонаг руненных деталей сложном
конфигурации, длительно работающих в интервале температур от -253°С до +150°С (в том числе в
коррозионно- активных средах), а также для изготовления сварочной проволоки.
2. Химический состав.
Таблица 2.1. Химический состав сплава ВТ1-0.
Ti Примеси %, макс.
С Fe Si О N Н AI Сумма прочих
Основа 0,07 0,30 0,10 0,20 0,04 0,010 0,70 0,30
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4500 кг/м3
3.2. Теплопроводность. Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТ1-0 в отожженном состоянии
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600
Коэффициент теплопроводности, втхм’1хК'1 19,3 18,9 18,4 18,0 18,0 18,0 18,0
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3.1. Температурная зависимость удельной теплоемкости сплава ВТ1-0 в отожженном
состоянии.
Температура, °C 100 200 300 400 500 600
Удельная теплоемкость кДжх кг’1 х к’1 0,503 0,545 0,566 0,587 0,628 0,670
3.4. Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ВТ1 0 в
отожженном состоянии.
Температура,°С 20... 100 20 .200 20... 300 20...400 20... 500 20..600 20... 700
Коэффициент линейного расши- рения, х 10Х1 8,2 8,6 8,8 9,1 9,3 9.5 9,6
3.5. Электросопротивление
Удельное электросопротивление - 48,7 * 10-8 ом х м (при 20°С).
4. Механические свойства сплава ВТ1-0.
4.1. Свойства при растяжении.
Рис. 1.1.Температурная зависимость предела прочности сплава ВТ1-0 в отожженном состоянии
Рис. 4.1.2.Температурная зависимость предела текучести сплава ВТ1-0 в отожженном состоянии
(минимапьные и средние значения).
Рис. 4.1.3.Температурная зависимость относительного удлинения сплава ВТ1-0 в отожженном
состоянии (средние значения) ;
16
Рис. 4.1.4.Температурная зависимость модуля упругости сплава ВТ1-0 в отожженном состоянии
4.2. Характеристики трещиностойкости.
Температура, С
Рис. 4.2.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КС Г)
сплава ВТ1-0 в отожженном состоянии при различных температурах.
4.3. Чувствительность к надрезу.
Рис. 4.3.1. Статическая чувствительность к надрезу сплава ВТ1-0 в отожженном состоянии при
радиусе надреза 0,1 мм (Kt~4,0) при различных температурах.
5.Технологические характеристики
Таблица 5.1.
Температура, °C Коэфф, вытяжки Коэфф. :отбортовки Коэфф, выдавливания, % Минимальный радиус гибки
20 1,5...2,0 1,4..1,8 12...20 1,0...3,0S‘)
550...600 1,8...2,0 15...25 0,5...1,53*) I
*) S - толщина листа
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 890 ± 10°С.
Ковка слитков осуществляется при температурах 1050-1100°С, предварительная ковка заготовок
- при 950 - 990°С, окончательная ковка и штамповка - при 840-880°С.
СПЛАВ 0Т4-1В.
1. Введение.
Титановый сплав ОТ4-1В в основном предназначен^ля изготовления деталей авиационной
техники, работающих длительно при температуррах до 350°С.
Из сплава изготавливают листы, плиты, прутки, штамповки, трубы, профили, кольца
2, Химический состав.
Таблица 2.1. Химический состав сплава ОТ4-1В.
Ti Легирующие элементы Примеси %,
AI V С Fe Si О N Н Прочие
мин макс мин макс макс макс макс макс макс макс макс
Основа 2,5 3,5 2,0 3,0 0,10 0,30 0,10 0,15 0,05 0,010 0,30
3. физические свойства.
3.1. Плотность: 4480 кг/м3
3.2. Теплопроводность.
Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ОТ4-1В в отожженном состоянии
Температура, °C 100 200 300 400 500 600 700 800
Коэффициент теплопроводности, втхм‘1хК"1 9.0 10,0 11,0 12,2 13,5 15,2 17,2 19,9
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3.1. Температурная зависимость удельной теплоемкости сплава ОТ4-1В в отожженном
состоянии.
Температура, °C 100 200 300 400 500 600 700 800
Удельная теплоемкость кДж*кг‘1х1С1 0,538 0,572 0,598 0,622 0,651 0,692 0,750 0,833
3.4. Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ОТ4-1В в
отожженном состоянии.
Температура, °C 20... 100 20...200 20... 300 20...400 20...500
Коэффициент линейного расши- рения, х 10 V 8,7 ( 9,0 9,3 9,5 9,7
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление -127,5х 10-8 ом * м (при 20°С).
4. Механические свойства сплава ОТ4-1В.
4.1. Механические свойства при растяжении.
7QO
«’о ,2
Гч/ГГТа
600.
500
400
300
200 ;
"II 1 И II
11 Ml! ГТГ / / -J.
II1 1 II 111 *^0.2^ 3
И1Г1ПТГ 1 f—=="t;
Г Л t i LX I 1 f „1 *1 < 1 11 1.1 HI 1 IX.1IJ.. 1*1111111 J. 1 L.J. H i J J
□ .10.0 200 300 400 500
Температураг°С
Рис. 4.1.1. Температурная зависимость предела прочности и предела текучести сплава ОТ4-1В
в отожженном состоянии.
Рис. 4.1.2. Температурная зависимость предела прочности сварных образцов сплава ОТ4-1В
(минимальные и средние значения).
4.2. Жаропрочность.
Рис. 4.2.1. Зависимость предела длительной прочности от температуры и времени испытания
для сплава ОТ4-1В в отожженном состоянии.
Рис. 4.2.2. Зависимость предела ползучести от температуры и времени испытания сплава ОТ4-1В
в отожженном состоянии.
4.3. Усталостные характеристики.
Малоцикловая усталость сплава ОТ4-1В (осевое растяжение, R=0).
На основном металле- (Kt=2,6):
При 0^=270 МПа -1,07 х 105 циклов (при прочности сплава ств=570МПа).
При СТпи^ЗОО МПа -1,6 * 105 циклов (при прочности сплава Со=73ОМПа).
На сварных образцах:
При 0^=400 МПа -1,125х 1(f циклов (при прочности сплава Св=570МПа).
При СТпж=4Й0 МПа - 1,755х 105 циклов (при прочности сплава О'в=730МПа).
Предел многоцикловой усталости на гладких образцах на базе 1 х 107 циклов (знакопеременный
изгиб, R= -1) - 300 МПа (для сплава с прочностью сгв=570 МПа).
4.4. Характеристики трещиностойкости.
4.4.1. Ударная вязкость.
образцы продольные образцы
Рис. 4.4.1 .Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КСТ) при
комнатной температуре сплава 0Т4-1В в отожженном состоянии.
4.4.2. Критический коэффициент интенсивности напряжений (Ксус)
Для гладких образцов: IV0 = 121..133 МПахм1/2Для сварных образцов: Ксус= 115 .139 МПа х м1'2
4.4.3. Скорость роста усталостной трещины (СРТУ).
Таблица 4.4.3.1. Скорость роста усталостной трещины в зависимости от размаха коэффициет
интенсивности напряжений._________________________________________________
Размах коэфф, интенсивности напряжений (АК) МПа х м1^ Скорость роста усталостной трещины (d(2l)/dN), мм/кцикл (ширина образцов - 200 мм).
Основной металл (мин.- макс.)/средн. Сварное соединение (мин - макс.)/средн.
31,0 (1,42- 1,88)/1,64 (1,10- 1,33)/ 1.19
39,0 (2,33-2,59)/ 2,45 (1,63- 2,39)/1,95
46,5 (3,55 - 3,90)/ 3,70 (2,21 - 3,05)/ 2,69
4.4.4. Остаточная прочность образцов с исходной центральной сквозной усталостной трещиной
нетто)-
Для основного металла: стт? «тт0 = 540...590 МПа
Для сварного соединения: О’1” нетто = 510...610 МПа
4.5. Чувствительность к надрезу.
Статическая чувствительность к надрезу образцов из листов толщиной 2 мм:
- при Kt=2,6 (отверстие) - 1,04 (мин.) -1,06 (средн.)
- при Kt=4,0 (боковые надрезы) - 1,24 (мин.) -1,27 (средн.)
4.6. Модуль упругости.
Модуль упругости при растяжении при 20°С -110,5 ГПа.
5. Технологические характеристики.
Таблица 5.1. Технологическая пластичность при штамповке сплава ОТ4-1В (толщина листа S=2 мм) в
отожженном состоянии.
Предельные показатели штампуемости.
Коэфф, вытяжки Коэфф, отбортовки Минимальный радиус гибки
вдоль волокна поперек волокна
1,73 1,73 2,0S*) 2,0S*)
*) - S- толщина листа.
Угол загиба:
Основной металл: угол загиба - не менее 60°,
Сварное соединение: угол загиба - не менее 55°.
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 930 ±20°С.
Ковка слитков осуществляется при температурах 1050 -1100°С, предварительная ковка
заготовок - при 960-1000°С, окончательная ковка и штамповка - при 870-910°С
6. Коррозионные свойства.
Таблица 6.1. Результаты испытаний сплава ОТ4-1В в отожженном состоянии на горячую солевую
коррозию.
Вид образца 350 <?100NaCI> МПЗ 350 Cioo» МПа
Миним. Средн. Миним. Средн.
Гладкие 330 390 330 390
Сварные 310 390 300 370
Сплав 0Т4В.
1. Введение.
Титановый сплав ОТ4В в основном предназначен для изготовления деталей авиационной
техники, работающих длительно в интервале температур до 350°С.
Из сплава изготавливают листы, плиты, поковки, трубы, прутки, кольца, профили
2. Химический состав. Таблица 2.1. Химический состав сплава ОТ4В.
Ti Легирующие лементы Примеси %,
AI V С Fe Si О N Н Прочие
мин макс мин макс макс макс макс макс макс макс макс
Основа 4,0 3,0 2,0 3,0 0,10 0,30 0,10 0,20 0,05 0,010 0,30
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4448 кг/м3
3.2. Теплопроводность. Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ОТ4В в отожженном состоянии
Температура,°C 20 100 200 300 400 500 600 700 800
Коэффициент теплопроводности, втх м’1 х К1 6,81 7,60 8,56 9,45 10,40 11,60 13,50 13,30 13,90
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3.1. Температурная зависимость удельной теплоемкости сплава ОТ4В в отожженном
состоянии.
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600 700 800
Удельная теплоемкость кДжхкг1хК‘1 0,535 0,560 0,587 0,611 0,622 0,652 0,715 0,664 0,650
3.4.Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ОТ4В в
отожженном состоянии.
Температура, °C 20... 100 20... 200 20... 300 20...400 20... 500 20.. 600
Коэффициент линейного расши- рения. х 10V1 8,9 9,1 9,3 9,5 9,7 9,8
Температура, °C 20...100 100;..200 200...300 300... 400 400.. 500 500...600
Коэффициент линейного расширения,х 106К"1 8,9 9,1 9,3 9,5 9,7 9,8
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление -151,6 * КУ8 ом х м (при 20°С).
4. Механические свойства сплава ОТ4В.
4.1. Механические свойства при растяжении.
Рис. 1.1.Температурная зависимость предела прочности и предела текучести сплава ОТ4В в
отожженном состоянии.
soo
ств
-/ОО
600
500
4-00
300
IIIIIIIII
Hlllliil 6 йдн ее
I Ц II11II
пиит МИНИ
1IIII ITT!
О 1ОО 200 300 400 500
Темпер атур а, ° С
Рис. 1.2.Температурная зависимость предела прочности сварных образцов сплава 0Т4В
(минимальные и средние значения).
