Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stopy niklu i kobaltu
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Nikiel
Kobalt
Układy równowagi stopów niklu
Stopy niklu
Układy równowagi stopów kobaltu
Stopy kobaltu
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Podstawowe własno ci niklu
Zanieczyszczenia wyst puj ce w niklu
Zastosowanie czystego niklu
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Nikiel to metal przej ciowy z X grupy pobocznej
układu okresowego pierwiastków, odkryty 1751 roku
przez Cronstedta.
Własno ci niklu:
liczba atomowa – 28
masa atomowa – 58,6934
krystalizuje w sieci ciennie centrowanej układu
regularnego A1 o parametrze a=0,3516 nm
g sto
– 8,902 g/cm
3
temperatura topnienia 1453
°
C,
temperatura wrzenia 2730
°
C
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Nikiel jest metalem ferromagnetycznym, ale jego
własno ci magnetyczne zanikaj
po przekroczeniu
353
°
C. Nale y do materiałów odpornych na korozj , w
szczególno ci atmosferyczn , wody morskiej i kwasów
organicznych. Nie wykazuje natomiast odporno ci na
działanie kwasu azotowego, fosforowego oraz siarki i jej
zwi zków. Ponadto nikiel jest metalem podatnym na
obróbk plastyczn zarówno na zimno, jak i na gor co,
jest dobrze spawalny i zgrzewalny.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Cech
charakterystyczn
niklu s
jego dobre
własno ci mechaniczne do temperatury 500
°
C.
Temperatura,
°
C
Własno ci
20
100
200
300
400
500
700
Wytrzymało
R
m
, MPa
450
450
450
445
335
245
180
Umowna
granica
plastyczno ci
R
0,2
, Mpa
150
157
145
143
120
100
49
Wydłu enie
A, %
45
44,5
44
45
64
68,5
82
Przykładowe własno ci mechaniczne niklu w podwy szonych
temperaturach
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Własno ci mechaniczne niklu zale
od jego
czysto ci i rodzaju wyst puj cych w nim zanieczyszcze .
Najcz ciej wyst puj cymi zanieczyszczeniami s :
Co, Fe, Cu, Si – powoduje zwi kszenie rezystywno ci
C – zwi ksza twardo
niklu przy jednoczesnym wzro cie
krucho ci na zimno
S – powoduje uniemo liwienie obróbki plastycznej na
gor co
Bi, Pb, Se – zmniejszaj ci gliwo
niklu powoduj c
wzrost krucho ci
As, At, Cd, P, Sb - tworz z niklem twarde i kruche fazy,
obni aj ce własno ci mechaniczne
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Znak
Ni+Co min.
Co max.
Główne zastosowanie
Ni 99,9
99,9
0,1
Ni 99,8P
99,8
0,1
Ni 99,8
99,8
0,1
na katody, anody, inne elementy
specjalnych lamp elektronowych
Ni 99,6
99,6
0,15
na anody i elementy
konstrukcyjne lamp
elektronowych i urz dze
elektronicznych oraz do
platerowania ta m stalowych
Ni 99,5
99,5
0,2
na cz ci konstrukcyjne w
elektronice i chemii oraz do
platerowania ta m stalowych
Ni 99
99
0,6
na cz ci konstrukcyjne w
elektronice i chemii oraz do
platerowania ta m stalowych
Gatunki i główne zastosowanie niklu
W Polsce produkuje si sze
gatunków niklu o ró nej czysto ci
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel- elazo
Układ nikiel-mied
Układ nikiel-mangan
Układ nikiel-krzem
Układ nikiel-chrom
Układ nikiel-tytan
Układ nikiel-kobalt
Układ nikiel-molibden
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel- elazo od strony niklu, w zakresie
68%-95,5% zawarto ci niklu składa si
z roztworów
stałych ci głych, natomiast od strony elaza tworzy cz
perytektyczn . Podczas ozi biania tworzy si
faza
mi dzymetaliczna
(temperatura
503
°
C),
zwana
nadstruktur , odpowiadaj ca wzorowi FeNi
3
. Stopy niklu,
zarówno od strony niklu, jak i elaza, ulegaj przemianie
magnetycznej. Maksymalna temperatura tej przemiany od
strony niklu, dla stopu o zawarto ci 68%Ni, wynosi 612
°
C.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel- elazo
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel-mied
przedstawia roztwory stałe
ci głe pomi dzy temperatur
likwidusu i temperatur
solidusu. Nikiel i stopy miedzi z niklem od strony niklu
charakteryzuj
si
własno ciami ferromagnetycznymi
poni ej linii ł cz cej temperatur
358
°
C ze stopem
o zawarto ci 43,5% Ni. Najbardziej znanym stopem z tej
grupy jest monel, a tak e nikielin i konstantan.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel-mied
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel-mangan od strony niklu tworzy
w temperaturze około 1018
°
C roztwory stałe z minimum dla
stopu o zawarto ci 39,5% Ni, a od strony manganu układ
z perytektyk . W układzie tym, w temperaturze 910
°
C tworzy
si faza mi dzymetaliczna, któr okre la wzór NiMn. Faza ta
w temperaturze około 740
°
C zaczyna ulega przemianie.
Stwierdzono tu tak e istnienie nadstruktury, odpowiadaj cej
wzorowi Ni
3
Mn. Ponadto w układzie tym zachodz dwie
przemiany magnetyczne. Pierwsza uwydatnia si od strony
niklu i zachodzi od temperatury 353
°
C dla czystego niklu do
temperatury otoczenia dla stopu o zawarto ci około 20% Cr
i 80% Ni. Druga przemiana zachodzi dla stopów o zawarto ci
od około 57% do około 85% Ni, reszt zawarto ci stanowi
mangan.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel-mangan
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
W układzie nikiel-krzem wyst puj
trzy fazy
mi dzymetaliczne: Ni
5
Si, Ni
2
Si, NiSi, które tworz
z metalem i miedzy sob eutektyki, a niezale nie od tego
jeszcze dwie fazy mi dzymetaliczne, tworz ce si
w temperaturze 1165
°
C – Ni
3
Si oraz w temperaturze 993
°
C
- NiSi
2
. Oprócz tych faz powstaje jeszcze w stanie stałym
faza Ni
3
Si
2
, wyst puj ca w temperaturze 845
°
C.
W układzie Ni-Si od strony Ni wyst puje eutektyka Ni-Ni
3
Si
w temperaturze 1152
°
C przy zawarto ci 11,5%Si.
Maksymalna rozpuszczalno
krzemu w niklu wynosi 9,3%
i jest osi gana w temperaturze 1125
°
C. W miar obni ania
temperatury rozpuszczalno
ta maleje i w temperaturze
otoczenia wynosi 5% Si.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel-krzem
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel-chrom od trony niklu jest zło ony
z eutektyki o zawarto ci 49%Ni i o temperaturze krzepni cia
1345
°
C. Graniczna rozpuszczalno
niklu w chromie (
α
)
w temperaturze eutektycznej wynosi 35%Ni. Podczas
obni ania temperatury maleje, a w temperaturze 0
°
C spada
prawie do zera. Przemiana magnetyczna w tym układzie
wyst puje tylko od strony niklu. Dla czystego niklu przemiana
magnetyczna opada prostoliniowo od temperatury 353
°
C, do
temperatury 0
°
C dla stopu o zawarto ci 8%Cr i 92%Ni.
Najbardziej znanymi stopami z tej grupy s : inconel, cronit,
nichrom, a tak e illium G.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel-chrom
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
W układzie nikiel-tytan wyst puj
trzy fazy
mi dzymetaliczne: w temperaturze 1310
°
C faza TiNi,
w temperaturze 1380
°
C faza TiNi
3
oraz faza Ti
2
Ni. Wyst puj
tu trzy eutektyki mi dzy fazami mi dzymetalicznymi
i metalami. Maksymalna rozpuszczalno
tytanu w niklu dla
temperatury eutektycznej 1304
°
C wynosi 11,6% Ti. Podczas
obni ania
temperatury
rozpuszczalno
ta
maleje
i w temperaturze 900
°
C wynosi około 8% Ti.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel-tytan
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel-kobalt krzepnie jako roztwór stały ci gły.
