Materiały metalowe
Stopy niklu i kobaltu
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Nikiel
Układy równowagi stopów niklu
Stopy niklu
Kobalt
Układy równowagi stopów kobaltu
Stopy kobaltu
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Podstawowe własności niklu
Zanieczyszczenia występujące w niklu
Zastosowanie czystego niklu
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Nikiel to metal przejściowy z X grupy pobocznej
układu okresowego pierwiastków, odkryty 1751 roku
przez Cronstedta.
Własności niklu:
liczba atomowa 28
masa atomowa 58,6934
krystalizuje w sieci ściennie centrowanej układu
regularnego A1 o parametrze a=0,3516 nm
gęstość 8,902 g/cm3
temperatura topnienia 1453°C,
temperatura wrzenia 2730°C
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Nikiel jest metalem ferromagnetycznym, ale jego
własności magnetyczne zanikają po przekroczeniu
353°C. Należy do materiałów odpornych na korozjÄ™, w
szczególności atmosferyczną, wody morskiej i kwasów
organicznych. Nie wykazuje natomiast odporności na
działanie kwasu azotowego, fosforowego oraz siarki i jej
związków. Ponadto nikiel jest metalem podatnym na
obróbkę plastyczną zarówno na zimno, jak i na gorąco,
jest dobrze spawalny i zgrzewalny.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
CechÄ… charakterystycznÄ… niklu sÄ… jego dobre
wÅ‚asnoÅ›ci mechaniczne do temperatury 500°C.
Przykładowe własności mechaniczne niklu w podwyższonych
temperaturach
Temperatura, C
°
Własności
20 100 200 300 400 500 700
Wytrzymałość
450 450 450 445 335 245 180
R , MPa
m
Umowna
granica
150 157 145 143 120 100 49
plastyczności
R , Mpa
0,2
Wydłużenie
45 44,5 44 45 64 68,5 82
A, %
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Własności mechaniczne niklu zależą od jego
czystości i rodzaju występujących w nim zanieczyszczeń.
Najczęściej występującymi zanieczyszczeniami są:
Co, Fe, Cu, Si powoduje zwiększenie rezystywności
C zwiększa twardość niklu przy jednoczesnym wzroście
kruchości na zimno
S powoduje uniemożliwienie obróbki plastycznej na
gorÄ…co
Bi, Pb, Se zmniejszają ciągliwość niklu powodując
wzrost kruchości
As, At, Cd, P, Sb - tworzÄ… z niklem twarde i kruche fazy,
obniżające własności mechaniczne
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
W Polsce produkuje się sześć gatunków niklu o różnej czystości
Gatunki i główne zastosowanie niklu
Znak Ni+Co min. Co max. Główne zastosowanie
Ni 99,9 99,9 0,1
na katody, anody, inne elementy
Ni 99,8P 99,8 0,1
specjalnych lamp elektronowych
Ni 99,8 99,8 0,1
na anody i elementy
konstrukcyjne lamp
Ni 99,6 99,6 0,15 elektronowych i urządzeń
elektronicznych oraz do
platerowania taśm stalowych
na części konstrukcyjne w
Ni 99,5 99,5 0,2
elektronice i chemii oraz do
platerowania taśm stalowych
na części konstrukcyjne w
Ni 99 99 0,6 elektronice i chemii oraz do
platerowania taśm stalowych
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-żelazo
Układ nikiel-miedz
Układ nikiel-mangan
Układ nikiel-krzem
Układ nikiel-chrom
Układ nikiel-tytan
Układ nikiel-kobalt
Układ nikiel-molibden
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-żelazo od strony niklu, w zakresie
68%-95,5% zawartości niklu składa się z roztworów
stałych ciągłych, natomiast od strony żelaza tworzy część
perytektyczną. Podczas oziębiania tworzy się faza
miÄ™dzymetaliczna (temperatura 503°C), zwana
nadstrukturÄ…, odpowiadajÄ…ca wzorowi FeNi3. Stopy niklu,
zarówno od strony niklu, jak i żelaza, ulegają przemianie
magnetycznej. Maksymalna temperatura tej przemiany od
strony niklu, dla stopu o zawartoÅ›ci 68%Ni, wynosi 612°C.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-żelazo
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-miedz przedstawia roztwory stałe
ciągłe pomiędzy temperaturą likwidusu i temperaturą
solidusu. Nikiel i stopy miedzi z niklem od strony niklu
charakteryzują się własnościami ferromagnetycznymi
poniżej linii Å‚Ä…czÄ…cej temperaturÄ™ 358°C ze stopem
o zawartości 43,5% Ni. Najbardziej znanym stopem z tej
grupy jest monel, a także nikielin i konstantan.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-miedz
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-mangan od strony niklu tworzy
w temperaturze okoÅ‚o 1018°C roztwory staÅ‚e z minimum dla
stopu o zawartości 39,5% Ni, a od strony manganu układ
z perytektykÄ…. W ukÅ‚adzie tym, w temperaturze 910°C tworzy
się faza międzymetaliczna, którą określa wzór NiMn. Faza ta
w temperaturze okoÅ‚o 740°C zaczyna ulegać przemianie.