4.2. Жаропрочность
Рис. 4.2.1. Зависимость предела длительной прочности от температуры и времени испытания
сплава ОТ4В в отожженном состоянии.
I
Рис. 4.2.2. Зависимость предела ползучести от температуры и времени
испытания сплава ОТД5
в отожженном состоянии.
4.3. Усталостные характеристики.
Предел многоцикловой усталосги сплава ОТ4В на гладких образцах на базе1 * 10’ циклов
(знакопеременный изгиб, Rf -1)
350 МПа - при прочности сплава СУв=800 МПа.
320 МПа - при прочности сплава СТв=700 МПа,
Малоцикловая усталость сплава ОТ4В, (осевое растяжение, R=0).
На основном металле (Kt=2,6):
При итгв(=300 МПа - 1,59 х 105 циклов (при прочности сплава СГв=700МПа).
При СТтах=300 МПа -1,11х 105 циклов (при прочности сплава а„=800МПа).
На сварных образцах:
При СТтах=400 МПа -1,76 х 105 циклов (при прочности сплава (Уа=700МПа)
При СТгпах=400 МПа - 1,45 х 1О5 циклов (при прочности сплава СТв=800МПа).
4.4. Характеристики трещиностой кости.
4.4.1. Ударная вязкость.
Рис. 4.4.1.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КСТ)
при комнатной температуре.сплава ОТ48 в отожженном состоянии.
26
4.4.2. Скорость роста усталостной трещины (СРТУ).
Таблица 4.4.2. Скорость роста усталостной трещины в зависимости от размаха коэффициента
интенсивности напряжений^
Размах коэфф, интенсивности напряжений (ЛК) МПахм1/} Скорость роста усталостной трещины (d(2l)/dN), мм/кцикл (ширина образцов - 200 мм).
Основной металл (мин. - макс.)/средн. Сварное соединение (мин. - макс.) /средн.
31,0 (1,14-1,38)/1,28 (Т,01 -1,35)/1,25
39,0 (1,89 - 2,34)/2,14 (1,50-3,26) /2,12
46,5 (2,86 - 4,51)/ 3,58 (2,23 - 4,84) /3,30
4.4.3. Критический коэффициент интенсивности напряжений (Ксус,)
Для основного металла: Ксус = 130... 162 МПа* м1/2
Для сварного соединения: Ксус = 118. .146 МПа* м1'2
4.4.4. Остаточная прочность образцов с исходной центральной сквозной усталостной трещиной
нетто)
Для основного металла: <5тр нетто = 550...680 МПа
Для сварного соединения: О’7” нетто = 500.. .620 МПа
4.3. Чувствительность к надрезу
Статическая чувствительность к надрезу образцов из листов толщиной 2 мм:
- при К,=26 (отверстие) - 1,04 (мин.) -1,06 (средн.)
- при Kt=4,0 (боковые надрезы) - 1,24 (мин.) -1,27 (средн.)
4.4. Модуль упругости.
Модуль упругости при растяжении при 20° С -110,7 ГПа.
б.Технологические характеристики.
Таблица 5.1. Технологическая пластичность сплава ОТ4В (толщина листа S=2 мм) в отожженном
состоянии при штамповке. '
Предельные показатели штампуемости.
Коэфф, вытяжки Коэфф, отбортовки Минимальный радиус гибки
вдоль волокна поперек волокна
1.4 1,6 2.5S *) 2.5S *)
*) S- толщина листа.
Угол загиба:
Основной металл: угол загиба - не менее 60 градусов,
Сварное соединение: угол загиба • не менее 60 градусов
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 940 ±20°С.
Ковка слитков осуществляется при температурах 1080-1130°С, предварительная ковка заготовок
- при 980-1020°С, окончательная ковка и штамповка - при 890-930°С.
6. Коррозионные свойства.
Таблица 6.1. Результаты испытаний сплава ОТ4В на горячую солевую коррозию.
Вид образца 350 <Tl0O NaCI. ;МПа 350 Qioo 1 МПа
Миним. Средн. Миним. Средн.
Гладкие 450 500 460 510
Сварные 460 500 460 500
СПЛАВ ВТ18У.
1. Введение.
Сплав ВТ18У является наиболее жаропрочным из применяемых в наооящее время серийных
российских титановых сплавов. Сплав применяется для изготовления дисков, лопаток, колец
компрессоров авиадвигателей. Детали из сплава ВТ18У работают при температурах до 600°С
Из сплава изготавливают поковки, штамповки, прутки, листы.
2. Химический состав сплава.
Таблица 2.1. Химический состав сплава ВТ18У.
Ti Легирующие элементы, %
Al Zr Sn NO Мо Si
Ос- но- ва МИН макс МИН макс МИН макс МИН макс МИН макс мин макс
6,2 7,3 3,5 4,5 2,0 3,9 0,5 1,5 0,4 1,0 0,1 0,25
Примеси, %
Fe О Н С N Прочие
макс макс макс макс макс макс
0,20 0,14 0,015 0,10 0,04 0,3
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4550кг/м3
3.2. Теплопроводность.
Таблица,3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТ18У в отожженном состоянии
Температура, °C 25 100 200 300 400 500 600
Коэффициент теплопроводности, bt'm'-KT’ 6,70 7,54 8,79 10,0 11.7 13,4 15,5
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3,3.1. Удельная теплоемкость сплава 8Т18У в отожженном состоянии.
Температура, °C 100 200 300 400 500 600 700
Удельная теплоемкость КДж>кг’1хК'1 0,544 0,624 0,652 0,680 0,696 0,732 0,828
3.4.Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ВТ18У в
отожженном состоянии.
Температура,°С 20..100 20..200 20...300 20...400 20...500 20...600
Коэффициент линейного расширения, ’ 106К"1 8,0 8,25 8,5 8,7 9,0 9,1
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление -170,0 “ 10^ омк м (при 20°С).
4.Механические свойства сплава ВТ18У.
4.1. Свойства при растяжении.
Рис. 4.1.1. Температурная зависимость предела прочности и предела текучести сплава ВТ18У в
отожженном состоянии.
С» < -1 -1 N N (ji а (л о а> о \|У
Е э—е-е-"63
а
= -о <= ТОО о-т
-1-4 , 1 ,,L 1 1 , U-I- 4. « «... * * ‘ * 1 J 1 • * t J
О 200 -400 000 SOO
Температура, °C
Рис. 4.1.2.Температурная зависимость относительного удлинения и относительного сужения
сплава ВТ18У в отожженном состоянии.
4.2. Жаропрочность
Рис. 4.2.1. Зависимость предела длительной прочности от температуры и времени испытания
сплава ВТ 18У в отожженном состоянии.
50
Рис. 4.2.2. Зависимость предела ползучести за 100 и 500 часов от температуры сплава ВТ18У в
отожженном состоянии.
4.3. Усталостные характеристики.
Рис. 4.3.1. Температурная зависимость предела многоцикловой усталости гладких образцов и
образцов с надрезом (Kt=3,35) на базе 2 х 107 циклов, сплава ВТ18У в отожженном состоянии, (изгиб с
вращением, R=-1).
Рис.4.3.2.Температурная зависимость предела малоцикловой усталости гладких образцов и
образцов с надрезом (К(=2,33) на базе 5 х 103и 1(г циклов сплава ВТ18У в отожженном состоянии
(осевое растяжение, R=0,1). '
4.4 .Характеристики трещиностойкости.
Рис. 4.4.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КС Г)
сплава ВТ18У в отожженном состоянии.
Рис. 4.4.2. Критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоской
деформации (Ию) сплава ВТ18У в отожженном состоянии.
4.5. Чувствительность к надрезу.
Статическая чувствительность к надрезу сплава ВТ18У при радиусе надреза 0,15 мм (Kt=3,75)
составляет -1,2 после выдержки до 1000 часов при температурах до 550°С.
4.6. Модуль упругости.
Модуль упругости при растяжении при 20°С -110,8 ГПа.
5. Технологические характеристики.
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 1010 +20°С.
Ковка слитков на прессах и молотах осуществляется при температуре на 100-250°с выше
температуры полного полиморфного превращения, а окончательная ковка и штамповка - при
температуре на 20 - 30°С выше температуры полного полиморфного превращения.
СПЛАВ ВТ6.
1. Введение.
Титановый сплав ВТб является сплавом многофункционального назначения, применяется в
планере и двигателе самолета, в том числе для изготовления дисков и лопаток вентилятора и
компрессора низкого давления, работающих при температурах до 350°С.
Из сплава изготавливают поковки, штамповки, прутки, прессованные профили, плиты, листы и .
2. Химический состав.
Таблица 2.1. Химический состав сплава ВТ6
Т1 Легирующие элементы Примеси, %
AI V Fe Zr
Ос- но- ва мин макс мин макс макс макс
5,5 6,8 3,5 5,3 0,60 0,30
Примеси, %
Si О Н С N Прочие
макс макс макс макс макс макс
0,10 0,20 0,015 0,10 0,05 0,3
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4430 кг/м3
3.2. Теплопроводность. Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТ6 в отожженном состоянии
Температура, °C 100 200 300 400 500 600 700
Коэффициент теплопроводности, вт* м-1 ХК‘1 9,20 10,9 11,3 12,6 13,8 15,5 16,8
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3.1. Температурная зависимость удельной теплоемкости сплава ВТ6 в отожженном
состоянии.
Температура, °C 100 200 300 400 500 600
Удельная теплоемкость кДж*кг-1 *К'1 0,545 0,587 0,670 0,712 0,796 0,880
3.4. Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ВТ6 в
отожженном состоянии.
Температура,°C 20... 100 100...200 200...300 300...400 400...500
Коэффициент линейного расши- рения, * 10®К1 8.4 9,3 9,8 10,1 10,5
33
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление -160'10 ® ом х м (при 20°С).
4. Механические свойства сплава ВТ6.
4.1. Свойства при растяжении.
— 1ОО О 1ОО 200 300 400 500
Температура, С
Рис. 4.1.2.Температурная зависимость относительного удлинения и относительного сужения
сплава ВТ6 в отожженном состоянии.
4.2. Жаропрочность.
Рис. 4.2.1. Температурная зависимость предела длительной прочности за 100, 500 и 1000 часов
сплава ВТ6 в отожженном состоянии.
Рис. 4.2.2. Температурная зависимость предела ползучести за 100 и 500 часов сплава ВТ6 в
отожженном состоянии.
4.3. Усталостные характеристики.
Рис. 4.3.1. Предел многоцикловой выносливости гладких образцов и образцов с надрезом
(Kt=2,33) на базе 2 х 10 циклов в зависимости от температуры испытания сплава ВТ6 в отожженном
состоянии (изгиб с вращением, R= -1).
э Рис. 4.3.2.Малоцикловая усталость гладких образцов и образцов с надрезом (Kt=3,35) на базе
5x10 циклов и 10 циклов в зависимости от температуры испытания сплава ВТб в отожженном
состоянии (осевое растяжение;-R=0,1).
4.4. Харакгеристики трещиностойкости.
Рис. 4,4.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КСТ)
сплава ВТ6 в отожженном состоянии.
Рис. 4.4.2. Критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоской
деформации (К1С) сплава ВТб в отожженном состоянии.
4.5. Чувствительность к надрезу.
Статическая чувствительность к надрезу сплава ВТб в отожженном состоянии при радиусе
надреза 0,1 мм (Kt=4,0) -1,55.
4.6. Модуль упругости.
Рис. 4.6.1. Температурная зависимость модуля упругости сплава ВТб в отожженном состоянии
6. Технологические характеристики.