Wyst puj ca w tym układzie przemiana magnetyczna
przebiega od temperatury 360
°
C dla niklu do temperatury
1115
°
C dla kobaltu. Ponadto wyst puje nadstruktura
wyra ona wzorem CoNi
3
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel-kobalt
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel-molibden od strony niklu, w temperaturze
około 1315
°
C tworzy układ z eutektyk , składaj cy si
z kryształów roztworu stałego molibdenu w niklu, gdzie
zawarto
niklu wynosi 37,5% oraz roztworu stałego niklu
w fazie mi dzymetalicznej MoNi o zawarto ci 39%Ni.
W stanie stałym w wyniku przemian alotropowych powstaj
fazy MoNi
4
- w temperaturze około 860
°
C oraz MoNi
3
-
w temperaturze około 910
°
C. Najbardziej znanymi stopami
niklu z molibdenem s : hastelloy A, hastelloy B, hastelloy C.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ nikiel-molibden
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stopy konstrukcyjne niklu
Stopy oporowe niklu
Stopy niklu o szczególnych własno ciach fizycznych
Stopy niklu odporne na korozj
Stopy niklu arowytrzymałe
Stopy zaworowe niklu
Stopy niklu z pami ci kształtu
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stopy konstrukcyjne niklu to tzw. nikiel „stopowy”
z niewielkim dodatkiem 2-5% manganu, 0,15-0,25% krzemu,
a tak e w gla i magnezu. Nikiel „stopowy” obj ty jest norm
PN-79/H-87046. Stosowany jest zwykle w elektronice,
przemy le chemicznym, elektrycznym i maszynowym.
Najpopularniejszymi stopami konstrukcyjnymi s stopy typu
monel, zawieraj ce 27-34% Cu, do 2% Mn i do 2,5% Fe.
Skład stopu naturalnego, wyodr bnionego z rud, jest
nast puj cy: NiCu30Fe1,5Mn1,5. Monel ma budow
roztworu stałego
α
.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Mikrostruktura monelu Ni70,27Cu28,64Mn0,83Fe0,18Co0,6 – ziarna
roztworu stałego
αααα
z licznymi bli niakami
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stop monel wykazuje bardzo du
odporno
na
działanie wielu czynników chemicznych. Jest prawie
całkowicie odporny na działanie czynników takich jak: ałun
potasowy, alkohol, siarczan amonowy, amoniak, w glan
amonowy, atmosfera, kwas borowy, kwas masłowy, fosforan
amonowy, gliceryna, elatyna, olej gazowy, w glan potasowy,
chlorek magnezu, kwas mlekowy, kwas octowy, wiele rodków
spo ywczych, chlorek sodowy, azotan sodowy, kwas
fosforowy, kwas salicylowy, woda morska, kwas winny, kwas
cytrynowy.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Monel nie jest odporny na działanie:
azotanu amonowego
stopionego ołowiu
chlorku elazawego
kwasu chromowego
cyjanu potasowego
stopionego cynku
chlorku cynku
siarki
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stop Monela
Skład chemiczny:
Zwykły
Krzemowy
„S’
Ni
63,0 – 68,0
63,0 – 68,0
63,0 – 68,0
Si
0,5 – 1,2
2,5 – 3,0
3,5 – 4,0
Fe
do 3,0
do 3,0
do 3,0
Mn
0,5 – 1,5
0,5 – 1,5
0,5 – 1,5
C
max. 0,30
max. 0,12
max. 0,12
S
max. 0,03
max. 0,03
max. 0,03
Mg
0,10
0,10
0,10
Cu
reszta
reszta
reszta
Własno ci:
R
m
, MPa
360 – 520
520 – 630
630 – 710
R
e0,02
, MPa
170 - 230
280 – 360
-
A
5
, %
16 - 40
8 – 15
-
HB
100 – 150
180 – 230
230 – 260
U, J/cm
2
68,7 -108
47,1 – 61
0 – 4,9
Skład chemiczny i w
ł
asno ci stopów niklu typu Monel
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stopy typu monel charakteryzuj
si
bardzo
wszechstronnym zastosowaniem. Ze wzgl du na wysok
odporno
na działanie pary i wysok
wytrzymało
na
rozci ganie w podwy szonych temperaturach stosuje si je
w budowie turbin parowych na łopatki. Ze wzgl du na
odporno
na działanie wody morskiej, znajduj zastosowanie
w budowie okr tów na rury kondensatorowe, w budowie turbin
wodnych. Stop ten stosujemy równie w budowie samolotów,
aparatury chemicznej, a tak e w przemy le spo ywczym. Ze
wzgl du na srebrzysty kolor i odporno
na korozj
atmosferyczn jest tak e wykorzystywany w architekturze jako
element dekoracyjny.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Zastosowanie stopu monel na zawory
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Zastosowanie stopu monel na separatory chemiczne
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Do podstawowych stopów oporowych Ni nale :
chromel, alumel i nichrom. S
to stopy metali
rozpuszczaj cych si
w sobie w stanie stałym,
charakteryzuj ce si nast puj cymi własno ciami:
du
oporno ci , elektryczn wła ciw
niskim współczynnikiem cieplnym oporno ci elektrycznej
aroodporno ci (własno
ta ma znaczenie w przypadku
zastosowania na elementy pieców i narz dzi elektrycznych
pracuj cych w wysokich temperaturach).
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Chromel to stop podwójny niklu z chromem
o zawarto ci od 8,5 – 10% Cr, o budowie roztworu sta
ł
ego.
Dodatek
chromu
powoduje
zwi kszenie
oporu
elektrycznego, aroodporno ci i arowytrzymało ci. Stopy te
znalaz
ł
y zastosowanie na elementy grzejne w elektrycznych
piecach oporowych. W celu obni enia ceny tych stopów
modyfikuje si ich skład wprowadzaj c elazo, które jest
ta sze od niklu, lecz powoduje to obni enie maksymalnej
temperatury u ytkowej elementu.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Własno ci najcz ciej u ywanych stopów oporowych
Skład chemiczny,
%
Współczynnik
cieplny oporno ci
α
*10
4
w zakresie
temperatury
Ni
Cr
Fe
Ci ar
wła ciwy,
G/cm
3
Współczynnik
liniowej
rozszerzalno ci
cieplnej,
α
*10
6
1/
°
C
Elektryczna
oporno
wła ciwa
ρ
Ω
mm
2
/m
0-
200
°
C
200-
1000
°
C
89
11
-
8,60
14,7
0,85
4,0
1,88
85
15
-
8,40
17
0,95
3,0
0,66
80
20
-
8,30
14,5
1,10
1,0
0,50
70
20
10
8,31
15,2
1,08
2,0
0,86
65
25
10
8,24
14,8
1,10
3,0
0,80
63
15
22
8,16
15,2
1,11
3,0
1,10
50
33
17
8,04
15
1,05
5,0
2,27
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Alumel to równie stop posiadaj cy budow roztworu
stałego. W jego skład wchodzi: do 2,5% Al., 2% Mn i 2% Si.
Zalet
tego stopu s
wysokie własno ci mechaniczne,
arowytrzymało
i wysoka siła termoelektryczna. Znalazł
zastosowanie na ujemne elektrody w termoelementach
chromel-alumel, stosowanych do pomiaru temperatur od
300
°
C do 1000
°
C.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Termopary
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Kolejnym stopem oporowym Ni jest nichrom jest to
najlepszy stop oporowy wyst puj cy w grupie podwójnych
stopów niklu z chromem, zawieraj cy od 15 do 20% Cr. Stop
ten wykazuje bardzo dobre własno ci mechaniczne:
R
m
= 640 – 700 Mpa
R
e0,2
= 270 – 280 Mpa
A
10
= 30 – 50%
Z = 70 – 75%
du y opór elektryczny (70 razy wy szy ni miedzi).
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stop ten stosowany jest na:
ró nego rodzaju oporniki
elementy oporowe grzejne i rezystory
do budowy termoelementów pracuj cych do
temperatury 1000
°
C
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Rezystory
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Do
stopów
oporowych zaliczamy
równie
konstantan
i kopel. S to stopy
miedzi
z
niklem
i manganem zaliczane
ze
wzgl du
na
własno ci fizyczne do
stopów
oporowych
niklu. Obydwa stopy
posiadaj
struktur
roztworu stałego.