Stwierdzono tu także istnienie nadstruktury, odpowiadającej
wzorowi Ni3Mn. Ponadto w układzie tym zachodzą dwie
przemiany magnetyczne. Pierwsza uwydatnia siÄ™ od strony
niklu i zachodzi od temperatury 353°C dla czystego niklu do
temperatury otoczenia dla stopu o zawartości około 20% Cr
i 80% Ni. Druga przemiana zachodzi dla stopów o zawartości
od około 57% do około 85% Ni, resztę zawartości stanowi
mangan.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-mangan
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
W układzie nikiel-krzem występują trzy fazy
międzymetaliczne: Ni5Si, Ni2Si, NiSi, które tworzą
z metalem i miedzy sobą eutektyki, a niezależnie od tego
jeszcze dwie fazy międzymetaliczne, tworzące się
w temperaturze 1165°C Ni3Si oraz w temperaturze 993°C
- NiSi2. Oprócz tych faz powstaje jeszcze w stanie stałym
faza Ni3Si2, wystÄ™pujÄ…ca w temperaturze 845°C.
W układzie Ni-Si od strony Ni występuje eutektyka Ni-Ni3Si
w temperaturze 1152°C przy zawartoÅ›ci 11,5%Si.
Maksymalna rozpuszczalność krzemu w niklu wynosi 9,3%
i jest osiÄ…gana w temperaturze 1125°C. W miarÄ™ obniżania
temperatury rozpuszczalność ta maleje i w temperaturze
otoczenia wynosi 5% Si.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-krzem
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-chrom od trony niklu jest złożony
z eutektyki o zawartości 49%Ni i o temperaturze krzepnięcia
1345°C. Graniczna rozpuszczalność niklu w chromie (Ä…)
w temperaturze eutektycznej wynosi 35%Ni. Podczas
obniżania temperatury maleje, a w temperaturze 0°C spada
prawie do zera. Przemiana magnetyczna w tym układzie
występuje tylko od strony niklu. Dla czystego niklu przemiana
magnetyczna opada prostoliniowo od temperatury 353°C, do
temperatury 0°C dla stopu o zawartoÅ›ci 8%Cr i 92%Ni.
Najbardziej znanymi stopami z tej grupy sÄ…: inconel, cronit,
nichrom, a także illium G.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-chrom
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
W układzie nikiel-tytan występują trzy fazy
miÄ™dzymetaliczne: w temperaturze 1310°C faza TiNi,
w temperaturze 1380°C faza TiNi3 oraz faza Ti2Ni. WystÄ™pujÄ…
tu trzy eutektyki między fazami międzymetalicznymi
i metalami. Maksymalna rozpuszczalność tytanu w niklu dla
temperatury eutektycznej 1304°C wynosi 11,6% Ti. Podczas
obniżania temperatury rozpuszczalność ta maleje
i w temperaturze 900°C wynosi okoÅ‚o 8% Ti.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-tytan
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-kobalt krzepnie jako roztwór stały ciągły.
Występująca w tym układzie przemiana magnetyczna
przebiega od temperatury 360°C dla niklu do temperatury
1115°C dla kobaltu. Ponadto wystÄ™puje nadstruktura
wyrażona wzorem CoNi3
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-kobalt
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-molibden od strony niklu, w temperaturze
okoÅ‚o 1315°C tworzy ukÅ‚ad z eutektykÄ…, skÅ‚adajÄ…cy siÄ™
z kryształów roztworu stałego molibdenu w niklu, gdzie
zawartość niklu wynosi 37,5% oraz roztworu stałego niklu
w fazie międzymetalicznej MoNi o zawartości 39%Ni.
W stanie stałym w wyniku przemian alotropowych powstają
fazy MoNi4 - w temperaturze okoÅ‚o 860°C oraz MoNi3 -
w temperaturze okoÅ‚o 910°C. Najbardziej znanymi stopami
niklu z molibdenem sÄ…: hastelloy A, hastelloy B, hastelloy C.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ nikiel-molibden
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy konstrukcyjne niklu
Stopy oporowe niklu
Stopy niklu o szczególnych własnościach fizycznych
Stopy niklu odporne na korozjÄ™
Stopy niklu żarowytrzymałe
Stopy zaworowe niklu
Stopy niklu z pamięcią kształtu
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy konstrukcyjne niklu to tzw. nikiel stopowy
z niewielkim dodatkiem 2-5% manganu, 0,15-0,25% krzemu,
a także węgla i magnezu. Nikiel stopowy objęty jest normą
PN-79/H-87046. Stosowany jest zwykle w elektronice,
przemyśle chemicznym, elektrycznym i maszynowym.
Najpopularniejszymi stopami konstrukcyjnymi sÄ… stopy typu
monel, zawierajÄ…ce 27-34% Cu, do 2% Mn i do 2,5% Fe.