Сплав ВТ6 обладает хорошей технологической пластичностью.
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 930 ± 20°С.
Ковка слитков на прессах и молотах осуществляется при температуре на 100-250 С выше
температуры полного полиморфного превращения. Завершающая стадия производства заготовок и
окончательная штамповка проводится на прессах и молотах при температуре на 20 - 40°С ниже
температуры полного полиморфного превращения.
СПЛАВ ВТЗ-1.
1. Введение.
Жаропрочный титановый сплав ВТЗ-1 в основном предназначен для изготовления деталей
авиадвигателей (дисков, лопаток, колец, проставок и др.), работающих при температурах до 450 С
Из сплава производят поковкй, штамповки, прутки, прессованные профили
4»4
а
2. Химический состав.
Таблица 2.1. Химический состав сплава ВТЗ-1.
п Легирующие элементы, %
AI Мо Сг Fe Si
Ос- но- ва мин макс мин макс мин макс мин макс мин макс
5,5 7,0 2,0 3.0 0,6 2,0 0,2 1,7 0,15 С,40
Примеси, %
Zr О н С N Прочие
макс. макс. макс. макс. макс. макс
0,5 0,18 0,015 0,10 0,05 0 3
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4500кг/мЗ
3.2. Теплопроводность.
Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТЗ-1 в отожженном состоянии
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600 700
Коэффициент теплопроводности, втх м'1 * К1 8,0 8,8 10,1 11,3 12,6 14,2 15,5 16,8
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3.1. Температурная зависимость удельной теплоемкости сплава ВТЗ-1 в отожженном
состояни.
Температура, °C 100 200 300 400 500 600
Удельная теплоемкость кДжхкг’1хК’1 0,46 0,50 0,55 0,61 0,67 0,71
I.J
s
t-
h
3.4.Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ВТЗ-1 в
отожженном состоянии. ’
Температура,°C 20...100 100...200 200. ..300 300...400 400... 500
Коэффициент линейного расширения,х Ю6^ 9,20 9,65 10,10 10,55 11,05
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление -136,0х 10 8 ом х м (при 20°С).
4. Механические свойства сплава ВТЗ-1.
4.1. Свойства при растяжении.
Рис. 4.1.1. Температурная зависимость предела прочности и предела текучести сплава ВТЗ-1 в
отожженном состоянии.
Рис. 4.1.2.Температурная зависимость относительного удлинения и относительного сужения
сплава ВТЗ-1 в отожженном состоянии.
4.2. Жаропрочность.;
вВ—СУЮО 1222I—О' goo EZZ3 — °2000
Температура, °C
Рис. 4.2.1. Зависимость предела длительной прочности от температуры и времени испытания
сплава ВТЗ-1 в отожженном состоянии.
v;
300 400 450
Температура, сС
Рис. 4.2.2. Зависимость предела ползучести от температуры и времени испытания для сплава
ВТЗ-1 в отожженном состоянии.
4.3. Усталостные характеристики.
Температура. ° С
Рис. 4.3.1. Температурная зависимость предела многоцикловой усталости гладких образцов и
образцов с надрезом (Kt=3,3S) на базе 2 х 107 циклов, сплава ВТЗ-1 в отожженном состоянии (изгиб с
вращением, R= -1).
I-Oo Ы==104цк (Kt=2.6) |
Рис. 4.3.2. Температурная зависимость предела малоцикловой усталости гладких образцов и
образцов с надрезом (Kt=2,6) на базе 104 циклов, сплава ВТЗ-1 в отожженном состоянии (осевое
растяжение, R=0,1).
40
4.4. Характеристики трещиностойкости.
Рис. 4.4.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КСТ)
сплава ВТЗ-1 в отожженном состоянии.
Рис. 4.4.2.Критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоской
деформации (К1С).
4.5. Чувствительность к надрезу.
Статическая чувствительность к надрезу: - при радиусе надреза 0,1 мм (Kt=4,0) -1,50:
Чувствительность к надрезу (гн=0,15) при испытаниях на длительную прочность при температуре 400°С
СТ Hioo
-----= 1,3
гггл
О 100
4.6. Модуль упругости.
Модуль упругости при растяжении при 20°С - 112,7ГПа.
5. Технологические характеристики.
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 965 ± 20°С.
Ковка слитков на прессах и молотах осуществляется при температуре на 100-250°С выше
температуры полного полиморфного превращения. Завершающая стадия производства заготовок и
окончательная штамповка проводится на прессах и молотах при температуре на 20 - 40°С ниже
температуры полного полиморфного превращения.
СПЛАВ ВТ8.
1. Введение.
Жаропрочный титановый сплав ВТ8 в основном предназначен для изготовления деталей
авиадвигателей (дисков, колец, проставок и др.), работающих при температуре до 450°С (с забросом до
500°С).
Из сплава производят поковки, штаповки, прутки, кольца.
2. Химический состав.
Таблица 2.1. Химический состав сплава ВТ8.
Ti Легирующие элементы, %
AI Мо Si
Ос- но- ва мин макс мин макс мин макс
5,8 7,0 2,8 3,8 0,20 0,40
Примеси, %
Fe о Н С N Прочие
макс макс макс макс макс макс
0,3 0,15 0,015 0,10 0,03 0,3
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4480кг/м3
3.2. Теплопроводность.
Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТ8 в отожженном состоянии
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600
Коэффициент теплопроводности, ,, X ь *1 X 4/^1 ВТ М К 7,12 8,37 10,63 11,29 12,56 14,24 15,50
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3.1. Удельная теплоемкость сплава ВТ8 в отожженном состоянии.
Температура, °C 20 200 300 400 500
Удельная теплоемкость Кдж*кг’*К'1 0,50 0,54 0.59 0,61 0,63
3.4.Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ВТ8 в
отожженном состоянии. ;
Температура, °C ; 20...100 100...200 200...300 300...400 400... 500
Коэффициент линейного расширения," 1061С1 8,3 8,8 8,9 9,4 10,4
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление - 61,0х 10"8 ом * м (при 20°С).
4. Механические свойства сплава ВТ8.
Рис. 4.1.1. Температурная зависимость предела прочности и предела текучести сплава ВТ8 в
отожженном состоянии.
Рис. 4.1.2.Температурная зависимость относительного удлинения и относительного сужения
сплава ВТ8 в отожженном состоянии.
4.2. Жаропрочность
Температура, °C
Рис. 4.2.1, Зависимость предела длительной прочности от температуры и времени испытания
сплава ВТ8 в отожженном состоянии.
Рис. 4.2.2. Зависимость предела ползучести от температуры и'времечи испытания сплава ВТ6 в
отожженном состоянии.
Рис. 4.3.1. Температурная зависимость предела многоцикловой усталости гладких образцов и
образцов с надрезом (Ki=3,35) на базе 2 х 107 циклов сплава ВТ8 в отожженном состоянии (изгиб с
вращением, R= -1).
рис. 4.3.2. Температурная зависимость предела малоцикловой усталости гладких образцов и
образцов с надрезом (Kt=2,33) на базе 5 * 103 и 10* циклов сплава ВТ8 в отожженном состоянии (осевое
растяжение, R=0,1).
4.4. Характеристики трещиностойкости.
Рис. 4.4.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КСТ)
сплава ВТ8 в отожженном состоянии.
Рис. 4.4.2. Критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоской
деформации <К1С>-
4.5. Чувствительность к надрезу.
Статическая чувствительность кнадрезу:
- при радиусе надреза 0,75 мм (К<=2,2) -1,2;
- при радиусе надреза 0,1 мм (К(=4,0) -1,2;
Чувствительность к надрезу (RH=0,15) при испытаниях на длительную прочность при 450 °C:
Л- H Н
О 1С0 500
>1,2 -= 1,2
_ тл---------------------- гл
о 100 О 500
4.6. Модуль упругости.
Модуль упругости при растяжении при 20°С -117,6 ГПа.
5. Технологические'характеристйки.
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 990 ± 20°С.
1 Ковка слитков на прессах и молотах осуществляется при температуре на 100-250°С выше
температуры полного полиморфного превращения. Завершающая стадия производства заготовок и
окончательная штамповка проводится на прессах и молотах при температуре на 20 - 40°С ниже
температуры полного полиморфного превращения.
СПЛАВ ВТ9.
1. Введение.
Жаропрочный титановый сплав ВТ9 в основном предназначен для изготовления деталей
авиадвигателей (дисков колец, проставок и др.), работающих длительное время при температурах до
450°С, до 500 ч при 500°С и для кратковременной работы (детали одноразового действия) до 550°С
Из сплава производят поковки, штамповки, прутки, кольца, профили, трубы и фасонные отливки
2. Химический состав.
Таблица 2.1. Химический состав сплава ВТ9.
Ti Легирующие элементы, %
AI Мо Zr Si
Основа мин макс мин макс мин макс мин макс
5,8 7,0 2,8 3,8 1,0 2,0 0,20 0,35
Примеси, %
Fe О Н С N Прочие
макс макс макс макс макс макс
0,25 0,15 0,015 0,10 0,05 0,3
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4510кг/м3
3.2. Теплопроводность.
Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТ9 в отожженном состоянии
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600
Коэффициент теплопроводности, втхм‘1хК1 7,5 8,4 9,6 10,9 12,2 13,8 15,1
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3.1. Удельная теплоемкость сплава ВТ9 в отожженном состоянии
Температура, °C 20 200 300 400 500
Удельная теплоемкость •^кхкг'1хК'1 0,50 0,54 0,59 0,61 0,63
3.4.Термическое линейное р&здйреиие.
Таблица 3.4.1. Температурная зави<ж*еЫь кдзффициента линейного расширения сплава ВТ9 в
отожженном состоянии. : 1 । \ < i
Температура,°C 20...100 100...200 200...300 300...400 400... 500
Коэффициент линейного ; расширения,х 106К“1 8,3 9,3 9,4 9,9 10,3
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление - 61,0х 10^ омх м (при 20°С).
4, Механические свойства сплава ВТ9.
4.1. Свойства при растяжении.
Рис. 4.1.1. Температурная зависимость предела прочности и предела текучести сплава ВТ9 в
отожженном состоянии.
Рис. 4.1.2. Температурная зависимость относительного удлинения и относительного сужения
сплава ВТ9 в отожженном состоянии.
4.2. Жаропрочность
47
Рис. 4.2.1. Зависимость предела длительной прочности за 100 часов от температуры испытания
сплава ВТ9 в отожженном состоянии.
ьте -г^ S30
Рис. 4.2.2. Зависимость предела ползучести от температуры испытания для сплава ВТ9 в
отожженном состоянии.
4.3. Усталостные характеристики.
Рис. 4.3.1. Температурная зависимость предела многоцикловой усталости гладких образцов и
образцов с надрезом (К^=3,35) на базе 2 х 107 циклов сплава ВТ9 в отожженном состоянии (изгиб с
вращением, R= -1).
4К
Рис. 4.3.2. Температурная зависимость предела малоцикловой усталости гладких образцов и
образцов с надрезом (Kt=2,33) на базе 5х 10г и 104 циклов сплава ВТ9 в отояосенном состоянии (осевое
растяжение, R=0,1).
4.4. Характеристики трещиностойкости.
Рис. 4.4.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КСТ)
сплава ВТ9 в отожженном состоянии.
Рис. 4.4.2. Критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоской
деформации (К1С).
4.5. Чувствительность к надрезу.
Статическая чувствительность к надрезу:
- при радиусе надреза 0,1 мм (Kt=4,0) -1,2;
4.6. Модуль упругости.