Mikrostruktura konstantanu – ziarna
roztworu stałego
αααα
uło one równolegle
do kierunku przeróbki plastycznej
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Zawarto pierwiastków, %
Własno ci
Gatunek
Ni
Mn
zanieczy-
szczenia
ł cznie
Cu
oporno
wła ciwa
przy
20
°
C,
Ω
*mm
2
/m
Współ-
czynnik
cieplny
oporno ci
najwy sza
tempe-
ratura
pracy,
°
C
konstanstan 39 – 41 1 - 2
< 0,9
reszta
0,48
0,00002
500 - 600
kopel
42,5 –
44,0
0,1 –
1,0
< 0,6
reszta
0,50
0,00014
500
Skład chemiczny i w
ł
asno ci konstantanu i kopelu
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Konstantan i kopel charakteryzuj
si
dobrymi
własno ciami mechanicznymi, odporno ci korozyjn i s
podatne do przeróbki plastycznej. Konstantan znajduje
zastosowanie
na
termoelementy
pracuj ce
w temperaturach 500 - 600
°
C. Kopel ma wy szy opór
elektryczny i w termoelementach z elazem, miedzi lub
chromelem daje wy sz
sił
termoelektryczn
ni
konstantan. Jest stosowany głównie do budowy
termoelementów, a tak e w radiotechnice
.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stopy niklu o szczególnych własno ciach
fizycznych to bardzo zró nicowana grupa stopów, do której
nale
stopy:
o okre lonej warto ci współczynnika rozszerzalno ci
cieplnej , np. inwar
o stałej warto ci modułu spr ysto ci, np. elinwar
magnetycznie mi kkie, np. permalloy, supermalloy.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Skład stopów zaliczanych do stopów o okre lonej
warto ci współczynnika rozszerzalno ci cieplnej stanowi
elazo z dodatkiem niklu i kobaltu. Warto
współczynnika
rozszerzalno ci cieplnej w tej grupie stopów zale y od
zawarto ci niklu. Przykładem mo e by stop o zawarto ci
25% Ni, którego współczynnik jest 2-krotnie wy szy od
współczynnika
czystego Fe, a przy zawarto ci 36% Ni
nawet 8-krotnie wy szy.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Inwar jest to stop o zawarto ci 36-52% Ni, stosowany
jest na elementy nie zmieniaj ce wymiarów wraz ze zmian
temperatury.
Charakteryzuje
si
niemal
stałym
współczynnikiem , w zale no ci od składu chemicznego, w
zakresie temperatur od –80 do 100˚C. Przekroczenie tej
temperatury powoduje, e współczynnik
inwaru znacznie
si zmienia. Stały współczynnik , wynosz cy około 7,5*10
-6
,
posiada równie inwar, o składzie chemicznym 42% Ni
i 0,3% C, w zakresie temperatur 20˚C do 300˚C.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Przez zast pienie cz ci niklu kobaltem mo na
uzyska
stop o ni szym współczynniku
, zwany
superinwarem. Inny stop otrzymywany t metod to kowar
(ferniko), zawieraj cy około 30% Ni, 15 – 20% Co i reszt
Fe. Współczynnik rozszerzalno ci liniowej dla tego stopu
wynosi 5*10
6
. Stop ten stosuje si , gdy zachodzi potrzeba
zlutowania ze szkłem molibdenowym, którego współczynnik
ma tak
sam warto . Natomiast przez zwi kszenie
zawarto ci niklu osi ga si
wzrost współczynnika
.
Przykładem jest platynit, którego współczynnik
wynosi
9*10
6
. Stop ten znajduje zastosowanie na druty wtapiane w
szkło okre lonego gatunku.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Orientacyjny skład chemiczny
stopu,%
Nazwa stopu
Ni
Co
Fe
Współczynnik
*10
6
Zakres
temperatury
pracy,
°
C
Inwar
36
-
reszta
<= 1,5
-80 – 100
Superinwar
30 – 32
4 – 6
reszta
<= 1,0
-60 – 60
Platynit
48
-
reszta
ok. 9,0
20 – 300
Skład chemiczny i warto ci współczynnika rozszerzalno ci cieplnej
stopów Fe-Ni
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
W wielu przypadkach wymaga si od metalu stałych
modułów spr ysto ci E i G, nie zmieniaj cych si wraz
z temperatur . Stosuje si wówczas stopy o nazwie elinwar,
o zawarto ci około 36% Ni i 8% Cr (tablica 8). Współczynnik
cieplny modułu Younga tych stopów waha si w granicach
od 18*10
-6
do 23*10
-6
1/˚C, czyli jest prawie 10-krotnie
mniejszy ni
stali w glowych i 20-krotnie ni
stali
austenitycznych. Do grupy tych stopów nale y tak e nispen.
Elinwar stosuje si najcz ciej w stanie zgniecionym,
natomiast nispen po przesycaniu i starzeniu lub po
przesycaniu i nast pnie odkształceniu plastycznym.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Skład chemiczny
Nazwa
stopu
C
Cr
Ni
W
Mo
Ti
Al
Si
Mn
S
P
Elinwar
25
< 0,4
7,3
–
8,3
36,5
–
38,5
-
-
-
-
<0,5
0,3
–
0,8
<
0,03
<
0,04
Elinwar
574
0,7
–
0,8
7,0
–
9,0
33,0
–
35,0
2,0
–
4,0
-
-
-
<0,5
2,0
–
3,0
<
0,03
<
0,04
Nispen-
C
< 0,6
5,1
–
5,7
41,0
–
43,0
-
-
2,2
–
2,6
0,4
–
0,8
0,3
–
0,8
0,3
–
0,6
<
0,04
<
0,04
Skład chemiczny stopów o niskim współczynniku cieplnym modułu
spr ysto ci
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stopy o własno ciach magnetycznych dziel si na
dwie grupy, które ró ni
si
wyra nie kształtem krzywej
histerezy i warto ciami charakterystyk magnetycznych.
Wyró niamy stopy magnetycznie twarde, które cechuj si
du
warto ci HC oraz stopy magnetycznie mi kkie, które
charakteryzuj si mał warto ci HC i małymi stratami na
histerez . W celu otrzymania stopu magnetycznie mi kkiego
nale y zbli y stop mo liwie najbardziej do stanu równowagi,
otrzyma
gruboziarnist
struktur
oraz usun
czynniki
powoduj ce zniekształcenie sieci krystalicznej i rozdrobnienie
bloków.
Spo ród wszystkich metali tylko trzy: elazo, kobalt i
nikiel s
ferromagnetyczne, czyli posiadaj
zdolno
znacznego zag szczania linii sił magnetycznych, co
nazywane jest przenikalno ci magnetyczn .
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Do stopów magnetycznie mi kkich zaliczamy stopy
niklu z elazem o zawarto ci około 79% Ni oraz 21% Fe
(permalloy) i stopy o zawarto ci około 79% Ni, około 3% Mo,
reszta Fe (supermalloy). Charakteryzuj
si
one bardzo
dobrymi własno ciami magnetycznymi:
wysok przenikalno ci magnetyczn
małym nat eniem koercyjnym
w sk p tl histerezy
Znalazły one du e zastosowanie w radiotechnice,
telekomunikacji, a tak e w innych gał ziach przemysłu do
budowy aparatury pomiarowej.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Skład chemiczny
podstawowe składniki
dopuszczalne zawarto ci
zanieczyszcze
Znak stopu
Ni
Mo
Cu
Fe
Mn
Si
C
S
NiFe17Mo4
78,5 –
79,5
3,6 –
3,9
-
reszta
1,2
0,1
0,01
0,008
NiFe16Cu5Mo3 74,7 –
76,2
3,0 –
3,6
4,7 –
5,2
reszta
1,2
0,05
0,01
0,008
NiFe49
48,0 –
51,0
-
-
reszta
0,5
0,05
0,01
0,008
NiFe50
49,0 –
50,5
-
-
reszta
0,8
0,2
0,02
0,008
FeNi45
45,0 –
48,0
-
-
reszta
0,8
0,2
0,02
0,008
FeNi36
35,5 –
37,0
-
-
reszta
0,8
0,3
0,02
0,008
Skład chemiczny magnetycznie mi kkich stopów niklu i elaza
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Do stopów niklu odpornych na korozj zaliczamy stopy
Ni-Cu, Ni-Mo-Fe z dodatkami Al, Si oraz Mn. Najwi ksze
znaczenie w tej grupie stopów znalazły stopy typu hastelloy.