Skład stopu naturalnego, wyodrębnionego z rud, jest
następujący: NiCu30Fe1,5Mn1,5. Monel ma budowę
roztworu stałego ą.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Mikrostruktura monelu Ni70,27Cu28,64Mn0,83Fe0,18Co0,6 ziarna
roztworu stałego ą z licznymi blizniakami
Ä…
Ä…
Ä…
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stop monel wykazuje bardzo dużą odporność na
działanie wielu czynników chemicznych. Jest prawie
całkowicie odporny na działanie czynników takich jak: ałun
potasowy, alkohol, siarczan amonowy, amoniak, węglan
amonowy, atmosfera, kwas borowy, kwas masłowy, fosforan
amonowy, gliceryna, żelatyna, olej gazowy, węglan potasowy,
chlorek magnezu, kwas mlekowy, kwas octowy, wiele środków
spożywczych, chlorek sodowy, azotan sodowy, kwas
fosforowy, kwas salicylowy, woda morska, kwas winny, kwas
cytrynowy.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Monel nie jest odporny na działanie:
azotanu amonowego
stopionego ołowiu
chlorku żelazawego
kwasu chromowego
cyjanu potasowego
stopionego cynku
chlorku cynku
siarki
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny i własności stopów niklu typu Monel
Stop Monela
Zwykły Krzemowy S
Skład chemiczny:
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
Własności:
360 520 520 630 630 710
R , MPa
m
R , MPa 170 - 230 280 360 -
e0,02
A , % 16 - 40 8 15 -
5
HB 100 150 180 230 230 260
U, J/cm2 68,7 -108 47,1 61 0 4,9
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy typu monel charakteryzujÄ… siÄ™ bardzo
wszechstronnym zastosowaniem. Ze względu na wysoką
odporność na działanie pary i wysoką wytrzymałość na
rozciąganie w podwyższonych temperaturach stosuje się je
w budowie turbin parowych na łopatki. Ze względu na
odporność na działanie wody morskiej, znajdują zastosowanie
w budowie okrętów na rury kondensatorowe, w budowie turbin
wodnych. Stop ten stosujemy również w budowie samolotów,
aparatury chemicznej, a także w przemyśle spożywczym. Ze
względu na srebrzysty kolor i odporność na korozję
atmosferyczną jest także wykorzystywany w architekturze jako
element dekoracyjny.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Zastosowanie stopu monel na zawory
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Zastosowanie stopu monel na separatory chemiczne
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Do podstawowych stopów oporowych Ni należą:
chromel, alumel i nichrom. SÄ… to stopy metali
rozpuszczających się w sobie w stanie stałym,
charakteryzujące się następującymi własnościami:
dużą opornością, elektryczną właściwą
niskim współczynnikiem cieplnym oporności elektrycznej
żaroodpornością (własność ta ma znaczenie w przypadku
zastosowania na elementy pieców i narzędzi elektrycznych
pracujÄ…cych w wysokich temperaturach).
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Chromel to stop podwójny niklu z chromem
o zawartości od 8,5 10% Cr, o budowie roztworu stałego.
Dodatek chromu powoduje zwiększenie oporu
elektrycznego, żaroodporności i żarowytrzymałości. Stopy te
znalazły zastosowanie na elementy grzejne w elektrycznych
piecach oporowych. W celu obniżenia ceny tych stopów
modyfikuje się ich skład wprowadzając żelazo, które jest
tańsze od niklu, lecz powoduje to obniżenie maksymalnej
temperatury użytkowej elementu.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Własności najczęściej używanych stopów oporowych
Współczynnik
Skład chemiczny,
cieplny oporności
% Współczynnik
Elektryczna
Ä…*104
liniowej
oporność
Ciężar
rozszerzalności
właściwa w zakresie
właściwy,
cieplnej,
Á
temperatury
G/cm3
Ä…*106
Ni Cr Fe
&!
mm2/m
°
1/ C 0- 200-
° °
200 C 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
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Alumel to również stop posiadający budowę roztworu
stałego. W jego skład wchodzi: do 2,5% Al., 2% Mn i 2% Si.
Zaletą tego stopu są wysokie własności mechaniczne,
żarowytrzymałość 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
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Termopary
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Kolejnym stopem oporowym Ni jest nichrom jest to
najlepszy stop oporowy występujący w grupie podwójnych
stopów niklu z chromem, zawierający od 15 do 20% Cr. Stop
ten wykazuje bardzo dobre własności mechaniczne:
Rm = 640 700 Mpa
Re0,2 = 270 280 Mpa
A10 = 30 50%
Z = 70 75%
duży opór elektryczny (70 razy wyższy niż miedzi).
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stop ten stosowany jest na:
różnego rodzaju oporniki
elementy oporowe grzejne i rezystory
do budowy termoelementów pracujących do
temperatury 1000°C
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Rezystory
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Do stopów
oporowych zaliczamy
również konstantan
i kopel. SÄ… to stopy
miedzi z niklem
i manganem zaliczane
ze względu na
własności fizyczne do
stopów oporowych
niklu. Obydwa stopy
Mikrostruktura konstantanu ziarna
posiadajÄ… strukturÄ™
roztworu stałego ą ułożone równolegle
Ä…
Ä…
Ä…
roztworu stałego.
do kierunku przeróbki plastycznej
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny i własności konstantanu i kopelu
Zawartość pierwiastków, % Własności
oporność najwyższa
Współ-
zanieczy- właściwa tempe-
Gatunek
czynnik
Ni Mn Cu przy ratura
szczenia
cieplny
20 C, pracy,
Å‚Ä…cznie °
oporności
C
*mm2/m °
&!