Модуль упругости при растяжении при 20° С -117,6 ГПа.
5.Технологические Характеристики.
Температура полного полиморфного превращения (Тип) составляет 1000 + 20°С.
Ковка слитков на прессах и молотах осуществляется при температуре на 100-250°С выше
температуры полного полиморфного превращения. Завершающая стадия производства заготовок и
окончательная штамповка проводится на прессах и молотах при температуре на 20 - 40°С ниже
температуры полного полиморфного превращения.
•V/
СПЛАВ ВТ8-1.
1. Введение.
Жаропрочный титановый сплав ВТ8-1 в основном предназначен для изготовления деталей
авиадвигателей (дисков, колец, проставок и др.), работающих при температуре до 450°С (с забросом до
500°С).
Из сплава производят поковки, штаповки.
2. Химический состав.
Таблица 2,1. Химический состав сплава ВТ8-1.__________:_________________
Ti Легирующие элементы, %
AI Мо Sn Zr Si
Ос- но- ва мин макс мин макс мин макс мин макс мин макс
5,8 6,8 2,8 3,8 0,4 1,5 0.5 1,5 0,1 0,25
Примеси, %
Fe О Н С N Прочие
макс. макс • макс макс макс макс
0,2 0,15 0,015 0,08 0,03 0,3
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4532кг/м3
3.2. Теплопроводность.
Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТ8 -1 в отожженно м состояли и
Температура, °C 20 : 100 200 300 400 500 600 700 800
Коэффициент теплопроводности, вт’м^К-1 6,4 7,4 8,4 9,5 10,9 12,7 15,7 18,2 23,3
3.3. Теплоемкость,
Таблицу 3.3.1. Удельная теплоемкость сплава ВТ8-1 в отохоченном состоянии.
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600 650 700 750 800
Удельная теплоемкость кДхсхкг1хК‘1 0,50 0,55 0,58 0,59 0,62 0,66 0,75 0,79 0,81 0,84 0,98
3.4. Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ВТ8-1 в
отохоченном состоянии.
Температура, °C 20...100 100...200 200...300 300...400 400..500
Коэффициент линейного расширения,х 106К1 8,7 9,1 9,6 10,1 10,6
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление-68,3* 10"8 ом ’ м (при 20°С).
4.Механические свойства сплава BT8-1.
4.1. Свойства при растяжении.
г
-1
г
..I
г
i
I
i
J
[
J
i
I
Рис. 4.1.2.Температурная зависимость относительного удлинения и относительного сужения
сплава ВТ8-1 в отожженном состоянии.
4.2. Жаропрочность
Температура,
Рис. 4.2.1. Зависимость предела длительной прочности от температуры и времени испытания
сплава ВТ8-1 в отожженном состоянии.
51
Рис. 4.2.2. Зависимость предела ползучести от температуры и времени испытания сплава ВТ8-1
в отожженном состоянии.
4.3. Усталостные характеристики.
Рис. 4.3.1. Температурная зависимость предела многоцикловой усталости гладких образцов и
образцов с надрезом (Кг=3,35) на базе 2 х 107 циклов сплава ВТ8-1 в отожженном состоянии (изгиб с
вращением, R= -1).
Рис. 4.3.2. Температурная зависимость предела малоцикловой усталости гладких образцов и
образцов с надрезом (К(=2;33) на базе 5 х 103 и 104 циклов сплава ВТ8-1 в отожженном состоянии
(осевое растяжение, R=0,1).
4.4.Характеристики трещиностойкости.
Рис. 4.4.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КСТ)
сплава ВТ8-1 в отожженном состоянии.
Рис. 4.4.2. Критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоской
деформации (К1С).
4.5. Чувствительность к надрезу.
Статическая чувствительность к надрезу:
- при радиусе надреза 0,75 мм (К*=2,2) -1,36;
- при радиусе надреза 0,1 мм (К<=4,0) - 1,36;
Чувствительность к надрезу (R,/«0,15) при испытаниях на длительную прочность при
температуре 450°С:
ггн ггн
О 100 ,0 500
.,,36 -------- 1,36
гт гл гг гп
10 100 V 500
4>6. Модуль упругости.
Модуль упругости при растяжении при 20° С -117,6 ГПа.
5 .Т ехнологические характеристики.
Сплав ВТ8-1 обладает хорошей технологической пластичностью, близкой к пластичности сплава
ВТб (T1-6AI-4V)
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 990 ± 20°С.
Ковка слитков на прессах и молотах осуществляется при температуре на 100-2500С выше
температуры полного полиморфного превращения. Завершающая стадия производства заготовок и
окончательная штамповка проводится на прессах и молотах при температуре на 20 - 40°С ниже
температуры полного полиморфного превращения.
СПЛАВ ВТ8М-1.
1. Введение.
Жаропрочный титановый сплав ВТ8М-1 в основном предназначен для изготовления деталей
авиадвигателей (лопаток, крепежа и др.), работающих при температуре до 450°С (с забросом до 500°С).
Из сплава производят прутки и штамповки.
2. Химический состав.
Таблица 2.1. Химический состав сплава ВТ8М-1.
Ti Легирующие элементы, %
AI Мо Sn Zr Si
Ос- но- ва мин макс мин макс мин макс мин макс мин макс
5,0 5,8 3,0 4,3 0.3 1,5 0,3 1,5 0,1 0,22
Примеси, %
Fe О Н С N Прочие
макс макс макс макс макс макс
0,3 0,15 0,015 0,10 0,03 0,3
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4568кг/м3
3.2. Теплопроводность. Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТ8М-1 в отожженном состоянии
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600 700
Коэффициент теплопроводности, __ X ..-1 х к-1 ВТ м К 6,9 7,8 9,0 10,2 11,5 13,1 15,2 16,6
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3,1, Удельная теплоемкость сплава ВТ8М-1 в отожженном состоянии
Температура, °C 20 100 200 J зоо 400 500 600 650
Удельная теплоемкость кДжхкгЛхКи 0,50 0,54 0,58 о.ео 0,61 0,64 0,68 0,73
3.4.Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ВТ8М-1 в
отожженном состоянии.
Температура,°C 20. .100 100...200 200...300 300...400 400.. 500
Коэффициент линейного расши- рения,х Юж1 8,7 9,2 9,5 10,0 10.4
3.5. Электросопротивление.
Удельное элекгросопротивЬение-60,0 " КГ8 ом‘м (при 20°С).
₽
г
I
54
4.Механические свойства сплава ВТ8М-1
4.1 .Свойства при растяжении.
Рис. 4.1.2.Температурная зависимость относительного удлинения и относительного сужения
сплава ВТ8М-1 в отожженном состоянии.
4.2. Жаропрочность
Рис. 4.2.1. Предел длительной прочности при температуре 450°С и при различном времени
испытания сплава ВТ8М-Т в отожженном состоянии.
I
Рис. 4.2.2. Предел ползучести при температуре 450°С и при различном времени испытания
сплава ВТ8М-1 в отожженном состоянии.
4.3. Усталостные характеристики.
20 С 400 °C 45В С
Рх107ц.) (10вЦ.) (10 %.)
Рис. 4.3.1.Температурная зависимость предела многоцикловой выносливости гладких образце
и образцов с надрезом (Kt=3,35) на базе 2 *107 циклов сплава ВТ8М-1 в отожженном состоянии (изгиб
вращением, R= -1).
Рис. 4.3.2. Температурная зависимость предела малоцикловой усталости гладких образцов и
образцов с надрезом (Kt-2,33) на базе 5 х 10э и 104 циклов сплава ВТ8М-1 в отожженном состоянии
(осевое растяжение, R=0,1).'
4.4.Характеристики трещиностойкости.
Рис. 4.4.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КСТ)
сплава ВТ8М -1 в отожженном состоянии.
<5. Чувствительность к надрезу.
Статическая чувствительность к надрезу при 20°С:
- при радиусе надреза 0,75 мм (Kj=2,2) -1,36;
- при радиусе надреза 0,1 мм (Kt=4,0) - 1,36;
Чувствительность к надрезу (RM=0,15) при испытаниях на длительную прочность при
температуре 450°С:
_ н
о 100
—— = 1,3
гг гп
о 100
с Н500
-----=1,3
4.6. Модуль упругости.
Модуль упругости при растяжении при 20° С -117,6 ГПа.
5. Технологические характеристики.
Сплав ВТ8М -1 обладает хорошей технологической пластичностью при прокатке с допустимой
степенью деформации за один проход до 45%.
Температура полного полиморфного превращения (Тлп) составляет 99С + 20°С.
Ковка слитков на прессах и молотах осуществляется при температуре на 100-250°С выше
температуры полного полиморфного превращения. Завершающая стадия производства заготовок и
окончательная штамповка проводится на прессах и молотах при температуре на 20 - 40°С ниже
температуры полного полиморфного превращения.
СПЛАВ ВТ25У.
1, Введение.
Жаропрочный титановый сплав ВТ25У является наиболее прочным и жаропрочным из
отечественных титановых сплавов, предназначенных для работы при температурах до 550°С Сплав
применяется для изготовления дисков, лопаток, колец компрессоров.
Из сплава изготавливают поковки, штамповки, прутки, кольца.
2. Химический состав.
Таблица 2.1. Химический состав сплава ВТ25У.
Ti Легирующие элементы, %
AI Zr • Sn W Мо Si
Ос- но- ва мин макс мин макс мин макс мин макс мин макс мин макс
6,0 7,0 3,0 4,5 1,0 2,5 0,4 1,5 3,5 4,5 0,1 0 3
Примеси, %
Fe О Н с N Прочие
макс. макс. макс. макс. макс. макс
0,15 0,15 0,015 0,10 0,04 0,3
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4620кг/м3
3.2. Теплопроводность.
Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТ25У з отожженном состоянии
Температура, °C 25 100 200 300 400 500 600 700
Коэффициент теплопроводности, ВТх м *’к К"1 7,12 7,95 9,21 10,5 11,7 13,4 14,6 15.9
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3.1. Удельная теплоемкость сплава ВТ25У в отожженном состоянии.
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600 700
Удельная теплоемкость кДж х кг’1 х К1 0,536 0,552 0,578 0,604 0,623 0,660 0,704 0,796
3.4. Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ВТ25У в
отожженном состоянии.
Температура, °C 20...100 20...200 20...300 20...400 20...500 20 ..600
Коэффициент линейного расширения,х 10Бк’ 8,2 8,4 8,7 9,0 9,4 9,4
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление -181,0 х 10э ом * м (при 20°С).
4.Механические свойства сплава ВТ25У.
4.1. Свойства при растяжении.
Рис. 4.1.1. Температурная зависимость предела прочности и предела текучести сплава ВТ25У и
отожженном состоянии.
Рис. 4.1.2.Температурная зависимость относительного удлинения и относительного сужения
сплава ВТ25У в отожженном состоянии.
4.2. Жаропрочность
Рис. 4.2.1. Зависимость предела длительной прочности от температуры и времени испытания
сплава ВТ25У в отожженном состоянии.
Рис. 4.2.2. Зависимость предела ползучести от температуры и времени испытания сплава ВТ25У
в отожженном состоянии.
4.3. Усталостные характеристики.
470
Рис. 4.3.1. Температурная зависимость предела многоцикловой выносливости гладких образцов
и образцов с надрезом (Kt=3,35) на базе 2х 107 циклов, сплава ВТ25У в отожженном состоянии, (изгиб с
вращением, R=-1).