Stosuje si je do:
budowy aparatury do produkcji kwasu siarkowego i solnego
- hastelloy A
w aparaturze wrz cego H
2
SO
4
- hastelloy B
do aparatury pracuj cej w atmosferze gor cych roztworów
H
2
SO
4
- hastelloy D, do budowy turbin - hastelloy W i X.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Własno ci wytrzymało ciowe stopu hastelloy A s
nast puj ce:
R
m
= 300 – 340 Mpa
A
5
= 8 – 12%
HB = 155 – 200,
oraz dla stopu hastelloy B:
R
m
= 340 – 360 Mpa
A
5
= 6 – 9%
HB = 190 – 230.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Skład chemiczny, %
Nazwa
stopu
Mn
Si
Fe
C
Cu
Al
Cr
Mo
V
W
Ni
Monel K
1
1
2
0,25 reszta 3
-
-
-
-
65
Monel E
1
4
3
0,25 reszta 0,5
-
-
-
-
65
Nikonel
1
0,5
8
0,11 reszta
-
16
-
-
-
reszta
Hastelloy
A
3
1
19 0,12 reszta
-
-
21
-
-
reszta
Hastelloy
D
0,9
9
1
0,12
5
-
1
-
-
-
reszta
Hastelloy
W
1
1
5,5
-
-
-
5,5
25
-
2,5
Co reszta
Hastelloy
X
-
-
20
-
-
-
22
9
0,6
-
redni skład chemiczny wybranych stopów niklu odpornych na
korozj
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Tuleja wykonana ze stopu hastelloy A
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Turbina
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
arowytrzymałe
stopy
niklu
s
stopami
wieloskładnikowymi, zawieraj cymi oprócz niklu przede
wszystkim chrom lub molibden. W stopach tych stosowane
s tak e dodatki takie jak: Fe, Si, Mn, Al, Cu, Ti, Nb, Co, W.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
redni skład chemiczny i własno ci wybranych arowytrzymałych
stopów Ni
St enie pierwiastków, %
R
z/10000
, MPa
Znak stopu
C
Ni
Cr Fe
Si Mo
inne
700
°
C 800
°
C
aroodporne
w powietrzu
do
temperatury,
°
C
NiCr15Fe
0,08 >=72 15,5 8 <=0,5 -
-
63
29
1150
NiCr20Ti
0,11 >=67 19,5 <=5 <=1 -
Co<=5
Ti: 0,4
36
17
1150
NiCr22Mo9Nb 0,07 >=58 21,5 <=5 <=0,5 9 Nb+Ta:
3,7
190
63
1000
NiCr23Fe
0,07 60,5 23 <=18 <=0,5 -
Al.:1,4
B<=0,006 101
31
1200
NiCr28FeSiCe 0,09 >=45 27,5 23
2,8
- Ce: 0,06
40
19
1200
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Wpływ
pierwiastków
na
własno ci
stopów
arowytrzymałych jest nast puj cy:
nikiel - stanowi podstawowy składnik w wi kszo ci tych
stopów, oddziałuje na ich struktur , stabilno
faz
i zachowanie si w procesach technologicznych
tytan i tantal - stabilizuj faz
, tworz w gliki MC
elazo – u ywane jest w celu zast pienia niklu, zamiana ta
jest jednak niekorzystna ze wzgl du na spadek
aroodporno ci stopu, ponadto elazo zwi ksza podatno
niklu do wydziele fazy mi dzymetalicznej
kobalt – podwy sza arowytrzymało
oraz poprawia
własno ci technologiczne roztworu stałego
′
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
chrom – zapewnia dobr
odporno
na utlenianie
w wysokich temperaturach, umacnia stop osnowy, zwi ksza
odporno
na pełzanie, poprawia własno ci plastyczne
aluminium – powoduje wzrost aroodporno ci oraz wpływa
na tworzenie si umacniaj cych faz mi dzymetalicznych
′
molibden i wolfram – umacniaj osnow w stopach Ni-Co-Cr
oraz Fe-Ni-Cr
bor – w st eniu do 0,02% podwy sza wytrzymało
na
pełzanie
cer – zwi ksza odporno
na wysokotemperaturowe
utlenianie
krzem – w st eniu powy ej 0,2% korzystnie wpływa na
aroodporno
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
W obecnie stosowanych arowytrzymałych stopach
niklu wyst puj nast puj ce fazy:
faza
γ
- austenit stopowy na bazie niklu, faza ta stanowi
osnow wszystkich stopów niklu, krystalizuje w sieci A1. Faz
t tworz głównie kobalt, chrom, molibden oraz wolfram
w niklu,
faza
γ′
- zadaniem tej fazy jest umocnienie wydzieleniowe
stopów, a tak e umocnienie granic ziarn, krystalizuje w sieci
A1, jej skład stanowi nikiel, aluminium i tytan
w gliki – umacniaj granice ziarn i ziarna austenitu, jest to
faza ulegaj ca przemianom podczas eksploatacji oraz
w czasie obróbki cieplnej
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
borki - twarde, wysokotopliwe fazy
tlenki – s
to wydzieleniowo umacniaj ce cz stki
pierwiastków takich jak itr, tor oraz lantan, wprowadzane do
stopu podczas procesu jego otrzymywania
fazy typu TCP (Topologically Close Packed) – nale
do
nich fazy
σ
,
η
, faza Lavesa; wyst puj w postaci płytek, igieł
oraz nieregularnych wydziele , niekorzystnie wpływaj na
plastyczno , wytrzymało
stopu, ponadto powoduj jego
krucho
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
•
morfologia fazy
γ′γ′γ′γ′
•
koherentna faza
γ′γ′γ′γ′
oraz faza
niekoherentna
(w gliki, tlenki,
borki)
Struktura stopu na osnowie niklu
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
•
granica
z segregacj
atomów b d faz
niekoherentnych
•
eutektyka po
kierunkowej
krystalizacji
Struktura stopu na osnowie niklu
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Struktura stopu na osnowie niklu
•
granica
z segregacj
atomów b d faz
niekoherentnych
•
struktura płytkowa
po przemianie
nieci głej
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
arowytrzyma
ł
e stopy niklu od chwili ich odkrycia
przeszły wiele faz ewolucji. Dotyczy to składu chemicznego,
technologii wytwarzania, uzyskiwanych w
ł
asno ci oraz
zakresu zastosowa .
Obserwuje
si
coraz
szersze
zastosowanie
arowytrzymałych stopów w petrochemii, w budowie
wysokotemperaturowych
reaktorów,
urz dze
technologicznego
przetwórstwa
metali
oraz
konwencjonalnych urz dze
energetycznych. Jednak e
głównym u ytkownikiem arowytrzymałych stopów nadal
pozostaje przemysł budowy turbin gazowych dla lotnictwa,
komunikacji l dowej i morskiej.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Od stopów niklu u ywanych na zawory wymaga si :
odporno ci na korozj w atmosferze spalin
du ej twardo ci
odporno ci na cieranie.
Stopy te pracuj
w wysokotemperaturowych
warunkach zmiennych obci e cieplno-mechanicznych. Na
zawory okr towych silników Diesla stosowane s stopy na
osnowie niklu typu NiCr20TiAl. Szersze zastosowanie
nadstopów na zawory jest niemo liwe ze wzgl du na bariery
technologiczne, zwi zane głównie z cen .
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Skład chemiczny, %
Nazwa
stopu
Ni
Cr
Ti
Al
C
B
Inne
Nimonic
80A
osnowa
19,5
2,35
1,4
0,06
0,0015 Zr: 0,04
Nimonic 81 osnowa
30
1,8
0,9
0,05
0,003
Zr: 0,06
Nimonic 91 osnowa
28,5
2,3
1,2
0,05
-
Mo: 0,75
Co: 20
Nb: 1,0
Incomel
X750
osnowa
15,5
2,5
0,8
0,08
-
Nb: 1,0
Skład chemiczny zaworowych stopów niklu
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Technologia wytwarzania zaworów ze stopów niklu
wymaga:
bardzo du ej staranno ci podczas przeprowadzania
procesów wytapiania i rafinacji pró niowej stopu
wst pnej przeróbki plastycznej
cisłego zachowania wła ciwej temperatury odkształcenia
zwi zanej z rozpuszczalno ci
fazy ` oraz procesami
rekrystalizacji dynamicznej.
