Титан ВТ1-0, ВТ6 и ОТ4: марки, свойства и применение

Титан сочетает три свойства, которые в других металлах не встречаются вместе. Он лёгкий: плотность 4,5 г/см³, почти вдвое меньше стали. Прочность тоже высокая: конструкционные сплавы держат на уровне легированных сталей, так что удельная прочность (на килограмм массы) у титана рекордная. И он практически не корродирует: во влаге, море и множестве кислот стоит десятилетиями без следа.

Добавьте немагнитность, биосовместимость и рабочие температуры до 400-500 градусов, и получится материал авиации, химии и медицины. Но цена за килограмм у него в разы выше нержавейки, а обработка капризная.

Покупать титан «вообще» не выйдет: марки различаются сильнее, чем кажется по прайсу. Три самые ходовые в прокате: ВТ1-0, ВТ6 и ОТ4.

Российская система обозначений сложилась исторически: буквами ВТ помечены марки ВИАМ, всесоюзного института авиационных материалов, а буквами ОТ опытные марки совместной разработки. Цифры означают порядковые номера, а не проценты, поэтому состав из марки не прочитаешь, его смотрят по ГОСТ 19807.

По структуре титановые сплавы делят на группы. Технически чистый титан и альфа-сплавы пластичны и хорошо варятся, альфа-бета-сплавы прочные и термоупрочняемые, но капризнее в сварке, а псевдоальфа-сплавы занимают промежуточное положение. Из наших трёх марок ВТ1-0 относится к чистому титану, ОТ4 к псевдоальфа-сплавам, ВТ6 к классическим альфа-бета.

Чем больше прочности выжато легированием, тем осторожнее сплав относится к сварке и деформации.

В ВТ1-0 нет легирующих добавок, чистота титана 99,2-99,7%. Прочность скромная по титановым меркам, порядка 400-550 Н/мм², зато всё остальное на максимуме: пластичность, штампуемость, свариваемость любыми титановыми способами и эталонная коррозионная стойкость (примесям просто нечего портить).

Основное применение у него в химии и теплотехнике: ёмкости, теплообменники, трубопроводы агрессивных сред, детали гальванических линий, опреснители. Вторая большая ниша приходится на медицину: имплантаты и инструменты делают из чистого титана и его сплавов за биоинертность. Третья включает всё, что гнётся и варится по месту: футеровки, обечайки, сварные баки.

Если в задаче нет высоких механических нагрузок, ВТ1-0 берут по умолчанию: он дешевле легированных марок, доступнее в прокате и прощает ошибки обработки. Листы, круги и проволока этой марки составляют основу складского ассортимента титана.

ВТ6 считается российским собратом мирового стандарта Ti-6Al-4V: шесть процентов алюминия, четыре ванадия. Это самый исследованный и самый применяемый титановый сплав планеты, на него приходится добрая половина мирового титанового проката.

После термоупрочнения сплав держит 900-1100 Н/мм², это уровень хорошей легированной стали при вдвое меньшем весе. Он работает до 400 градусов, достаточно стоек к коррозии и прилично варится в аргоне, хотя сварка требует культуры.

Из ВТ6 делают силовые детали авиации, валы, крепёж, шасси, спортивное снаряжение, а в медицине нагруженные имплантаты. В прокате это прутки, плиты и поковки под механическую обработку. Брать ВТ6 на несиловые задачи смысла нет: переплата за прочность, которую нечем нагрузить, плюс более трудная резка и гибка.

ОТ4 легирован умеренно: 3,5-5% алюминия и 0,8-2% марганца. Прочность средняя, 700-900 Н/мм², выше чистого титана, ниже ВТ6. Зато сохранены главные технологические добродетели альфа-семейства: сплав хорошо штампуется, гнётся в холодном и тёплом состоянии и надёжно варится.

Нишу ОТ4 составляют листовые сварные конструкции, которым чистого титана мало по прочности: обшивки, корпуса, ёмкости под давлением, трубные узлы, детали авиационной и морской техники. В семействе есть младшие братья ОТ4-0 и ОТ4-1 с меньшим легированием, они ещё пластичнее и ближе к ВТ1-0.

ВТ1-0 можно гнуть и варить; ОТ4 можно гнуть, варить и умеренно нагружать; ВТ6 можно нагружать всерьёз, но обрабатывать его лучше у специалистов.

Цена растёт слева направо вместе с прочностью, а доступность на складе падает: чистый титан всегда ходовее специальных сплавов.

Секрет тот же, что у нержавейки, только сильнее: на воздухе титан мгновенно покрывается плёнкой диоксида титана, плотной, инертной и самозалечивающейся. Но плёнка титана переносит среды, убийственные для стали.