Рис. 4.3.2.Температурная зависимость предела малоцикловой усталости гладких образцов и
Образцов с надрезом (Kt=2,33) на базе 5х 103 и 104 циклов, сплава ВТ25У в отожженном состоянии
(осевое растяжение, R=0,1).
4.4. Характеристики трещиностойкости.
—mi —щ —I® 'SI _Ш Til ~~S' ~si TH
Рис. 4.4.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения обоазца с трещиной (КСТ)
сплава ВТ25У в отожженном состоянии.
Рис. 4.4.2. Критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоской
деформации (Кю) сплава ВТ25У в отожженном состоянии.
4.5. Чувствительность к надрезу.
Статическая чувствительность к надрезу сплава ВТ25У при радиусе надреза 0,15 мм (К(=3,75)
составляет -1,2 после выдержки до 500 часов при температурах до 550°С.
4.6. Модуль упругости.
Е ,
ГГТа.
Температура, °с
Рис. 4.6.1. Температурная зависимость модуля упругости при растяжении сплава ВТ25У.
5. Технологические характеристики.
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 980 ±20°С.
Ковка слитков на прессах и молотах осуществляется при температуре на 100-250°С выше
температуры полного полиморфного превращения. Завершающая стадия производства заготовок» и
окончательная штамповка проводятся на прессах и молотах при температуре на 20 - 30°С выше
температуры полного полиморфного превращения.
61
СПЛАВ ВТ16
1. Введение.
Высокопрочный титановый сплав ВТ16 используется главным образом для изготовления
деталей крепления: болтов, винтов, гаек, шайб и тд. Кроме того, сплав ВТ16 может быть использован и
для других деталей, требующих при изготовлении высокой технологической пластичности. Сплав ВТ16
обладает термической стабильностью при рабочих температурах до 300°С
Из сплава изготавливают прутки, проволоку.
2. Химический состав. Таблица 2.1. Химический состав сплава ВТ16
Ti Легирующие элементы,%
AI Мо V
Основа мин макс мин макс мин макс
1.8 3,8 4,5 5,5 4,0 5,0
Примеси, %
Zr i Si Fe О Н С N Прочие
макс макс макс макс макс макс макс макс
0,30 0,15 0,25 0,15 0,015 0,10 0,05 0,30
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4680кг/мЗ
3.2. Теплопроводность.
Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТ16 в термоупрочненном
состоянии.
Температура, °C 20 100 200 s 300 400 500 600 700 800
Коэффициент теплопроводности, вт*м’1хК'1 10,0 10,9 12,1 13,4 14,6 15,9 16,7 18,0 19,6
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3.1. Удельная теплоемкость сплава ВТ 16 в термоупрочненном состоянии.
Температура, °C 100 200 300 400 500 600 700 800
Удельная теплоемкость кдк*кг‘1’!К'1 0,46 0,50 0,55 0,59 0,67 0,71 0,80 0,84
3.4. Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ВТ16 в
термоупрочненном состоянии._______________________________________________
Температура, °C 20.100 100...200 200...300 300...400 400...500
Коэффициент линейного расширения, * Ю6К’1 9,1 9,8 10,4 10,5 10,3
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление -111,4 х 10 8 омх м (при 20°С).
4. Механические свойства сплава ВТ16,
4.1. Механические свойства сплава ВТ16 при комнатной температуре.
Таблица 4.1 Механические Свойства при комнатной температуре сплава ВТ16 в отожженном и
термоупрочненном состояниях применительно к деталям крепления.
NN п/п Наименование свойств Отожженное состояние Термоупрочненное состояние
1. <?в, МПа 815-930 1030-1180
2. oq.2, МПа 735-880 930-1080
3. Относительное удлинение, % >14 >12
4. Относительное сужение, % >55 >50
5. Допустимая деформация в >75
6. холодном состоянии,% >0,3
KCU, МДж/м2 >0.7
7. tyn-. МПа >620 >735
8. МЦУ, aomwrSea МПа Гн=0,75мм (Кг=2,2) 1,95.104ц.
При испытании на статическую выносливость по методике ГОСТ 2860 при Рта/-0,6Рр болт выдерживает
не менее 5,5 х 103 циклов.
При испытании болтов на растяжение с перекосом 2°, 4°, 6°, 8° прочность болтов должна быть
не менее 50% от расчетноразрушающей нагрузки при осевом растяжении.
Сплав ВТ16 допускает в холодном состоянии высадку головки (различной геометрии),
редуцирование стержня и хвостовика, накатку резьбы.
4.2. Жаропрочность сплава ВТ16 в термоупрочненном состоянии.
Рис. 4.2.1. Предел длительной прочности при температурах 250 и 300°С и времени испытания
1000 часов сплава ВТ16 в термоупрочненном состоянии.
6'^
Рис. 4.2.2. Предел ползучести при температуре 250 и 300°С и времени испытания 1000 часов
сплава ВТ16 в термоупрочненном состоянии.
4.3. Модуль упругости.
Модуль упругости при растяжении при 20°С:
в отожженном состоянии -102,9 ГПа;
в термоупрочненном состоянии -109,8 ГПа
5. Термическая стабильность сплава ВТ16 (пруток) в термоупрочненном состоянии.
Таблица 5.1.
Режим испытания Механические свойства
Температура, Время, час <гв, МПа Относительное удлинение, % Относит, сужение,%
20 1088 16 59
300 2000 1098 16 59
300 3000 1337 14 50
6. Технологические характеристики.
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 860 ± 20°С.
Ковка слитков на прессах и молотах осуществляется при температуре Ю50...800°С.
I3
I3
I3
I3
I3
r
Iя
)3
I3
?
Mi
i—
l
Г
?
iii
Г
ai
a
a
ii
СПЛАВ BT23
1, Введение.
Высокопрочный титановый сплав ВТ23 предназначен для монолитных и сварных конструкций
силового набора планера (шпангоуты, лонжероны и т.д.) гидроаккумуляторов, сосудов^высокого
давления, обшивки и др, работающих при температурах до 350°С длительно и до 500 С
кратковременно.
Из сплава изготавливают поковки, штамповки, прутки, профили, листы, фольгу, плиты, трубы
2. Химический состав.
Таблица 2.1. Химический состав сплава ВТ23
Ti Легирующие элементы, %
AI Мо V Сг Fe
Ос- но- ва мин макс мин макс мин макс мин макс мин макс
4.0 6,3 1,5 2,5 4,0 5,0 0.8 1,4 0,4 1.0
Примеси, %
Si О Н С N Прочие
макс макс макс макс макс макс
0,15 0,15 0,015 0,10 0,05 0,3
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4570 кг/м3
i
i
3.2. Теплопроводность. Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТ23 в отожженном состоянии
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600 700 800
Коэффициент теплопроводности, __Х ..-1 X 1/-1 ВТ М К 8,37 9,63 11,3 12,1 13,4 15,1 16,3 17,6 18,8
3.3. Теплоемкость.,
Таблица 3.3.1. Удельная теплоемкость сплава В Т23 в отожженном стоянии.
Температура, °C 100 200 300 400 500 600 700 800
Удельная теплоемкость кДж” кг'1 х К1 0,500 0,544 0,586 0,628 0,754 0,816 0,921 0,981
3.4. Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ВТ23 в
отожженном стоянии.
Температура, °C 20.100 100..200 200...300 300...400 400. .500 500...600
Коэффициент линейного расширения, * 106 К~’ 8,5 8.6 8,7 8,8 8,9 9,0
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление - 127,0 х 10”8 омк м (при 20°С).
4. Механические свойства сплава ВТ23.
4.1. Свойства при растяжении.
1 000
1 400
1 200
1 000
аоо
600
400
200
__терь с юупро^ DOTООНV н енное е
Sv
= ctCh2/i' : *-4 -4 5 н—
ШШШ х > X X X X 4 , 1 i J 1 1 1.4 * х 1J . X L. X
1 ОО 200 300 400 500 600
Температура, °C
Рис. 4.1.1. Температурная зависимость предела прочности и предела текучести листов сплава
ВТ23 после отжига и после закалки с последующим старением.
о
Рис. 4.1.2. Температурная зависимость предела прочности и предела текучести плит сплава
Рис. 4.1.3.Темлературная зависимость относительного удлинения и относительного сужения
листов и плит сплава ВТ23 в отожженном и термоупрочненном состоянии.
4.2. Жаропрочность
SI
a
a
4
.1
0.2/100
4.3. Усталостные характеристики.
Рис. 4.2.1. Зависимость предела длительной прочности и предела ползучести за 100 часов от
температуры испытания листов и плит сплава ВТ23.
старение отжиг
Рис. 4.3.1. Предел многоцикловой усталости гладких образцов и образцов с надрезом (Kt=2,2) на
базе 107 циклов листов, плит и штамповок сплава ВТ23 в отожженном и термоупрочненном состояниях
(изгиб с вращением, R» -1).
Малоцикловая усталость образцов с надрезом (Kt=2,2) сплава ВТ23 в гермоупрочненном
состоянии, вырезанных в продольном направлении плит: при атах=450 МПа N=3,4 х ю* - 8,4 ’ Ю4 циклов
4.4. Характеристики трещиностойкости.
отжиг термоупрочнение старение
Рис. 4.4.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КСТ)
сплава ВТ23 в отожженном и термоупрочненном состоянии.
старение
Рис. 4.4.2. Критический коэффициент интенсивности напряжений (К1С) сплава ВТ23 в условиях
плоской деформации.
4.5. Чувствительность к надрезу.
Статическая чувствительность к надрезу сплава ВТ23 (плита):
- при радиусе надреза 0,75 мм (Kt=2J2) -1,34.
- при радиусе надреза 0,1 мм (К(=4,0) -1,43.
4.6. Модуль упругости.
Модуль упругости при растяжении при 20° С -115,6ГТ1а.
5. Технологические характеристики.
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 930 ±20°с.
Ковка слитков на прессах осуществляется при температуре на 100 - 250°С выше температуры
полного полиморфного превращения. Завершающая стадия производства полуфабрикатов проводится
при температуре на 20 - 50°С ниже температуры полного полиморфного превращения.
5.1. Характеристики штампуемости.
Технологическая пластичность сплава ВТ23 в холодном состоянии при штамповке приведена в
табл. 5.1.
Таблица 5,1,
Показатели штампуемости.
Коэфф, вытяжки Коэфф, отбортовки Минимальный радиус гибки
1,9 1,6 2.5S*)
*) S- толщина листа.
5.2. Свариваемость.
Сплав ВТ23 сваривается всеми видами сварки. Коэффициент ослабления прочности сварного шва:
(Та (св.)/ <Тв=0,95 - в отожженном состоянии
(Ув (св )/ О>в=0,90 - в термоупрочненном состоянии
СПЛАВ ВТ22
1. Введение.
Высокопрочный титановый сплав ВТ22 применяется в термоупрочненном состоянии с разной
степенью термоупрочнения для изготовления крупногабаритных силовых деталей и узлов планера
самолета (см. п. 4), а также для изготовления дисков и лопаток вентилятора и компрессора низкого
давления, работающих при температурах до 300°С (см. п. 5).
Из сплава изготавливают поковки, штамповки, кованые и катаные прутки, прессованные
профили, плиты.
2. Химический состав.
Таблица 2.1. Химический состав сплава ВТ22
Ti Легирующие элементы, %
AI Мо V Сг Fe
Ос- но- ва мин макс мин макс мин макс мин макс мин макс
4,4 5,7 4,0 5,5 4,0 5,5 0,5 1,5 0,5 1,5
Примеси, %
Zr Si О Н С N Прочие
макс макс макс макс макс макс макс
0,30 0,15 0,15 0,015 0,10 0,05 0.3
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4620 кг/мЗ
32. Теплопроводность.
Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТ22 в термоупрочненном
состоянии.
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600 700 800
Коэффициент теплопроводности, вт*м'1»1С1 8,37 9,21 10,5 11.7 13,4 14,6 15,9 17,2 18,4
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3.1. Температурная зависимость удельной теплоемкости сплава ВТ22 в термоупрсчненном
состоянии.
Температура, °C 100 200 300 400 500 600 700 800
Удельная теплоемкость кДж*кг’1 • К"1 0,523 0,565 0,586 0,649 0,712 0,795 0,879 0,963
3.4.Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ВТ22 в
термоупрочненном состоянии.___________________________________________________
Температура, °C 20...100 100...200 200...300 300..400 400... 500
Коэффициент линейного расширения,х 10еК?1 8,0 8,4 8,8 9,3 9,8
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление -153,0 *108 ом * м (при 20°С).
4.Механические свойства сплава ВТ22, термообработанного на ов=Ю80 - 1225 МПа.
4.1. Свойства при растяжении.
1 200
°О ,2 11 оо
ГчТГТа 1 000
900
800
700
600
nnrinrr 19
s
=
5
II1 ПИП1 n J,A, t .1— L—
300
О
10О 2.00
Темпер атур а,
4-00
Рис. 4.1.1. Температурная зависимость предела прочности и предела текучести сплава ВТ22
3
%
Рис. 4.1.2. Температурная зависимость относительного удлинения и относительного сужения
сплава ВТ22.
4.2. Жаропрочность.
Температура, °C
Рис. 4,2.1. Температурная зависимость предела длительной прочности и предела ползучести
сплава ВТ22 за 100 часов.
70
4.3. Усталостные характеристики.
Рис. 4.3.1. Предел многоцикловой усталости гладких образцов и образцов с надрезом (Kt=2,33)
ив базе 2 * 107 циклов сплава ВТ22 (изгиб с вращением, R= -1).
*t=z>2 Kt=3<e *ч=4«°
Коэффициент концентрации напряжений
Рис. 4.3.2. Малоцикловая усталость сплава ВТ22 в зависимости от коэффициента концентрации
напряжений. Долговечность образцов с кольцевыми надрезами Kt=2,2, Kt=3,0 и Kt=4,0 при напряжении
СГммсв 350 МПа (осевое растяжение, R=0,1).
4.4. Характеристики трещиностойкости.
Рис. 4.4.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КСТ)
Сплава ВТ22.
Рис. 4.4.2. Критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоской
деформации (К1С) сплава ВТ22.
4.5. Чувствительность к надрезу.
Статическая чувствительность к надрезу сплава ВТ22 в термоупрочненном состоянии при
радиусе надреза 0,1 мм (Kt=4,0) -1,33.
4.6. Модуль упругости.
Модуль упругости при растяжении при 20°С -113,7 ГПа.
5. Механические свойства сплава ВТ22, термообработанного на СТВ=1130 - 1275 МПа.
5.1. Свойства при растяжении.
Рис. 5.1.1. Температурная зависимость предела прочности и предела текучести сплава ВТ22
О
ТОО 200 _ 300 400
Температура, CJ
Рис. 5.1.2.Температурная зависимость относительного удлинения и относительного сужения
сплава ВТ22.
3
%
5.2. Жаропрочность
1209 -/
Температура, °C
Рис. 5.2.1. Температурная зависимость предела длительной прочности и предела ползучести
оллма ВТ22 за 10О часов.
5.3. Усталостные характеристики.
~ (2-107UK)Kt=2,33 — tf-l(2-107UK.)
Температура, ° С
Рис. 5.3.1. Предел многоцикловой усталости гладких образцов и образцов с надрезом (К=2,33)
на базе 2 х 107 циклов сплава ВТ22 (изгиб с вращением, R= -1).
ННВ оа — Оо
Рис. 5.3.2. Малоцикловая усталость в зависимости от коэффициента концентрации напряжений и
TtMntpgryp» । испытания. Долговечность образцов с кольцевыми надрезами Кг-2,2, Kt=3,0 на базе 104
ЦМПОВ сплава ВТ22 при <5^^ = 350 МПа (осевое растяжение, R=0,1).
9.4. Характеристики трещи нестойкости.
Рис. 5.4.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КСТ).
Рис. 5.4.2. Критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоской
деформации (К1С).
6. Технологические характеристики.
Сплав ВТ22 обладает хорошей технологической пластичностью, близкой к пластичности сплава ВТ6 (Tj-
вАМУ).
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 870 + 15°С.
а) деформирование на молотах: предварительное деформирование при 1000 - Ю50°С,
окончательное деформирование - при 920 - 950ьС;
б) деформирование на прессах: предварительное и окончательное деформирование - при 800 -
взо°с.
74
СПЛАВ ВТ35
1. Введение.
Высокопрочный титановый сплав ВТ35 в основном предназначен для изготовления
штампосварных листовых самолетных конструкций, длительно работающих при температурах до 350°С.
Из сплава изготавливают листы, плиты.
2. Химический состав.
Таблица 2.1. Химический состав сплава ВТ35.
TI Легирующие элементы, %
AI V Sn Zr Мо Сг Nb
Ос- но- ва мин макс мин макс мин макс мин макс мин макс мин мак мин макс
2,0 4,0 14,0 16,0 2,0 4,0 0,5 2,0 0,5 2,0 2,0 4,0 0,01 0,40
Примеси, %
Fe Si О Н С N Прочие
макс макс макс макс макс макс макс
0,3 0,15 0,15 0;015 0,10 0,05 о.з
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4770 кг/мЗ
3.2. Теплопроводность.
Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТ35 в термоупрочненном
состоянии.
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600 700 800
Коэффициент теплопроводности, атхм'1х1С1 5,7 6,8 6,5 8,7 9,8 16,2 23,6 27,7 33,2
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3.1. Удельная теплоемкость сплава ВТ35 в термоупрочненном состоянии.
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600 700 800
Удельная теплоемкость кДкхкг'1хК’1 0,53 0,56 0,41 0,55 0,54 0,79 1,03 1,11 1,24
3.4.Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ВТ35 в
термоупрочненном состоянии._______________________________________________
Температура,°C 20...100 20.200 20...300 20...400 20...500
Коэффициент линейного расширения,х 106К1 8,6 9,0 9,3 9,7 9,9
Температура, °C 100...200 200...300 300...400 400...500
Коэффициент линейного расширения, * 10бК1 9,0 10,1 10,8 10,8
3.5. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление - 149,4х10'в омх м (при 20°С).
4. Механические свойства сплава ВТ35.
4.1. Свойства при растяжении.
Рис. 4.1.1. Температурная зависимость предела прочности и предела текучести сплава ВТ35 в
термоупрочненном состоянии.
НI Н 11 Н
тгпттгтг
III II ГИТ' с
III IIII II
И111 1111 -.11-1-X-1-L1-1 ,х. iiiiJiiii
О 10О 200 300 400 500
> Температура, °C
Рис. 4.1.2.Температурная зависимость относительного удлинения сплава ВТ35 в
термоупрочненном состоянии.
4.2. Жаропрочность
Рис. 4.2.1. Зависимость предела длительной прочности и предела ползучести за 100 часов от
температуры испытания сплава ВТ35 в термоупрочненном состоянии.
4.3. Усталостные характеристики.
многоииклоеая мапоиикловая
усталость усталость
Рис. 4.3.1. Предел многоцикловой усталости образцов и образцов с надрезом (Kt=2,6) на базе
2х107 циклов сплава ВТ35 термоупрочненном состоянии, (знакопеременный изгиб, R= -1) и предел
малоцикловой усталости образцов с надрезом (К^=2,6) на базе 2 х Ю4 циклов (осевое растяжение R=0,1).
4.4. Характеристики трещиностойкости.
77
Рис. 4.4.1.Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образца с трещиной (КСТ)
0ПЛ1М ВТ35 в термоупрочненном состоянии.
Критический коэффициент интенсивности напряжений (Кс) сплава ВТ35 - 105 МПа ’ м1''
4.5. Чувствительность к надрезу.
Статическая чувствительность к надрезу сплава ВТ35 в термоупрочненном состоянии:
- при К<=2.6 - 0,97;
- прирадиусе надреза 0,1 мм (К,=4,0) - 0,86;
4.6. Модуль упругости.
Модуль упругости при растяжении при 20°С -107,8 ГПа.
5. Технологические характеристики.
Сплав ВТ35 обладает хорошей технологической пластичностью в холодном состоянии,
сравнимую с пластичностью титановнго сплава ОТ4 -1.
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 780±20°С.
Таблица 5.1.Технологическая пластичность при листовой штамповке сплава ВТ35 в отожженном
состоянии.________________ ___________________________
Показатели штампуемости.
Коэфф, вытяжки Коэфф, отбортовки Минимальный радиус гибки Коэфф, выдавливания
1.7...1,9 1,4...1,5 0,8...3,0S*) 18...20
*) S- толщина листа.
Термическую обработку (отжиг и упрочняющую обработку) можно проводить в аргоно-вакуумных
печах.
Ковка слитков, изготовленние и прокатка слябов производится в интервале температур
1150...800°С.
7Х
СПЛАВ ВТ32
1. Введение.
Титановый сплав ВТ32 в основном предназначен для изготовления листовых самолетных
конструкций, длительно работающих при температурах до 350°С.
Из сплава изготавливают листы, ленту, фольгу.
2. Химический состав. Таблица 2.1.Химический состав сплава ВТ32
TI Легирующие элементы, %
AI V Мо Сг Fe
Основа мин макс мин макс мин макс мин макс мин макс
2,0 4,0 7,0 9,0 7.0 9,0 0,5 2,0 0,5 2,0
Примеси, %
О Н С N Прочие
макс макс макс макс макс
0,15 0,015 0,10 0,05 0,3
3. Физические свойства.
3.1. Плотность: 4830 кг/мЗ
3.2. Теплопроводность.
Таблица 3.2.1. Температурная зависимость теплопроводности сплава ВТ32 в термоупрочненном
состоянии.
Температура, °C 20 100 200 300 400 500 600
Коэффициент теплопроводности, втх м’151 К-1 6,7 7,95 9,63 11.7 13,4 15,5 17,6
3.3. Теплоемкость.
Таблица 3.3.1. Удельная теплоемкость сплава ВТ32 в термоупрочненном состоянии
Температура. °C 20 100 200 300 400 500 600
Удельная теплоемкость кДжхкг'1х1С1 0,54 0,55 0,58 0,61 0,65 0,70 0,78
3.4. Термическое линейное расширение.
Таблица 3.4.1. Температурная зависимость коэффициента линейного расширения сплава ВТ32 в
термоупрочненном состоянии.________• '_______________________________
Температура,°C 20..100 20...200 20...300 20...400
Коэффициент линейного расширения,х 106К~1 8,1 8,3 8,4 8,5
Температура,°C 100...200 200...300 300...400 400...500
Коэффициент линейного расширения,х Ю6КГ1 8,4 8,5 8,7 8,8
ц
79
I
1,6. Электросопротивление.
Удельное электросопротивление -152 х 0-8 ом х м (при 20°С).
4. Механические свойства сплава ВТ32.
4.1. Свойства при растяжении.
1300
1 200
JvtrTa
1 1 ОО
1ООО
900
800
700
Е
тгттггттт
II III III!1 O0,2
Illllllll
fiinriir 11 Il-Lt 1-1 >
—200 — 100 О 100 200 300 400 500
3
Рис. 4.1.1. Температурная зависимость предела прочности и предела текучести сплава ВТ32 в
термоупрочненном состоянии.