konstanstan 39 41 1 - 2 < 0,9 reszta 0,48 0,00002 500 - 600
42,5 0,1
kopel < 0,6 reszta 0,50 0,00014 500
44,0 1,0
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Konstantan i kopel charakteryzujÄ… siÄ™ dobrymi
własnościami mechanicznymi, odpornością korozyjną i są
podatne do przeróbki plastycznej. Konstantan znajduje
zastosowanie na termoelementy pracujÄ…ce
w temperaturach 500 - 600°C. Kopel ma wyższy opór
elektryczny i w termoelementach z żelazem, miedzią lub
chromelem daje wyższą siłę termoelektryczną niż
konstantan. Jest stosowany głównie do budowy
termoelementów, a także w radiotechnice.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy niklu o szczególnych własnościach
fizycznych to bardzo zróżnicowana grupa stopów, do której
należą stopy:
o określonej wartości współczynnika rozszerzalności
cieplnej Ä…, np. inwar
o stałej wartości modułu sprężystości, np. elinwar
magnetycznie miękkie, np. permalloy, supermalloy.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład stopów zaliczanych do stopów o określonej
wartości współczynnika rozszerzalności cieplnej stanowi
żelazo z dodatkiem niklu i kobaltu. Wartość współczynnika
rozszerzalności cieplnej w tej grupie stopów zależy od
zawartości niklu. Przykładem może być stop o zawartości
25% Ni, którego współczynnik ą jest 2-krotnie wyższy od
współczynnika ą czystego Fe, a przy zawartości 36% Ni
nawet 8-krotnie wyższy.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Inwar jest to stop o zawartości 36-52% Ni, stosowany
jest na elementy nie zmieniające wymiarów wraz ze zmianą
temperatury. Charakteryzuje się niemal stałym
współczynnikiem ą, w zależności od składu chemicznego, w
zakresie temperatur od 80 do 100ÚC. Przekroczenie tej
temperatury powoduje, że współczynnik ą inwaru znacznie
się zmienia. Stały współczynnik ą, wynoszący około 7,5*10-6,
posiada również inwar, o składzie chemicznym 42% Ni
i 0,3% C, w zakresie temperatur 20ÚC do 300ÚC.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Przez zastąpienie części niklu kobaltem można
uzyskać stop o niższym współczynniku ą, zwany
superinwarem. Inny stop otrzymywany tÄ… metodÄ… to kowar
(ferniko), zawierający około 30% Ni, 15 20% Co i resztę
Fe. Współczynnik rozszerzalności liniowej dla tego stopu
wynosi 5*106. Stop ten stosuje siÄ™, gdy zachodzi potrzeba
zlutowania ze szkłem molibdenowym, którego współczynnik
ą ma taką samą wartość. Natomiast przez zwiększenie
zawartości niklu osiąga się wzrost współczynnika ą.
Przykładem jest platynit, którego współczynnik ą wynosi
9*106. Stop ten znajduje zastosowanie na druty wtapiane w
szkło określonego gatunku.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny i wartości współczynnika rozszerzalności cieplnej
stopów Fe-Ni
Orientacyjny skład chemiczny
Zakres
Współczynnik
stopu,%
Nazwa stopu temperatury
Ä…*106
pracy, C
°
Ni Co Fe
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
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
W wielu przypadkach wymaga się od metalu stałych
modułów sprężystości E i G, nie zmieniających się wraz
z temperaturą. Stosuje się wówczas stopy o nazwie elinwar,
o zawartości około 36% Ni i 8% Cr (tablica 8). Współczynnik
cieplny modułu Younga tych stopów waha się w granicach
od 18*10-6 do 23*10-6 1/ÚC, czyli jest prawie 10-krotnie
mniejszy niż stali węglowych i 20-krotnie niż stali
austenitycznych. Do grupy tych stopów należy także nispen.
Elinwar stosuje się najczęściej w stanie zgniecionym,
natomiast nispen po przesycaniu i starzeniu lub po
przesycaniu i następnie odkształceniu plastycznym.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny stopów o niskim współczynniku cieplnym modułu
sprężystości
Skład chemiczny
Nazwa
stopu
Cr Ni W Mo Ti Al Si Mn S P
C
7,3 36,5 0,3
Elinwar < <
< 0,4
- - - - <0,5
25 0,03 0,04
8,3 38,5 0,8
0,7 7,0 33,0 2,0 2,0
Elinwar < <
- - - <0,5
574 0,03 0,04
0,8 9,0 35,0 4,0 3,0
5,1 41,0 2,2 0,4 0,3 0,3
Nispen- < <
< 0,6 - -
C 0,04 0,04
5,7 43,0 2,6 0,8 0,8 0,6
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy o własnościach magnetycznych dzielą się na
dwie grupy, które różnią się wyraznie kształtem krzywej
histerezy i wartościami charakterystyk magnetycznych.
Wyróżniamy stopy magnetycznie twarde, które cechują się
dużą wartością HC oraz stopy magnetycznie miękkie, które
charakteryzują się małą wartością HC i małymi stratami na
histerezę. W celu otrzymania stopu magnetycznie miękkiego
należy zbliżyć stop możliwie najbardziej do stanu równowagi,
otrzymać gruboziarnistą strukturę oraz usunąć czynniki
powodujące zniekształcenie sieci krystalicznej i rozdrobnienie
bloków.