В морской воде титан стоит неограниченно, без питтинга, которым море добивает даже AISI 316. Для титановых аппаратов хлориды, влажный хлор, азотная кислота (кроме красной дымящей), органические кислоты и растворы солей считаются штатными средами. Слабые места тоже известны: горячие концентрированные серная и соляная кислоты, плавиковая кислота в любом виде, сухой хлор.

Поэтому когда химики и нержавейку меняют по регламенту раз в несколько лет, титановый аппарат окупает тройную цену за первый же пропущенный ремонт. Сравнение с нержавеющими марками по средам мы давали в статье про AISI 304, 321 и 430.

Титан наказывает тех, кто работает с ним как со сталью.

Резание. Низкая теплопроводность собирает жар в зоне реза, титан налипает на инструмент и упрочняется под резцом. Нужны острые пластины, жёсткие режимы с обильным охлаждением и опыт. Мелкая титановая стружка к тому же горюча, поэтому станочники держат её отдельно и не гасят водой.

Сварка. Горячий титан жадно хватает кислород, азот и водород, охрупчиваясь необратимо. Варят его аргонодуговым способом с защитой не только ванны, но и остывающего шва и корня: поддув, насадки, камеры. По цвету шва контролируют качество: серебристый и соломенный шов годен, синий и серый идёт в брак.

Гибка. Пружинение больше стального, радиусы крупнее, у ВТ6 холодная гибка практически исключена. Листовые работы планируют под ВТ1-0 и ОТ4.

Обработку закладывайте у подрядчиков с титановым опытом и не экономьте на защитном газе.

Агрессивная среда без больших нагрузок (ёмкость, футеровка, теплообменник, крепёж в химии): ВТ1-0. Он дешевле, доступнее и варится без нервов.

Сварная конструкция под нагрузкой (корпус, рама, сосуд): ОТ4 или его младшие версии. Прочность выше чистого титана, технология человеческая.

Силовая деталь (вал, ось, кронштейн, спортивная и медицинская механика): ВТ6, обработка резанием из прутка или плиты.

Просто нужен лёгкий нержавеющий металл: сначала сравните титан с нержавейкой. Если среда не агрессивнее городской воды и вес не критичен, AISI 304 закроет задачу в разы дешевле. Платить за титан стоит тогда, когда без его свойств не обойтись.

В сертификате на титановый прокат проверяйте марку по ГОСТ 19807, состояние поставки и, для ответственных задач, номер плавки: примеси кислорода и водорода в титане не видны глазом, но решают всё.

Три марки закрывают почти весь спрос на титан. ВТ1-0, чистый, пластичный и сварной, идёт на химию и медицину. ОТ4 сочетает среднюю прочность со штамповкой и сваркой и подходит для листовых конструкций. ВТ6 даёт максимальную прочность для силовых деталей ценой капризной обработки. Дальше работает правило: чем агрессивнее среда и дороже простой, тем быстрее титан окупает свой ценник.

В разделе титана у нас листы, прутки, круги, трубы и проволока ходовых марок с сертификатами, резка в размер от одной заготовки до партии под проект. Напишите менеджеру среду, нагрузку и способ обработки, и мы подскажем марку и состояние поставки, а заодно честно посчитаем, не выгоднее ли в вашем случае нержавейка.

Чем отличаются титановые марки ВТ1-0, ОТ4 и ВТ6?

ВТ1-0 считается технически чистым титаном: 99,2-99,7%, прочность 400-550 Н/мм², эталонная коррозионная стойкость. ОТ4 легирован умеренно, 3,5-5% алюминия и 0,8-2% марганца, прочность 700-900 Н/мм². ВТ6 содержит 6% алюминия и 4% ванадия и держит 900-1100 Н/мм² после термоупрочнения.

Какую марку титана выбрать для сварной ёмкости в химии?

ВТ1-0: он варится любыми титановыми способами, отлично гнётся и штампуется, а примесям просто нечего портить в его коррозионной стойкости. Ёмкости, теплообменники, трубопроводы агрессивных сред и футеровки делают именно из чистого титана, и в прокате он доступнее легированных марок.

Почему титан считают капризным в обработке?

Низкая теплопроводность собирает жар в зоне реза, металл налипает на инструмент и упрочняется под резцом, а мелкая стружка горюча и водой её не гасят. Сварку ведут аргонодуговым способом с защитой ванны, корня и остывающего шва: серебристый и соломенный цвет шва годен, а синий и серый означают брак.

В каких средах титан стоит лучше нержавейки?

В морской воде титан стоит неограниченно, без питтинга, которым море добивает даже качественные нержавеющие марки. Штатные среды титановых аппаратов: хлориды, влажный хлор, азотная кислота (кроме красной дымящей), растворы солей. Слабые места тоже известны: горячие серная и соляная кислоты, плавиковая, сухой хлор.