Температура, С
Рис. 4.1.2.Температурная зависимость относительного удлинения сплава ВТ32 в
термоупрочненном состоянии.
4.2. Жаропрочность.
Рис. 4.2.1. Зависимость предела длительной прочности и предела ползучести за 100 часов от
температуры испытания сплава ВТ32 в термоупрочненном состоянии.
4.3. Усталостные характеристики.
CZZ3 - С?.-, ( 2-ю7 цк.)
£53 - (2-107ЦК.) (сварной)
Ж - СГ.1( 2-Ю7UK.) Kt=4,0
ES3 - C-i( 2-ю7цк.) Kt=2.e
Рис. 4.3.1. Предел многоцикловой усталости гладких образцов, образцов с надрезом (^=2.6) и
сварных образцов на базе 2 х10г циклов (знакопеременный изгиб, R= -1).
Малоцикловая усталость сплава ВТ32 в термоупрочненном состоянии на плоских образцах,
вырезанных в продольном направлении с концентратором напряжений (отверстие, К=2,6):
при СТплг'ббОПа №3,66 х 103 -1,08 х 104 циклов.
при <Упих=450Па №1,54 х 104 - 2,38 х 104 циклов
4.4. Харакгеристики трещиностойкости.
4.4.1. Ударная вязкость.
81
Рис. 4.4.1.1. Ударная вязкость (KCU) и удельная работа разрушения образцов с трещиной (КСТ;
Вырезанных в поперечном направлении, сплава ВТ32 в термоупрочненном состоянии.
4.4.2. Скорость роста усталостной трещины (СРТУ).
Таблица 4.4.2.1. Скорость роста усталостной трещины сплава ВТ32 в термоупрочненном состоянии.
Размах коэфф, интенсивности напряжений (ЛК) МПа*м1'2 Скорость роста усталостной трещины (d(2l)/dN), мм/кцикл
мин. - макс.
75 0,6 - 0,9
100 1,1-1,9
125 2,0-2,4
150 2,0-3,5
4.4.3. Критический коэффициент интенсивности напряжений (Ксуо)
К?®=3-124 МПа* м1?2
4.4.4. Остаточная прочность образцов с исходной центральной сквозной усталостной трещиной
(С^нвгто)
Для гладких образцов: <T₽WTT0 =40 - 700 МПа
4.5. Чувствительность к надрезу.
Статическая чувствительность к надрезу сплава ВТ32 в термоупрочненном состоянии:
- при Ki=2,6 - 0,95;
- при Kt=4,0 - 0,86;
4.6. Модуль упругости.
Модуль упругости при растяжении при 20° С -109,8 ГПа.
5. Технологические характеристики.
Сплав ВТ32 обладает хорошей технологической пластичностью при комнатной температуре в
отожженном состоянии, сравнимую с пластичностью титановнго сплава ОТ4-1.
Температура полного полиморфного превращения (Тпп) составляет 790 t20°C.
82
Таблица 5.1. Технологическая пластичность при листовой штамповке сплава ВТ32 в отожженном
состоянии. _________________;_________________________________________
Показатели штампуемости.
Коэфф, вытяжки Коэфф, отбортовки Минимальный радиус гибки Коэфф, выдавливания,%
1,94 1,51 2,6S*) 22
*) S- толщина листа.
Термическую обработку (отжиг и упрочняющую обработку) можно проводить в аргоно-вакуумных
печах.
Ковка слитков, изготовленние и прокатка слябов производится в интервале температур
1150...800°С.
Коррозионностойкие титановые сплавы
1, Коррозия в концентрированных растворах неокислительных кислот.
В коррозионноактивных восстановительных средах ряда химических, металлургических,
фармакологических и других производств широко используется технически чистый титан ВТ1-0.
Технически чистый титан является лучшим конструкционным материалом для изготовления
оборудования, используемого при производстве хлора, соды, химических волокон, азотной кислоты,
хлорной извести и другой продукции, поскольку помимо высокой коррозионной стойкости обладает
хорошей технологической пластичностью в холодном состоянии и свариваемостью всеми видами
сварки.
Однако применение технически чистого титана в ряде случаев ограничивает его невысокая
прочность (ов=390 МПа), температура применения (до 150°С) и пониженная коррозионная стойкость в
концентрированных горячих растворах неокислительных кислот.
Разработанные опытные композиции титановых сплавов решают эти проблемы либо частично,
либо полностью.
Сплав Vi - (0,05...0,15)Pd - (0,5...1,0)W превосходит сплав ВТ1-0 по коррозионной стойкости,
значительно расширяя концентрационный и температурный диапазон безопасного применения в серной
и соляной кислотах. Сплав не уступает по коррозионной стойкости сплаву Ti-(0,12. ..0,25)Pd (табл.1),
позволяя снизить стоимость за счет уменьшения содержания дорогостоящего элемента Pd.
Таблица 1.1. Коррозионная стойкость титановых сплавов, содержащих Pd.
Сплав Скорость коррозии, мм/год (10% HCI, t=90°C)
ВТ1-0 24,2
Ti*0,2Pd 0,14
Ti-0,15Pd 1,45
Ti-0,15Pd-0,5W 0,097
Небольшие добавки Pd и W не ухудшают прочностные и технологические свойства сплава по
сравнению с технически чистым титаном, что делает этот сплав привлекательным для изготовления
конструкций' сложной формы.
Разработаны опытные высоколегированные титановые сплавы Ti-OZr и Ti - 3AI - ЮМо - 30V,
более высокопрочные по сравнению с технически чистым титаном, технологичные, свариваемые, с
высокой коррозионной стойкостью в концентрированных растворах неокислительных кислот и в ряде
сложных восстановительных растворах промышленных производств.
Типичные механические свойства приведены на рис. 1.1 - рис. 1.3.
Рис. 1.1. Типичный уровень предела прочности и предела текучести опытных
коррозионностойких сплавов в отожженном состоянии.
Х4
Рис. 1.2. Типичный уровень пластичности (относительное удлинение и относительное сужение)
опытных коррозионностойких сплавов в отожженном состоянии.
Рис. 1.3. Типичный уровень ударной вязкости (KCU) опытных коррозионностойких сплавов в
отожженном состоянии.
На рис. 1.4 и рис. 1.5 приведены линии изокоррозии (0,1мм/год) ряда промышленных й опытных
отечественных и зарубежных титановых сплавов в серной и соляной кислотах в зависимости от
концентрации и температуры среды.
Рис. 1.4. Линии изокоррозии (0,1 мм/год) титановых сплавов в серной кислоте.
«5
Рис. 1.5. Линии изокоррозии (0,1м/год) титановых сплавов в соляной кислоте.
Видно, что опытные сплавы Ti-50Zr и Ti-3AI-10Mo-30V сохраняют стойкость против коррозии в
серной и соляной кислотах при более высоких концентрациях и температурах по сравнению не только с
технически чистым титаном, но и с такими коррозионностойкими сплавами как Ti-0,15Pd (Grade 7) и B2is
В табл. 1.2 представлены результаты испытаний этих же сплавов на коррозионную стойкость в
некоторых промышленных растворах, встречающихся при производстве хлора и продуктов на его
основе, а также борного волокна.
Таблица 1.2. Скорость коррозии новых титановых сплавов в некоторых промышленных средах.
Среда Кон- цен- тра- ЦИЯ, % Темпе- ратура, Скорость коррозии, мм/год
Технический титан Опытные сплавы *)
ВТ1-0 (Grade 2) Ti-0,15Pd (Grade 7) Ti-3AI-5Mo-2,7Nb- 0,2Si (B21S) Т1-ЗА1- -10MO-30V Ti-50Zr i
соляная кислота 20 10 20 70 0,96 10,60 0,084 0,14 0,01 0,13 0,001 0,10 0,001 0,17
серная кислота 40 40 20 40 1.72 6,8 0,17 0,63 0,051 0,001 0,041 0,54 0,62
серная кислота содержащая хлор (1г/л) 75 20 4,10 4,10 - 0,24 23,4
водный раствор (B4C+BCh) - 50 1,35 0,014 - 2,28 0,0
газообразный HCI - 10 8,80 13,40 - 2,90 0,10
*)Сплавы могут производиться в виде листов, прутков, поковок и т.д.
Учитывая существенное различие в стойкости материала в зависимости от состава среды,
следует для каждого конкретного случая применения определять экономическую целесообразность
использования того или иного1 сплава, принимая в расчет не только его коррозионную стойкость, но
также стоимость производства как самого материала, так и готового изделия.
2. Коррозия в растворах неорганических солей.
2.1.Растворы поваренной соли.
Технически чистый титан обладает высокой коррозионной стойкостью в растворах поваренной
соли в широком диапазоне концентраций (от 5% - раствора, имитирующего соленую морскую воду, до
пересыщенных растворов).
86
Даже при повышенной кислотности солевого раствора до рН=, что возможно в условиях
щвлевой коррозии, и при температуре до 60°С скорость коррозии сплава ВТ1-0 не превышает
0,004мм/год (табл. 2.1.1.), в то время как наиболее коррозионностойкие нержавеющие стали типа
12Х18Н10Т (321Н) корродируют с образованием питтинга диаметром от 100 до 1000 мкм.
Таблица 2.1.1. Коррозионная стойкость технически чистого титана и нержавеющих сталей в растворах
поваренной соли, (время испытаний -100...200 часов.)______________________________________
Среда Конценрация, % Температура, °C Скорость коррозии, мм/год
Технический титан Нержавеющие стали
ВТ1-0 (Grade 2) Х18Н9 -(304) 12Х18Н10Т (321Н)
NaCI (pH-5) 5-15 20 50 0,0006 0,00017 0,001**) 0,0017’) 0,007**)
Пересыщ. р-р 60 0,004 0,004**) 0,004**)
*) • единичный питтинг,
*•)- массовый питтинг
Титановые сплавы обладают высокой стойкостью к коррозионному растрескиванию под
напряжением в морской воде.
По данным исследовательской лаборатории ВМС США пороговые значения коэффициента
интенсивности напряжений в морской воде сплава Ti-6AI-4V колеблются от 45 до 105 МПа.м172 в
зависимости от содержания кислорода в сплаве и режима горячей деформации.
Максимальный уровень Kiscc сплав Ti-6AI-4V имеет при содержании кислорода 0,05%, при
температуре заключительного этапа деформации, равной Тпп-40°С.
Уровень Kiscc в синтетической морской воде для титановых сплавов с содержанием кислорода
менее 0,1% соответствует уровню KtScc на воздухе.
2.2. Растворы кислых солей кальция. Образующихся при известковом методе "мокрой" очистки
дымов.
При известковом методе "мокрой" отчистки дымов тепловых электростанций от окислов серы
внутреняя поверхность абсорбера подвергается воздействию агрессивной кислой среды сложного
состава, содержащей соли кальция (сульфаты и бисульфаты, карбонаты, хлористый и фтористый
кальций). Кислотность среды может достигать рН=2.
Исследования коррозионной стойкости (общей и щелевой) технического титана ВТ1-0, а также
Сплавов TM),15Pd и Ti-0,3Mo-0,8Ni в опытном растворе, имитирующем наиболее жесткие условия
воздействия среды на внутренюю поверхность абсорбера, показали, (табл.2.2.1.) что все испытанные
титановые сплавы совершенно стойки в указанном растворе после 700 часов испытаний. Щелевая
коррозия также не наблюдалась.