Spośród wszystkich metali tylko trzy: żelazo, kobalt i
nikiel są ferromagnetyczne, czyli posiadają zdolność
znacznego zagęszczania linii sił magnetycznych, co
nazywane jest przenikalnością magnetyczną.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Do stopów magnetycznie miękkich zaliczamy stopy
niklu z żelazem o zawartości około 79% Ni oraz 21% Fe
(permalloy) i stopy o zawartości około 79% Ni, około 3% Mo,
reszta Fe (supermalloy). CharakteryzujÄ… siÄ™ one bardzo
dobrymi własnościami magnetycznymi:
wysoką przenikalnością magnetyczną
małym natężeniem koercyjnym
wąską pętlą histerezy
Znalazły one duże zastosowanie w radiotechnice,
telekomunikacji, a także w innych gałęziach przemysłu do
budowy aparatury pomiarowej.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny magnetycznie miękkich stopów niklu i żelaza
Skład chemiczny
dopuszczalne zawartości
Znak stopu
podstawowe składniki
zanieczyszczeń
Ni Mo Cu Fe Mn Si C S
78,5 3,6
NiFe17Mo4 - reszta 1,2 0,1 0,01 0,008
79,5 3,9
74,7 3,0 4,7
NiFe16Cu5Mo3 reszta 1,2 0,05 0,01 0,008
76,2 3,6 5,2
48,0
NiFe49 - - reszta 0,5 0,05 0,01 0,008
51,0
49,0
NiFe50 - - reszta 0,8 0,2 0,02 0,008
50,5
45,0
FeNi45 - - reszta 0,8 0,2 0,02 0,008
48,0
35,5
FeNi36 - - reszta 0,8 0,3 0,02 0,008
37,0
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Do stopów niklu odpornych na korozję zaliczamy stopy
Ni-Cu, Ni-Mo-Fe z dodatkami Al, Si oraz Mn. Największe
znaczenie w tej grupie stopów znalazły stopy typu hastelloy.
Stosuje siÄ™ je do:
budowy aparatury do produkcji kwasu siarkowego i solnego
- hastelloy A
w aparaturze wrzÄ…cego H2SO4 - hastelloy B
do aparatury pracującej w atmosferze gorących roztworów
H2SO4 - hastelloy D, do budowy turbin - hastelloy W i X.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Własności wytrzymałościowe stopu hastelloy A są
następujące:
Rm = 300 340 Mpa
A5 = 8 12%
HB = 155 200,
oraz dla stopu hastelloy B:
Rm = 340 360 Mpa
A5 = 6 9%
HB = 190 230.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Średni skład chemiczny wybranych stopów niklu odpornych na
korozjÄ™
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
3 1 19 0,12 reszta - - 21 - - reszta
A
Hastelloy
0,9 9 1 0,12 5 - 1 - - - reszta
D
Hastelloy 2,5
1 1 5,5 - - - 5,5 25 - reszta
W Co
Hastelloy
- - 20 - - - 22 9 0,6 -
X
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Tuleja wykonana ze stopu hastelloy A
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Turbina
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Żarowytrzymałe stopy niklu są stopami
wieloskładnikowymi, zawierającymi oprócz niklu przede
wszystkim chrom lub molibden. W stopach tych stosowane
są także dodatki takie jak: Fe, Si, Mn, Al, Cu, Ti, Nb, Co, W.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Średni skład chemiczny i własności wybranych żarowytrzymałych
stopów Ni
Żaroodporne
w powietrzu
Stężenie pierwiastków, % R , MPa
z/10000
do
Znak stopu
temperatury,
C
°
700 C 800 C
C Ni Cr Fe Si Mo inne ° °
NiCr15Fe 0,08 >=72 15,5 8 <=0,5 - - 63 29 1150
Co<=5
NiCr20Ti 0,11 >=67 19,5 <=5 <=1 - 36 17 1150
Ti: 0,4
Nb+Ta:
NiCr22Mo9Nb 0,07 >=58 21,5 <=5 <=0,5 9 190 63 1000
3,7
Al.:1,4
NiCr23Fe 0,07 60,5 23 <=18 <=0,5 - 101 31 1200
B<=0,006
NiCr28FeSiCe 0,09 >=45 27,5 23 2,8 - Ce: 0,06 40 19 1200
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Wpływ pierwiastków na własności stopów
żarowytrzymałych jest następujący:
nikiel - stanowi podstawowy składnik w większości tych
stopów, oddziałuje na ich strukturę, stabilność faz
i zachowanie siÄ™ w procesach technologicznych
tytan i tantal - stabilizują fazę ł, tworzą węgliki MC
żelazo używane jest w celu zastąpienia niklu, zamiana ta
jest jednak niekorzystna ze względu na spadek
żaroodporności stopu, ponadto żelazo zwiększa podatność
niklu do wydzieleÅ„ fazy miÄ™dzymetalicznej ´
kobalt podwyższa żarowytrzymałość oraz poprawia
własności technologiczne roztworu stałego ł2
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
chrom zapewnia dobrą odporność na utlenianie
w wysokich temperaturach, umacnia stop osnowy, zwiększa
odporność na pełzanie, poprawia własności plastyczne
aluminium powoduje wzrost żaroodporności oraz wpływa
na tworzenie się umacniających faz międzymetalicznych ł2
molibden i wolfram umacniajÄ… osnowÄ™ w stopach Ni-Co-Cr
oraz Fe-Ni-Cr
bor w stężeniu do 0,02% podwyższa wytrzymałość na
pełzanie
cer zwiększa odporność na wysokotemperaturowe
utlenianie
krzem w stężeniu powyżej 0,2% korzystnie wpływa na
żaroodporność
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