Aby otrzyma wysokie własno ci wytrzymało ciowe:
R
m
> 1150 MPa, twardo
> 390 HV5, drobne ziarno osnowy,
a tak e wysok
jako
zaworów przeprowadza si
wyko czeniow
obróbk
plastyczn
oraz długotrwałe
starzenie w temperaturze do 700˚C, trwaj ce około 25
godzin.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Natomiast w celu wzrostu trwało ci oraz
niezawodno ci zaworów stosuje si warstwy odporne na
niszczenie wysokotemperaturowe, wykonane technologi
spawalnicz
lub technologiami zaawansowanymi np.
plazmowymi.
Skład chemiczny, %
Materiał
Co
Cr
Ni
Fe
Si
W
C
inne
Stellit 1 osnowa
33
-
-
-
13
2,5
-
Stellit 4 osnowa
33
-
-
-
14
1,0
-
Stellit 6 osnowa
27
2,5
2,5
1,0
5,0
1,0
-
Stellit
12
osnowa
30
-
2,5
1,0
9,0
1,8
-
Triballoy osnowa
17
1,0
1,0
3,2
-
0,1
Mo: 28
Skład chemiczny materiałów stosowanych do napawania zaworów
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Zjawisko pami ci kształtu polega na tym, e element o
okre lonym
kształcie
pocz tkowym,
odkształca
si
plastycznie, a nast pnie poddaje działaniu temperatury
charakterystycznej dla danego stopu, w wyniku czego
nast puje powrót elementu do kształtu pocz tkowego.
Powracanie do kształtu pocz tkowego wi e si
wyzwalaniem energii która mo e wykona
prac
mechaniczn . O zjawisku pami ci kształtu decyduj
nast puj ce mechanizmy:
jednokierunkowy efekt pami ci kształtu
pseudospr ysto
dwukierunkowy efekt pami ci kształtu.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Jednokierunkowy efekt pami ci kształtu polega na
przemianie martenzytycznej, któr
wywołuje w przedmiocie
obrabianym obróbka plastyczna, nadaj c mu dany kształt, a
nast pnie nagrzaniu do temperatury charakterystycznej,
powoduj cej zaj cie odwrotnej przemiany martenzytycznej w
faz macierzyst , dzi ki czemu element powraca do swego
pierwotnego kształtu. Reakcja ta przebiega według schematu
zamieszczonego poni ej:
faza macierzysta
faza martenzytyczna
odkształcenie
nagrzewanie
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Jednokierunkowy efekt pami ci kształtu polega tak e
na przemianach struktury martenzytycznej, wywołanej
w elemencie poprzez hartowanie, nast pnie odkształcenie
plastyczne powoduj ce reorientacje martenzytu, a nast pnie
w wyniku ogrzewania powrót do kształtu pierwotnego
w dwóch etapach: powrotu do martenzytu hartowania,
a nast pnie w wyniku dalszego ogrzewania do przemiany
tego martenzytu w struktur
macierzyst . Reakcja ta
przebiega według schematu zamieszczonego poni ej:
martenzyt
faza macierzysta
hartowanie
nagrzewanie
odkształcenie
nagrzewanie
martenzyt odkształcony
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Zjawisko
pseudospr ysto ci
jest
zwi zane
z zjawiskiem odwracalnej przemiany martenzytycznej, która
zachodzi pod wpływem zewn trznego napr enia. Efekt ten
polega na tym, e przedmiot o strukturze macierzystej
martenzytu w temperaturze powy ej A
f
, zostaje odkształcony
o kilka lub kilkana cie procent. Nast pnie w wyniku
podniesienia temperatury powy ej Mf przedmiot wraca do
kształtu pocz tkowego.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Dwukierunkowy efekt pami ci kształtu stopu polega
na
zachowywaniu
pami ci
kształtu
zarówno
wysokotemperaturowej
fazy
macierzystej
jak
i niskotemperaturowej fazy martenzytycznej. W wyniku
dwukierunkowego efektu pami ci kształtu, w zakresie
temperatury M
f
– A
f
, nast puje cykliczny przebieg przemian
wywołuj cych odwracalne zmiany kształtu przedmiotu,
dokonuj cych si bez udziału napr e zewn trznych.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stop niklu z pami ci
kształtu, tzw. nitinol został
odkryty w 1962 roku przez W.J. Buehlera. Stopy Ni-Ti
w praktycznych zastosowaniach zawieraj 53 – 57% Ni.
Posiadaj one w podwy szonych temperaturach struktur
fazy
o sieci B2. Struktura ta ulega przemianie w faz
przej ciow
R w temperaturze powy ej M
s
, a nast pnie
w struktur martenzytu o jednosko nej zniekształconej sieci B
19. Przebieg przemiany odwrotnej odbywa si bez udziału
fazy R. Martenzyt przechodzi bezpo rednio do fazy o sieci
B2. Temperatura przemiany martenzytycznej jest uzale niona
od składu chemicznego stopu.
Skład chemiczny stopu NiTi mo na dobra tak, aby
przemiany realizowały si
w zakresie zbli onym do
temperatury ciała człowieka.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stopy NiTi stosuje si na:
implanty
płytki do zespole dociskowych
klamry do osteosyntezy i leczenia złama
eber
gwo dzie kostne
pr ty Harringtona
tulejki dystansowe
filtry skrzepów w celu unikni cia zatorów
ig
ł
y do lokalizacji guzów sutka
druty łukowe
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stent wykonany z nitinolu
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stenty wykonane ze stopu z pami ci kształtu
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Tulejki dystansowe
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Filtr skrzepów krwi
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Druty łukowe stosowane w ortodoncji
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Druty łukowe stosowane w ortodoncji
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stopy z pami ci kształtu s przedmiotem licznych
bada . Zdaniem naukowców mo na je traktowa
jako
materiały inteligentne. Uwa a si
e mo liwo ci
zastosowania stopów z pami ci
kształtu wykonanych
z niklu nie s do tej pory w pełni wykorzystane. Nadal trwaj
badania
dotycz ce
procesu
pseudobli niakowania,
skokowego odzyskiwania kształtu oraz znacznego obni enia
granicy plastyczno ci po drugim i trzecim cyklu
odkształcenia w stopie nitinol.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Podstawowe własno ci kobaltu
Zastosowanie kobaltu
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Kobalt jest metalicznym pierwiastkiem chemicznym
z IX grupy pobocznej, został odkryty w 1735 roku przez
G.Brandta.
Własno ci kobaltu:
liczba atomowa – 27
masa atomowa – 58,9332
g sto
- 8,832 g/cm
3
temperatura topnienia - 1494ºC
temperatura wrzenia - 2900ºC
jest metalem ferromagnetycznym
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Kobalt
wykazuje
dwie
odmiany
alotropowe.
W temperaturze pokojowej wyst puje odmiana
o sieci
heksagonalnej A3, a w temperaturach powy ej 417ºC –
odmiana o sieci regularnej ciennie centrowanej typu A1.
Wytrzyma
ł
o
kobaltu na rozci ganie mie ci si
w zakresie 235 - 945ºC i zale y od tego czy jest odlewany
czy przetapiany strefowo. Warto
modu
ł
u spr ysto ci
wzd
ł
u nej podczas rozci gania wynosi 211 GPa, przy
ciskaniu 183 GPa, a przy cinaniu 826 GPa.