Таблица 2.2.1. Коррозионная стойкость титановых сплавов в условиях имитирующих процесс "мокрой"
ОВРООЧИСТКИ.
Состав базового раствора рН«б.„7 г Концентрация хлоридов, % Температура, Время испытаний, час Скорость коррозии, мм/год *)
ВТ1-0 (Grade 2) Ti-0,3Mo-0,8Ni (Grade 12) Ti-0,15Pd (Grade 7)
На 1 литр: СаС12 -150г СаЭО< - 25г CaF3 - 10г СаСОз - 4г 10 70 700 0 0.004 0
•щелевая коррозия отсутствует
87
Сравнительные длительные (до 4000 часов) испытания на коррозионную стойкость образцов
МИШЧНЙХ материалов (титановые сплавы, углеродистые и нержавеющие стали, никелевые сплавы),
рцывденных непосредственно внутри абсорберов нескольких тепловых электростанций в различных
показали, что титановые сплавы, также как и никелевые сплавы, являются совершенно
Ифрозионностойкмми материалами для абсорбера, в то время как нержавеющие стали типа 12Х18Н10Т
(М1Н) в некоторых зонах абсорберов имели скорость коррозии от 0,15 до 0,7 мм/год, а
малоуглеродистая сталь ст.З - от 0,5 до 5,0 мм/год.
2.3. Сероводородосодержащие среды.
При добыче нефти и газа встречаются среды с повышенным содержанием сероводорода. При
разработке таких месторождений появляются проблемы с коррозионной стойкостью оборудования,
выполненного из углеродистых и нержавеющих сталей, которые в ряде случаев бывают подвержены
сероводородному растрескиванию.
При бурении сверхглубоких скважен возникает потребность в применении материалов с более
высокой удельной прочностью по сравнению с используемыми марками сталей.
Исследование коррозионной стойкости промышленных титановых сплавов с уровнем прочности
от 810 до 1100 МПа в растворе NaCI, имитирующем состав природных коррозионно - активных сред, при
повышенных температуре и парциальном давлении сероводорода, показало (табл. 2.3.1.), что все
исследованные титановые сплавы являются совершенно стойкими как в газовой, так и в жидкой фазах.
Таблица 2.3.1, Скорость коррозии титановых сплавов и конструкционных сталей в растворах
гидросульфидов.
Сплав Предел прочности, МПа Скорость коррозии, мм/год Испытательный раствор NACE
TH-6AI-4V (ВТ6) Ti-6AI-3,5Mo-0,3Si (ВТ8) Ti-5AI-5Mo-5V- -1Fe-1Cr (ВТ22) 850 1000 1100 0,001 0,003 0,002 Газовая фаза: смесь H2S и СО2 с парциальным давлением Рн2з=1,5 МПа Рсо?=2,5 МПа
Стали типа 38ХНМА (группа прочности М) 1000 >6,0
TI-6AI-4V (ВТ6) Ti-6AI-3,5Mo-O,3Si (ВТ8) Ti-5AI-5Mo-5V- -1Fe-1Cr (BT22) 850 1000 1100 0,001 0,004 0,001 Жидкая фаза: 5% NaCI 0,5% СН.СООН 0,3% H2S водный раствор рН=3,5...4,5
Стали типа 38ХНМА (группа прочности М) 1000 6,0
Примечания:
1. Испытания образцов проводили в двухфазной среде (газ - жидкость) в испытательном растворе
NACE, при этом образцы находились либо в газовой фазе, либо в находящейся в контакте с ней жидкой
фазе.
2.Температура двухфазной среды - 150°С.
З.Время выдержки образцов - 200 часов.
Коррозионная стойкость титановых сплавов несравненно выше, чем стойкость конструкционных
сталей типа 38ХНМА, широко используемых в настоящее время в нефтедобывающем и
газодобывающем оборудовании.
Титановые сплавы обладают высокой стойкостью к сероводородному растрескиванию под
воздействием напряжений.
При растягивающем напряжении, равном 600 МПа и являющимся критическим для большинства
конструкционных сталей с пределом текучести более 750 МПа, образцы из титановых сплавов
простояли в растворе NACE 720 часов без разрушения (табл. 2.3.2.)
Таблица 2.3.2. Коррозионное растрескивание под напряжением титановых сплавов и конструкционных
сталей в растворе гидросульфидов.
Сплав Предел текучести, МПа Приложенное напряжение, МПа Время до разрушения, час Испытательный ; раствор NACE г
Ti-6AI-4V (ВТ6) Ti-6AI-3,5Mo (ВТ8) TI-5AI-5MO-5V- -1Fe-1Cr (ВТ22) 750 900 1000 600 600 600 720*) 720*) 720*) I Жидкая фаза: 5% NaCI 0,5% СН3СООН 0,3% H2S водный раствор рН=3,0..,3,8 Т = 20°С
Стали типа 38ХНМА (группа прочности М) 900 600 40...50
Примечания:
1. *> образцы не разрушились;
2. Испытания проводились на цилиндрических образцах диаметром 6,9 мм и с расчетной длиной 25,4ml
под постоянной нагрузкой в соответствии с методикой испытания ВНИИГАЗа
Обладая высокой коррозионной стойкостью в сероводородосодержащих средах и в морской
воде, а также имея низкий модуль упругости при высоких характеристиках удельной прочности,
титановые сплавы являются наиболее перспективным материалом для оборудования, используемого
при морской добыче нефти и газа.
89
Новый титановый сплав для трубопроводов офшорной нефтедобычи
1. Введение.
Освоение глубоководных нефтяных полей на морском шельфе на плавающих платформах,
соединенных с добывающими скважинами гибкими трубопроводами, потребовало разработки
материала для трубопровода, удовлетворяющего следующим требованиям эксплуатации
- срок службы трубопровода 20 - 50 лет;
- трубопровод должен выдерживать внутренее давление в 400 - ЮООар;
- температура углеводородов -100 - 200°С;
- трубопровод должен работать в морской среде, в смеси углеводорода, вэды с 4 -10% NaCI,
СО2, H2S и абразивными частицами.
По расчетам разработчиков конструкций нефтедобывающих платформ параметры труб должны
быть следующими:
- внутрений диаметр 150 - 300 мм;
- толщина стенки 10-20 мм;
- предел выносливости при отнулевом цикле нагружения 345-480Па.
Таким материалом с высокой удельной прочностью, низким модулем упругости, с высокой
кррозионной стойкостью в морской среде и в сопутствующей углеводородам агрессивной среде, может
быть сплав титана с пределом прочности 575 - 765 МПа.
2. Разработка сплава.
При разработке на ВСМПО нового сплава за основу был взят широко известный сплав Ti-3AI-
2,5V (Grade 9), обеспечивающий предел прочности 620Па в термообработанном состоянии. Для
обеспечения хорошей свариваемости, повышения коррозионной стойкости и прочности при высокой
пластичности дополнительно вводили в состав сплава молибден и цирконий, а для повышения
коррозионной стойкости в морской воде вводили 0,05Pd или 0,1Ru.
По результатам коррозионных и механических испытаний серии сплавов различных химических
составов установлен номинальный состав сплава: Ti-3, 2AI-2, 7V-1, ЗМо-1, 0Zr-0,05Pd (условное
обозначение сплава - Grade ЭМ). Из сплава изготовили трубы диаметром 86,4 х7 мм по технологии,
включающей горячую прошивку заготовки, многопроходную прокатку на стане холодной прокатки труб с
промежуточными отжигами. Трубы диаметром 50 х 8 мм изготовили из горячекатаной заготовки на стане
холодной прокатки труб.
3. Механические свойства.
Результаты механических испытаний материала труб приведены в табл. 3.1 и на рис. 3.1- рис. 3.5
Таблица 3.1. Механические свойства труб из титанового сплава Grade 9М.
Размер трубы, мм Состояние ов, МПа О0,2> МПа Относ, удлинение, % Относ, сужение, % KCU, Мдж/м2 KCV Мдж/м2
50x8 Холодная прокатка е=43%, отж. 740°С,2ч 880- 892 737- 757 16 - - !
186,4 х 17 Холодная прокатка е=31 % 922- 946 877- 885 9,0-9,6 29,9- 32,4 - 0,40- i 0,45 i ।
Холодная прокатка Е=31%, отж. 670°С,2,5 ч 824- 842 695- 711 16,0-18,6 36,2- 36,6 0,72- 0,84 0,57- 0,58
Холодная прокатка £=43%, отж. 760°С,2,5 ч 789- 798 665- 674 19,2-20,8 39,5- 40,3 1,23- 1,31
Grade 9, отж. 730°С,1,0 ч 696 568 29,0 32,0 - -
Рис. 3.1. Температурная зависимость предела прочности (1), (3) и предела текучести (2), (4)
сплава Grade 9М:
а) после 31% холодной деформации (1) и (2);
б) после отжига 670°С - 2,5 часа (3) и (4);
•) сплав Grade 9 после отжига 730°С -1 час (5) - предел прочности.
Характер изменения прочностных характеристик сплавов GradeM и Grade 9 от температуры
аналогичен, при температуре 200°С сплав Grade 9М имеет предел прочности в 1,2 -1,3 раза больше.
Рис. 3.2. Температурная зависимость относительного удлинения (1), (2) и относительного
сужения (3), (4) сплава Grade 9М:
а) после 31% холодной деформации (1) и (3);
б) после термической обработки 670°С, 2,5 часа (2) и (4);
в) сплав Grade 9 после отжига 730°С -1 час, (5) - относительное удлинение, (6) - относительное
сужение.
Характеристики пластичности у рассматриваемых сплавов отличаются незначительно
Предел малоцикловой усталости сплава Grade 9М определяли на базе 104 циклов на гладких
образцах (рис. 3.3) и на образцах с кольцевым надрезом (рис. 3.4).
91
350
8-40
МПа
830
820
81 О
800
790
1 О 2 ID3 1 О 4
Числя ЦИКЛОВ f N
Рис. 3.3. Малоцикловая усталость гладких образцов сплава Grade 9М (осевое растяжение,
R=0,1):
а) после 31% холодной деформации, труба диаметром 186,4 х 17 мм;
б) после отжига 670°С - 2,5 часа.
Рис. 3,4 Малоцикловая усталость образцов с надрезом сплава Grade 9М (Kt=3,35, осевое
растяжение, R=0,1):
а) после 31% холодной деформации, труба диаметром 186,4 х 17 мм;
б) после отжига 670°С - 2,5 часа.
Отношение предела малоцикловой усталости к пределу прочности для гладких образцов без
термообработки составило 0,86-0,88, для термообработанных (670°С, 2,5 часа) - 0,95-0,96, а на
образцах с надрезом соответственно 0,53-0,54 и 0,59-0,60.
Предел многоцикловой усталости определяли на базе 2.106 циклов на гладких образцах (рис 3.5)
560
Рис. 3.5 Многоцикловая усталость гладких образцов сплава Grade 9М (изгиб с вращением, R=-1):
а) после 31% холодной деформации, труба диаметром 186,4 х 17 мм;
б) после отжига 67О°С - 2,5 часа.
Предел многоцикловой усталости материала холоднодеформированной трубы без
термообработки составил 450 МПа, а отношение предела усталости к пределу прочности - 0,47-0,49;
для термообработанного материала соответственно ~ 470 МПа и 0,56-0,57.
Новый сплав обладает хорошим сочетанием коррозионных, прочностных, пластических и
усталостных характеристик, и может быть рекомендован для использования в гидравлических системах
высокого давления, химическом машиностроении, для райзеров и водоотделяющих колонн плавающих
нефтедобывающих эксплуатационных систем.