W obecnie stosowanych żarowytrzymałych stopach
niklu występują następujące fazy:
faza Å‚ - austenit stopowy na bazie niklu, faza ta stanowi
osnowę wszystkich stopów niklu, krystalizuje w sieci A1. Fazę
tą tworzą głównie kobalt, chrom, molibden oraz wolfram
w niklu,
faza Å‚2 - zadaniem tej fazy jest umocnienie wydzieleniowe
stopów, a także umocnienie granic ziarn, krystalizuje w sieci
A1, jej skład stanowi nikiel, aluminium i tytan
węgliki umacniają granice ziarn i ziarna austenitu, jest to
faza ulegajÄ…ca przemianom podczas eksploatacji oraz
w czasie obróbki cieplnej
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
borki - twarde, wysokotopliwe fazy
tlenki sÄ… to wydzieleniowo umacniajÄ…ce czÄ…stki
pierwiastków takich jak itr, tor oraz lantan, wprowadzane do
stopu podczas procesu jego otrzymywania
fazy typu TCP (Topologically Close Packed) należą do
nich fazy Ã, ·, faza Lavesa; wystÄ™pujÄ… w postaci pÅ‚ytek, igieÅ‚
oraz nieregularnych wydzieleń, niekorzystnie wpływają na
plastyczność, wytrzymałość stopu, ponadto powodują jego
kruchość
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
" morfologia fazy Å‚2
Å‚2
Å‚2
Å‚2
" koherentna faza Å‚2
Å‚2
Å‚2
Å‚2
oraz faza
niekoherentna
(węgliki, tlenki,
borki)
Struktura stopu na osnowie niklu
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
" eutektyka po " granica
kierunkowej z segregacjÄ…
krystalizacji atomów bądz faz
niekoherentnych
Struktura stopu na osnowie niklu
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
" granica " struktura płytkowa
z segregacjÄ… po przemianie
atomów bądz faz nieciągłej
niekoherentnych
Struktura stopu na osnowie niklu
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Żarowytrzymałe stopy niklu od chwili ich odkrycia
przeszły wiele faz ewolucji. Dotyczy to składu chemicznego,
technologii wytwarzania, uzyskiwanych własności oraz
zakresu zastosowań.
Obserwuje siÄ™ coraz szersze zastosowanie
żarowytrzymałych stopów w petrochemii, w budowie
wysokotemperaturowych reaktorów, urządzeń
technologicznego przetwórstwa metali oraz
konwencjonalnych urządzeń energetycznych. Jednakże
głównym użytkownikiem żarowytrzymałych stopów nadal
pozostaje przemysł budowy turbin gazowych dla lotnictwa,
komunikacji lÄ…dowej i morskiej.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Od stopów niklu używanych na zawory wymaga się:
odporności na korozję w atmosferze spalin
dużej twardości
odporności na ścieranie.
Stopy te pracujÄ… w wysokotemperaturowych
warunkach zmiennych obciążeń cieplno-mechanicznych. Na
zawory okrętowych silników Diesla stosowane są stopy na
osnowie niklu typu NiCr20TiAl. Szersze zastosowanie
nadstopów na zawory jest niemożliwe ze względu na bariery
technologiczne, związane głównie z ceną.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny zaworowych stopów niklu
Skład chemiczny, %
Nazwa
stopu
Ni Cr Ti Al C B Inne
Nimonic
osnowa 19,5 2,35 1,4 0,06 0,0015 Zr: 0,04
80A
Nimonic 81 osnowa 30 1,8 0,9 0,05 0,003 Zr: 0,06
Mo: 0,75
Nimonic 91 osnowa 28,5 2,3 1,2 0,05 -
Co: 20
Nb: 1,0
Incomel
osnowa 15,5 2,5 0,8 0,08 - Nb: 1,0
X750
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Technologia wytwarzania zaworów ze stopów niklu
wymaga:
bardzo dużej staranności podczas przeprowadzania
procesów wytapiania i rafinacji próżniowej stopu
wstępnej przeróbki plastycznej
ścisłego zachowania właściwej temperatury odkształcenia
związanej z rozpuszczalnością fazy ł` oraz procesami
rekrystalizacji dynamicznej.
Aby otrzymać wysokie własności wytrzymałościowe:
Rm > 1150 MPa, twardość > 390 HV5, drobne ziarno osnowy,
a także wysoką jakość zaworów przeprowadza się
wykończeniową obróbkę plastyczną oraz długotrwałe
starzenie w temperaturze do 700ÚC, trwajÄ…ce okoÅ‚o 25
godzin.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Natomiast w celu wzrostu trwałości oraz
niezawodności zaworów stosuje się warstwy odporne na
niszczenie wysokotemperaturowe, wykonane technologiÄ…
spawalniczÄ… lub technologiami zaawansowanymi np.
plazmowymi.
Skład chemiczny materiałów stosowanych do napawania zaworów
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
osnowa 30 - 2,5 1,0 9,0 1,8 -
12
Triballoy osnowa 17 1,0 1,0 3,2 - 0,1 Mo: 28
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Zjawisko pamięci kształtu polega na tym, że element o
określonym kształcie początkowym, odkształca się
plastycznie, a następnie poddaje działaniu temperatury
charakterystycznej dla danego stopu, w wyniku czego
następuje powrót elementu do kształtu początkowego.