Pierwiastek ten jest otrzymywany za pomoc metod
pirometalurgicznych. Uzyskany w ten sposób kobalt jest
najcz ciej silnie zanieczyszczony dlatego nast pnie jest
poddawany rafinacji elektrolitycznej. Po tym procesie kobalt
jest plastyczny, daje si walcowa i przeci ga na pr ty,
druty, ta my i blachy
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Kobalt
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Grupa zastosowa
Zastosowanie
stopy odporne na zu ycie
stopy wysokotemperaturowe
Stopy na osnowie kobaltu
stopy odporne na korozj
materiały magnetycznie twarde i mi kkie
wysokotemperaturowe
nadstopy arowytrzymałe na osnowie niklu
stopy odporne na zu ycie i do napawania
stale szybkotn ce, narz dziowe
materiały narz dziowe na osnowie kobaltu
faza wi
ca w glików spiekanych
stopy oporowe
wysokotemperaturowe stopy ło yskowe i spr ynowe
stopy magnetostrykcyjne
Dodatek stopowy
stopy o specjalnej rozszerzalno ci oraz stałym module
spr ysto ci
pigmenty farb
Inne
sztuczne ródła promieniowania (kobalt 60)
Techniczne zastosowania kobaltu
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ kobalt- elazo
Układ kobalt-chrom
Układ kobalt-molibden
Układ kobalt-nikiel- elazo
Układ chrom- elazo
Układ kobalt-chrom-wolfram
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ kobalt- elazo od strony kobaltu tworzy roztwory
stałe. Natomiast od strony elaza otrzymujemy dla bardzo
nieznacznego zakresu, od 17,3% do 19,1% st enia Co
mieszanin dwu faz i . Poni ej temperatury solidusu oraz
linii przemiany ( )
znajduje si
austenit, który
w temperaturze ni szej od 1000ºC przechodzi w ferryt.
Wszystkie stopy tego układu wykazuj
własno ci
magnetyczne. W układzie tym, w temperaturze 730ºC tworzy
si nadstruktura FeCo o uporz dkowanym układzie atomów.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ kobalt- elazo
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ kobalt-chrom od strony kobaltu krzepnie jako
eutektyczny w temperaturze 1400ºC, za od strony chromu
jako perytektyczny w temperaturze 1470ºC. Nale y
zaznaczy , e eutektyka składa si z kryształów roztworu
chromu w kobalcie i kryształów roztworu fazy . Faza
ulega przemianie w temperaturach od 1310 do 1260ºC na
faz
, która dla st enia chromu z zakresu od około 53% do
około 58% pozostaje ju
do temperatury otoczenia.
Natomiast faza , w miar obni ania temperatury od strony
kobaltu przechodzi całkowicie w faz
. Rozpuszczalno
kobaltu w chromie wynosz ca w temperaturze 1260ºC około
38% Co, w miar
obni ania temperatury maleje
i w temperaturze otoczenia wynosi do około 10%. Przemiana
magnetyczna w tym układzie wyst puje tylko od strony niklu
i obni a si w miar wzrostu zawarto ci chromu.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ kobalt-chrom
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ
kobalt-molibden
krzepnie
jako
układ
perytektyczny w temperaturze 1585ºC od strony molibdenu
i jako eutektyczny w temperaturze 1340ºC od strony kobaltu.
W układzie tym wyst puj
dwie fazy mi dzymetaliczne
tworz ce si w stanie stałym. S to: faza Mo
6
Co
7
tworz ca
si
w temperaturze około 1480ºC oraz faza MoCo
3
w temperaturze1020ºC. Przemiana magnetyczna w tym
układzie wyst puje tylko od strony kobaltu i obni a si
w miar wzrostu zawarto ci molibdenu.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ kobalt-molibden
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ kobalt-nikiel- elazo utworzony jest przez
roztwory stałe lub ich mieszaniny. Metale wymienione w tym
układzie, w temperaturze otoczenia, ró ni si budow sieci
krystalicznej:
nikiel krystalizuje w układzie regularnym, ma sie
płaskocentryczn
elazo krystalizuje w układzie regularnym, ma sie
przestrzennie centrowan
kobalt krystalizuje w układzie heksagonalnym.
Metale te, jak i ich stopy w temperaturze otoczenia
wykazuj własno ci ferromagnetyczne.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Izotermy krzepni cia
stopów układu kobalt-
nikiel- elazo
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ kobalt-chrom- elazo przedstawia oprócz
izoterm krzepni cia krzyw S
1
S
2
, która w cz ci od strony
układu elazo-kobalt wskazuje składy roztworów stałych
o minimalnych temperaturach, a w cz ci od strony układu
kobalt-chrom wskazuje składy eutektyki.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ kobalt-chrom-
elazo
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ
kobalt-chrom-wolfram
przedstawiona
wyznaczone niektóre izotermy krzepni cia i linie eutektyk
podwójnych e
1
– E e
2
– E. W układzie tym, w temperaturze
1395ºC, znajduje si punkt eutektyki potrójnej E, którego
skład tworzy: około 44% Co, około 30% Cr oraz około
26% W.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Układ kobalt-chrom-
wolfram
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Podział stopów kobaltu ze wzgl du na technik
wytwarzania:
Odlewnicze stopy na osnowie kobaltu
Stopy kobaltu przerabiane plastycznie
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Odlewnicze stopy kobaltu w stanie lanym
charakteryzuj si struktur niejednorodnego austenitu oraz
znaczn
segregacj
chemiczn . W osnowie austenitu
wyst puj
wydzielenia w glików M
23
C
6
. Najwi ksza
segregacja austenitu wyst puje w obszarze dendrytów,
a podstawowym pierwiastkiem ulegaj cym segregacji jest
chrom, którego st enie zmienia si w zakresie od 19 do
35%. W znacznie mniejszym zakresie segregacji ulega
molibden, którego st enie waha si w granicach od 4
do 6%.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Badania nad odlewniczymi stopami kobaltu wykazały,
e szybko
nagrzewania, wynosz ca około 100°C/min nie
ma wpływu na proces przemian w glików. Zwi kszenie
pr dko ci nagrzewania do 200°C/min powoduje zatrzymanie
przemian w glika M
6
C. Wykazano tak e, e w stopach tych
podczas przesycania, w zale no ci od składu chemicznego
mog zachodzi zło one przemiany w glików. W zakresie
temperatur od 1165 do 1230°C dochodzi do przemiany
w glika M
23
C
6
na M
6
C, co jest spowodowane wi ksz
stabilno ci w glika M
6
C w tych temperaturach.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
W stopach kobaltu przerabianych plastycznie
w porównaniu do odlewanych ograniczono st enie w gla,
chromu, krzemu i manganu, a zwi kszono st enie niklu
z 2,5% do 33-37%, wprowadzono tak e tytan. Poprzez tak
modyfikacj składu chemicznego tych stopów uzyskuje si
wy sz
podatno
do odkształce
plastycznych oraz
wi ksz
odporno
na
korozj
zm czeniow
i napr eniow w zestawieniu z stopami odlewanymi.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Dla stopów kobaltu przerabianych plastycznie
stosuje si
obróbk
ciepln
zgodnie z nast puj cym
schematem:
jako wyj ciowy stosuje si
proces przesycania
w temperaturze 1050±10°C
w celu osi gni cia maksymalnego umocnienia stopu
stosuje si odkształcenie plastyczne na zimno, zachodz ce
poni ej temperatury 650°C
zjawisko po redniego umocnienia zachodzi w wyniku
stosowania odkształcenia plastycznego na gor co
w temperaturach wy szych od 650°C
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Podział stopów kobaltu ze wzgl du na zastosowanie:
arowytrzymałe stopy kobaltu
Stopy kobaltu magnetycznie twarde
Stopy kobaltu odporne na cieranie
Stopy kobaltu stosowane na implanty
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
arowytrzymałe stopy to najliczniejsza grupa spo ród
stopów kobaltu. Materiały te tworzone s głównie dla:
potrzeb chemii wysokich temperatur
lotnictwa
techniki j drowej
kosmonautyki
technik zbrojeniowych.
arowytrzymałe stopu kobaltu zawieraj zwykle kilka
spo ród nast puj cych pierwiastków stopowych: Fe, Ni, Si,
Mn, Ti, V, W, Ta, Be oraz C, B i N.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Skład chemiczny, %
Nazwa
stopu
C
Co
Ni
Cr
Fe
W
Inne
HS-25
0,1
50
10
20
<=3
15
-
S-816
0,4
43
20
20
<=5
4
4 Mo
4 Nb
Vitallium
0,25
62
2,5
27
<2
-
5,5 Mo
X-40
0,5
55
10
25
<2
7,5
-
Hayness
151
0,5
62
<1
20
12,8
-
0,15 Ti
0,05 B
Hayness
188
0,1
39
22
22
3
14
-
MAR-
M302
0,85
55
<1,5
22
<1
10
9,0 Ta
0,25 Zr
0,01 B
MAR-
M509
0,6
55
10
22
7
-
3,5 Ta
0,5 Zr
0,2 Ti
MAR-
M918
0,05
52,5
20
20
11
-
0,1 Zr
7,5 Ta
W I-52
0,45
63
-
21
2
-
2,0 Nb
Wybrane aroodporne stopy Co
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
arowytrzymałe stopy kobaltu charakteryzuj si :
du
odporno ci na korozj wysokotemperaturow
wysokim współczynnikiem przewodnictwa cieplnego
niskim współczynnikiem rozszerzalno ci cieplnej
wysok
stabilno ci
w czasie pracy przy małych
napr eniach
posiadaj wysok temperatur topliwo ci
dobr spawalno ci
odporno ci na cieranie
odporno ci na zm czenia cieplne
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Ponadto arowytrzymałe stopy kobaltu s
mało
plastyczne, na ogół nie mo na obrabia ich poprzez obróbk
plastyczn na zimno, ani na gor co. Stosuje si w stanie
lanym, odlewaj c w piasku lub w formach metalowych Stopy
kobaltu stosowane s w stanie surowym lub po obróbce
cieplnej, polegaj cej na przesycaniu i długotrwałym
sztucznym starzeniu.