Powracanie do kształtu początkowego wiąże się
wyzwalaniem energii która może wykonać pracę
mechaniczną. O zjawisku pamięci kształtu decydują
następujące mechanizmy:
jednokierunkowy efekt pamięci kształtu
pseudosprężystość
dwukierunkowy efekt pamięci kształtu.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Jednokierunkowy efekt pamięci kształtu polega na
przemianie martenzytycznej, którą wywołuje w przedmiocie
obrabianym obróbka plastyczna, nadając mu żądany kształt, a
następnie nagrzaniu do temperatury charakterystycznej,
powodującej zajście odwrotnej przemiany martenzytycznej w
fazę macierzystą, dzięki czemu element powraca do swego
pierwotnego kształtu. Reakcja ta przebiega według schematu
zamieszczonego poniżej:
odkształcenie
faza macierzysta faza martenzytyczna
nagrzewanie
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Jednokierunkowy efekt pamięci kształtu polega także
na przemianach struktury martenzytycznej, wywołanej
w elemencie poprzez hartowanie, następnie odkształcenie
plastyczne powodujące reorientacje martenzytu, a następnie
w wyniku ogrzewania powrót do kształtu pierwotnego
w dwóch etapach: powrotu do martenzytu hartowania,
a następnie w wyniku dalszego ogrzewania do przemiany
tego martenzytu w strukturÄ™ macierzystÄ…. Reakcja ta
przebiega według schematu zamieszczonego poniżej:
odkształcenie
hartowanie
martenzyt odkształcony
faza macierzysta martenzyt
nagrzewanie nagrzewanie
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Zjawisko pseudosprężystości jest związane
z zjawiskiem odwracalnej przemiany martenzytycznej, która
zachodzi pod wpływem zewnętrznego naprężenia. Efekt ten
polega na tym, że przedmiot o strukturze macierzystej
martenzytu w temperaturze powyżej Af, zostaje odkształcony
o kilka lub kilkanaście procent. Następnie w wyniku
podniesienia temperatury powyżej Mf przedmiot wraca do
kształtu początkowego.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Dwukierunkowy efekt pamięci kształtu stopu polega
na zachowywaniu pamięci kształtu zarówno
wysokotemperaturowej fazy macierzystej jak
i niskotemperaturowej fazy martenzytycznej. W wyniku
dwukierunkowego efektu pamięci kształtu, w zakresie
temperatury Mf Af, następuje cykliczny przebieg przemian
wywołujących odwracalne zmiany kształtu przedmiotu,
dokonujących się bez udziału naprężeń zewnętrznych.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stop niklu z pamięcią kształtu, tzw. nitinol został
odkryty w 1962 roku przez W.J. Buehlera. Stopy Ni-Ti
w praktycznych zastosowaniach zawierajÄ… 53 57% Ni.
Posiadają one w podwyższonych temperaturach strukturę
fazy ² o sieci B2. Struktura ta ulega przemianie w fazÄ™
przejściową R w temperaturze powyżej Ms, a następnie
w strukturę martenzytu o jednoskośnej zniekształconej sieci B
19. Przebieg przemiany odwrotnej odbywa się bez udziału
fazy R. Martenzyt przechodzi bezpoÅ›rednio do fazy ² o sieci
B2. Temperatura przemiany martenzytycznej jest uzależniona
od składu chemicznego stopu.
Skład chemiczny stopu NiTi można dobrać tak, aby
przemiany realizowały się w zakresie zbliżonym do
temperatury ciała człowieka.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy NiTi stosuje siÄ™ na:
implanty
płytki do zespoleń dociskowych
klamry do osteosyntezy i leczenia złamań żeber
gwozdzie kostne
pręty Harringtona
tulejki dystansowe
filtry skrzepów w celu uniknięcia zatorów
igły do lokalizacji guzów sutka
druty Å‚ukowe
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stent wykonany z nitinolu
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stenty wykonane ze stopu z pamięcią kształtu
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Tulejki dystansowe
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Filtr skrzepów krwi
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Druty Å‚ukowe stosowane w ortodoncji
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Druty Å‚ukowe stosowane w ortodoncji
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy z pamięcią kształtu są przedmiotem licznych
badań. Zdaniem naukowców można je traktować jako
materiały inteligentne. Uważa się że możliwości
zastosowania stopów z pamięcią kształtu wykonanych
z niklu nie są do tej pory w pełni wykorzystane. Nadal trwają
badania dotyczÄ…ce procesu pseudoblizniakowania,
skokowego odzyskiwania kształtu oraz znacznego obniżenia
granicy plastyczności po drugim i trzecim cyklu
odkształcenia w stopie nitinol.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Podstawowe własności kobaltu
Zastosowanie kobaltu
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Kobalt jest metalicznym pierwiastkiem chemicznym
z IX grupy pobocznej, został odkryty w 1735 roku przez
G.Brandta.
Własności kobaltu:
liczba atomowa 27
masa atomowa 58,9332
gęstość - 8,832 g/cm3
temperatura topnienia - 1494ºC
temperatura wrzenia - 2900ºC
jest metalem ferromagnetycznym
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Kobalt wykazuje dwie odmiany alotropowe.
W temperaturze pokojowej występuje odmiana ą o sieci
heksagonalnej A3, a w temperaturach powyżej 417ºC
odmiana ² o sieci regularnej Å›ciennie centrowanej typu A1.
Wytrzymałość kobaltu na rozciąganie mieści się
w zakresie 235 - 945ºC i zależy od tego czy jest odlewany
czy przetapiany strefowo. Wartość modułu sprężystości
wzdłużnej podczas rozciągania wynosi 211 GPa, przy
ściskaniu 183 GPa, a przy ścinaniu 826 GPa.