Krokiem
w
rozwoju
technologii
elementów
wykonywanych z stopów kobaltu jest wprowadzenie
ceramicznych warstw ochronnych z korundu Al
2
O
3
lub
dwutlenku cyrkonu ZrO
2
. Warstwy takie, napylane pró niowo
lub plazmowo
o grubo ci ok. 0,2 mm, skutecznie
zabezpieczaj
materia
ł
rodzimy
przed
utlenianiem
i jednocze nie obni aj temperatur warstwy wierzchniej
stopu.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Do wytwarzania magnesów trwałych stosuje si stopy
kobaltu takie jak cunife, cunico i vicalloy odkryty w 1949 roku.
Obróbka cieplna stopów polega na przesycaniu od
temperatury rz du 1000°C, a nast pnie starzeniu w
temperaturach od 550 do 750°C. Zgniot poprzedzaj cy
starzenie powoduje rozdrobnienie wydziele . Cunico, Cunife i
Vicalloy s mi kkie i ci gliwe, nadaj si do wytwarzania
drutów
lub
ta m.
W ród
nowszych
materiałów
magnetycznych istotne s
stopy Co, szczególnie
z dodatkami ziem rzadkich, np.: alnico, vacalloy, ferrite,
alcomax.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiał
Skład chemiczny, %
Remanencja
Br, T
Koercja
Hc,
A/m
Obróbka
cieplna
Vicalloy
Fe+52Co+14V
1,0
36,0
wy arzanie
(600°C)
Cunife
Fe+60Cu+20Ni
0,54
43,8
Cunico
Cu+21Ni+29Co
0,34
52,5
przesycanie
(1000°C) +
starzenie (550 -
750°C)
Fe+17Ni+10Al+12Co+6Cu
0,8
40,0
Alnico
Fe+20Ni+10Al+13,5Co+6Cu+0,25Ti
0,65
50,0
Alcomax
II
Fe+11Ni+8Al+21Co+4,5Cu
1,24
46,0
przesycanie
(1150 - 1250°C)
+ starzenie
(600°C) +
chłodzenie w
silnym polu
magnetycznyym
Własno ci magnetyczne wybranych materiałów magnetycznie
twardych
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Magnesy wykonywane z stopu alnico produkowane
s ze wzgl du na najwy sz spo ród wszystkich magnesów
stabilno
temperaturow
parametrów magnetycznych,
bardzo wysok temperatur Curie oraz wysok temperatur
pracy. Cechuje je tak e najwy sza odporno
na korozj .
Podstawowe zastosowania magnesów alnico to:
na przyrz dy pomiarowe
na urz dzenia kontrolne, wiele typów przetworników i
czujników
na motory i pr dnice
inne zastosowania, szczególnie takie, w których
wymagane jest pole magnetyczne stabilne w funkcji
temperatury, a przestrze konstrukcyjna jest dostatecznie
du a aby pomie ci magnes
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Magnesy wykonane ze stopu alnico
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Zastosowanie stopu alnico
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stopy kobaltu odporne na cieranie nosz nazw
stellitów. Skład chemiczny stellitów tworz :
w giel w zakresie 2 – 4%
kobalt w zakresie 35 – 55%
chrom w zakresie 25 – 33%
wolfram w zakresie 10 – 25%
elazo w zakresie 0 – 10%
W stellitach kobalt mo e by cz ciowo zast powany
przez nikiel, a wolfram przez mangan, molibden, wanad,
tantal lub tytan.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Własno
Warto liczbowa
ci ar wła ciwy
około 9 G/cm
3
przewodno cieplna
słaba
współczynnik liniowej rozszerzalno ci
cieplnej w zakresie temperatur:
20 – 100°C
900 - 1000°C
12,5*10
-6
1/°C
15,2*10
-6
1/°C
elektryczna oporno wła ciwa
0,9 – 0,95 *mm
2
/mm
własno ci ferromagnetyczne
brak
Własno ci fizyczne stellitów
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stellity nie s
poddawane obróbce plastycznej,
a obróbka mechaniczna przez skrawanie odbywa si jedynie
przy u yciu w glików spiekanych lub szlifowania.
Z powodu małej przewodno ci cieplnej, stellity nie obrabia
si
cieplnie, gdy
nagłe zmiany temperatury mogłyby
doprowadzi
do powstania uszkodze
na powierzchni
materiału. Wytrzymało
na rozci ganie tych materiałów
wynosi około 200kG/mm
2
, a twardo
Brinella około
650kG/mm
2
.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Ze wzgl du na du
odporno
na cieranie, korozj
i aroodporno
stellity znalazły zastosowanie na:
narz dzia skrawaj ce
ci gadła i matryce do prasowania na gor co
ponadto stosuje si je do stellitowania (czyli napawania
stellitem) cz ci maszyn nara onych szczególnie na
działanie gazów spalinowych i wysokiej temperatury.
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Stopy na osnowie kobaltu stosowane s na wyroby
dla chirurgii kostnej. Cechuj
si dobr odporno ci na
korozj
w erow
i szczelinow , posiadaj
zdolno
do
repasywacji
w roztworach fizjologicznych, wykazuj
tolerancj
w rodowisku tkanek i płynów ustrojowych,
zaliczane s do grupy materiałów nietoksycznych. O ich
własno ciach decyduje skład chemiczny oraz struktura, która
jest uzale niona od rodzaju technologii wytwarzania
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
S kład c hem ic zny , %
Rodzaj
stopu
C
C o
C r
F e
M n
M o
Ni
S
S i
Ti
W
C oC rM o
– odlewany
P rostasul 2
HS -21
V italium
E ndoc ast
m ax.
0,35 reszta
26,5
–
30,0
m ax.
1,0
m ax.
1,0
4,5
–
7,0
m ax.
2,5
-
m ax.
1,0
-
-
C oC rW NiM o
– odlewany
HS -25
m ax.
0,15
reszta
19,0
–
21,0
m ax.
3,0
m ax.
2,0
4,5
–
7,0
9,0
–
11,0
-
m ax.
1,0
-
14,0
–
16,0
C oNiC rM o -
przerobiony
plasty c znie
P rotasul-10
M P 35 N
m ax.
0,025 reszta
19,0
–
21,0
m ax.
1,0
m ax.
–
0,15
9,0
–
10,5
33,0
–
37,0
m ax
.
0,10
m ax.
0,15
m ax.
1,0
-
C oC rM o –
przerobiony
plasty c znie
P rotasul-21
W F
m ax.
0,25 reszta
26,5
–
30,0
m ax.
1,0
m ax.
1,0
5,0
–
7,0
m ax.
1,0
-
m ax.
1,0
-
-
Skład chemiczny stopów na osnowie kobaltu przeznaczonych na implanty
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Oznaczenie
stopu
Stan
Wytrzymało
na
rozci ganie
R
m
, MPa
Granica
plastyczno ci
R
0,2
, MPa
Wydłu enie
%
Wytrzymało
zm czeniowa
R
2
, MPa
HS-21
lany
650 – 1000
445 – 600
8 – 25
190 – 400
Vitalium
kuty
1175 – 1600 855 – 1200
8 – 28
500 – 966
Zimaloy
spiekany 1275 – 1380 820 – 965
12 – 15
620 – 896
Isodur
spiekany 1275 – 1380 820 – 965
12 – 15
620 – 896
HS-25
wy arzony 900 – 1205
375 – 485
min. 40
280 – 415
Vitalium odkształcony
na zimno
630 – 1440 500 – 1280
min. 40
500 – 590
MP – 35N wy arzony
795 – 800
240 – 300
40 – 50
340
Protasul-10 półtwardy
1000
650
min. 20
400 – 500
Biofaza
twardy
1200 – 1770 1000 – 1650
10 – 17
500 – 800
Własno ci mechaniczne stopów na osnowie kobaltu stosowanych na
implanty i endoprotezy
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Zawarto , % mas.
Gatunek G sto
kg/m
3
HV
5
R
p0,2
min
MPa
A
5
min%
Co
Mo
Cr
Inne
Crutanium 8300
420
665
8
75,0
5,0
15,0 5,0 Ti
Sheralit
royal
8300
380
550
7
66,0
6,0
27,0 0,4 C
Sheralit
elastic
8300
370
750
4
64,0
5,0
30,0 0,5 C
Własno ci wybranych dentystycznych stopów kobaltu
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Zastosowanie:
endoprotezy stawowe
płytki
wkr ty kostne
groty
druty
elementy kszta
ł
towe do zespole dociskowych ko ci
do wytwarzania dentystycznych rekonstrukcji ruchomych
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Endoproteza stawu biodrowego
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Dentystyczna konstrukcja no na
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
Literatura:
1.
Adamczyk J.: In ynieria wyrobów stalowych, Wydawnictwo Politechniki
l skiej, Gliwice 2000,
2. Balcerowska B.: wiczenia laboratoryjne z metaloznawstwa metali
nie elaznych, Wydawnictwo Politechniki l skiej, Gliwice 1994,
3. Binczyk F.: Konstrukcyjne stopy odlewnicze, Wydawnictwo Politechniki
l skiej, Gliwice 2003,
4. Cie la M.: Trwało
superstopów niklu z aluminiowymi warstwami
ochronnymi w warunkach pełzania, In ynieria Materiałowa, Nr 4, 2004,
s. 767-775,
5. Dobies K.: Kliniczne znaczenie bada
laboratoryjnych stopów na
osnowie kobaltu i stopów na osnowie niklu. Cz
I. Odporno
korozyjna, Protetyka Stomatologiczna, Nr XLII(1), 1992, s.1-5,
6. Dobies K: Wpływ składu chemicznego na własno ci stopów na osnowie
kobaltu oraz stopów na osnowie niklu, Protetyka Stomatologiczna, Nr
XLII(1), 1992, s. 30-33,
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
7. Dobrza ski L.A.: Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali,
Wydawnictwo Politechniki l skiej, Gliwice 1995,
8. Dobrza ski L.A.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo.
Materiały in ynierskie z podstawami projektowania materiałowego, WNT,
Warszawa 2002,
9. Górny Z.: Odlewnicze stopy metali nie elaznych, WNT, Warszawa 1998,
10. Gulajew A.P.: Metaloznawstwo, Wydawnictwo l sk, Katowice 1967,
Hernas A.: arowytrzymało
stali i stopów, Wydawnictwo Politechniki
l skiej, Gliwice 1999,
Kaszuwara W.: Stopy z pami ci kształtu, In ynieria Materiałowa, Nr 2,
2004, s. 61-64,
Kosowski A.: Metaloznawstwo stopów odlewniczych, Wydawnictwo
AGH, Kraków 1996,
Łagiewka E., Budniok A., Niedbała J., Rówi ski E., Serek A.: Struktura
wy arzanych stopów Ni-Mo otrzymywanych elektrolitycznie, Archiwum
nauki o materiałach, Nr 4, 2003, s. 597-609,
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
15. Marciniak J.: Biomateriały, Wydawnictwo Politechniki l skiej, Gliwice
2002,
16. Marciniak J.: Biomateriały w chirurgii kostnej, Wydawnictwo Politechniki
l skiej, Gliwice 1992,
17. Marciniak J.: wiczenia laboratoryjne z biomateriałów, Wydawnictwo
Politechniki l skiej, Gliwice 1993,
18. Minalisiu J., Pasquine D.: Phase transformation in nickel – base alloys,
Inst. Symp. on Structural Stability in Superalloys, Seven Springs, PA
1968,
19. Mikułowski B.: Stopy aroodporne i arowytrzymałe – nadstopy,
Wydawnictwo AGH, Kraków 1997,
20. Morawiec H., Lel tko J., Gigla M., Lekston Z., Goryczka T., Stró D.:
Stopy metali wykazuj ce efekt pami ci kształtu i ich zastosowanie,
In ynieria Materiałowa, Nr 2, s. 87-93,
21. Mrowec S., Werber T.: Nowoczesne materiały aroodporne, WNT,
Warszawa 1968,
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
22. Orlicki R., Kłopotacz B., Pucka G., R czka K.: Stomatologiczny stop
odlewniczy Co-Cr-M. Mikromed 1.04, Protetyka Stomatologiczna, Nr 1,
1985, s. 9,
23. Penkala H.J., Schubert F.: Ni – base wrought alloy, development for USC
steam turbine motor aplications, In ynieria Materiałowa, Nr 3, 2004,
s.415-421,
24. Perli ski J., Kubiak M.: Tablice metali nie elaznych, Wydawnictwo l sk,
Katowice 1970,
25. Praca zbiorowa pod redakcj
Cie lak Ł.: wiczenia laboratoryjne
z metaloznawstwa. Cz
II. Wpływ składu chemicznego i zabiegów
technologicznych na struktur
i własno ci stopów, Wydawnictwo
Politechniki l skiej, Gliwice 1983,
26. Praca zbiorowa pod redakcj
Cie lak Ł.: wiczenia laboratoryjne
z metaloznawstwa. Cz
III. Stale i stopy o technicznym zastosowaniu,
Wydawnictwo Politechniki l skiej, Gliwice 1983,
27. Praca zbiorowa pod redakcj
Głowackiej M.: Metaloznawstwo,
Wydawnictwo Politechniki Gda skiej, Gda sk 1996,
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
28. Praca zbiorowa pod redakcj
Sieniawskiego J.: Metaloznawstwo
i podstawy obróbki cieplnej - laboratorium, Oficyna Wydawnicza
Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 1999,
29. Prowans S.: Metaloznawstwo, PWN, Warszawa 1988,
30. Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo, WNT, Warszawa 2003,
Rudnik S.: Metaloznawstow, PWN, Warszawa 1983,
32. Rylska D., Klimek L., Sokołowski J.: The microstructure and corrosion
resistance of NiCr base alloys obtained by different methods of casting,
In ynieria Materiałowa, Nr 3, 2004,
33.Tokarski M.: Metaloznwastwo metali stopów nie elaznych w zarysie,
Wydawnictwo l sk, Katowice 1985,
34.Turek S.: Wytwarzanie i odlewanie stopów metali nie elaznych –
wiczenia laboratoryjne, Wydawnictwo Politechniki l skiej, Gliwice
1989,
35. Uzarowicz L., J drzejski W., Jaworski Z., Korzemski J.: Technologia
metali i metaloznawstwa, WNT, Warszawa 1975,
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
36. Wendorf Z.: Metaloznawstwo, WNT, Warszawa 1976,
37. Wesołowski K.: Metaloznawstwo. Metale nie elazne i ich stopy, WNT,
Warszawa 1976,
38.Wyatt O.H., Hughes D.D.: Wprowadzenie do in ynierii materiałowej –
metale, ceramika i tworzywa sztuczne, WNT, Warszawa 1978,
39.
www.arnoldmagnetics.com
,
www.aster-sc.com.pl
,
www.biomexim.com.pl
,
www.cardiology-houston.com
,
www.cermay.co.uk
,
www.elektronika.gs.pl
,
www.h-dental.com,
46.
www.introd.pl
Stopy niklu i stopy kobaltu
Materiały metalowe
© Copyright by L.A. Dobrza ski, IMIiB, Gliwice 2007
47.
www.janoshalmavarous.hu
,
48.
www.magnesy.pl
,
49.
www.pml.tno.hl
,
50.
www.polyce.com.pl
,
51.
www.ray-g.com
,
52.
www.ztopromet.pl
53.
www.yamato-group.jp
,
54.
www.3m.com
.