Pierwiastek ten jest otrzymywany za pomocÄ… metod
pirometalurgicznych. Uzyskany w ten sposób kobalt jest
najczęściej silnie zanieczyszczony dlatego następnie jest
poddawany rafinacji elektrolitycznej. Po tym procesie kobalt
jest plastyczny, daje się walcować i przeciągać na pręty,
druty, taśmy i blachy
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Kobalt
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Techniczne zastosowania kobaltu
Grupa zastosowań Zastosowanie
stopy odporne na zużycie
Stopy na osnowie kobaltu
stopy wysokotemperaturowe
stopy odporne na korozjÄ™
materiały magnetycznie twarde i miękkie
wysokotemperaturowe
nadstopy żarowytrzymałe na osnowie niklu
stopy odporne na zużycie i do napawania
stale szybkotnące, narzędziowe
materiały narzędziowe na osnowie kobaltu
Dodatek stopowy
faza wiążąca węglików spiekanych
stopy oporowe
wysokotemperaturowe stopy łożyskowe i sprężynowe
stopy magnetostrykcyjne
stopy o specjalnej rozszerzalności oraz stałym module
sprężystości
pigmenty farb
Inne
sztuczne zródła promieniowania ł (kobalt 60)
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ kobalt-żelazo
Układ kobalt-chrom
Układ kobalt-molibden
Układ kobalt-nikiel-żelazo
Układ chrom-żelazo
Układ kobalt-chrom-wolfram
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ kobalt-żelazo od strony kobaltu tworzy roztwory
stałe. Natomiast od strony żelaza otrzymujemy dla bardzo
nieznacznego zakresu, od 17,3% do 19,1% stężenia Co
mieszaninÄ™ dwu faz ´ i Å‚. Poniżej temperatury solidusu oraz
linii przemiany Ä…(´) Å‚ znajduje siÄ™ austenit, który
w temperaturze niższej od 1000ºC przechodzi w ferryt.
Wszystkie stopy tego układu wykazują własności
magnetyczne. W ukÅ‚adzie tym, w temperaturze 730ºC tworzy
się nadstruktura FeCo o uporządkowanym układzie atomów.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ kobalt-żelazo
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ kobalt-chrom od strony kobaltu krzepnie jako
eutektyczny w temperaturze 1400ºC, zaÅ› od strony chromu
jako perytektyczny w temperaturze 1470ºC. Należy
zaznaczyć, że eutektyka składa się z kryształów roztworu
chromu w kobalcie Ä… i kryształów roztworu fazy ´. Faza ´
ulega przemianie w temperaturach od 1310 do 1260ºC na
fazÄ™ Ä, która dla stężenia chromu z zakresu od okoÅ‚o 53% do
około 58% pozostaje już do temperatury otoczenia.
Natomiast faza ą, w miarę obniżania temperatury od strony
kobaltu przechodzi caÅ‚kowicie w fazÄ™ µ. Rozpuszczalność
kobaltu w chromie wynoszÄ…ca w temperaturze 1260ºC okoÅ‚o
38% Co, w miarę obniżania temperatury maleje
i w temperaturze otoczenia wynosi do około 10%. Przemiana
magnetyczna w tym układzie występuje tylko od strony niklu
i obniża się w miarę wzrostu zawartości chromu.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ kobalt-chrom
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
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 występują dwie fazy międzymetaliczne
tworzące się w stanie stałym. Są to: faza Mo6Co7 tworząca
siÄ™ w temperaturze okoÅ‚o 1480ºC oraz faza MoCo3
w temperaturze1020ºC. Przemiana magnetyczna w tym
układzie występuje tylko od strony kobaltu i obniża się
w miarę wzrostu zawartości molibdenu.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ kobalt-molibden
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ kobalt-nikiel-żelazo utworzony jest przez
roztwory stałe lub ich mieszaniny. Metale wymienione w tym
układzie, w temperaturze otoczenia, różnią się budową sieci
krystalicznej:
nikiel krystalizuje w układzie regularnym, ma sieć
płaskocentryczną
żelazo krystalizuje w układzie regularnym, ma sieć
przestrzennie centrowanÄ…
kobalt krystalizuje w układzie heksagonalnym.
Metale te, jak i ich stopy w temperaturze otoczenia
wykazują własności ferromagnetyczne.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Izotermy krzepnięcia
stopów układu kobalt-
nikiel-żelazo
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ kobalt-chrom-żelazo przedstawia oprócz
izoterm krzepnięcia krzywą S1 S2, która w części od strony
układu żelazo-kobalt wskazuje składy roztworów stałych
o minimalnych temperaturach, a w części od strony układu
kobalt-chrom wskazuje składy eutektyki.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ kobalt-chrom-
żelazo
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ kobalt-chrom-wolfram przedstawiona
wyznaczone niektóre izotermy krzepnięcia i linie eutektyk
podwójnych e1 E e2 E. W układzie tym, w temperaturze
1395ºC, znajduje siÄ™ punkt eutektyki potrójnej E, którego
skład tworzy: około 44% Co, około 30% Cr oraz około
26% W.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ kobalt-chrom-
wolfram
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Podział stopów kobaltu ze względu na technikę
wytwarzania:
Odlewnicze stopy na osnowie kobaltu
Stopy kobaltu przerabiane plastycznie
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Odlewnicze stopy kobaltu w stanie lanym
charakteryzujÄ… siÄ™ strukturÄ… niejednorodnego austenitu oraz
znacznÄ… segregacjÄ… chemicznÄ…. W osnowie austenitu
występują wydzielenia węglików M23C6. Największa
segregacja austenitu występuje w obszarze dendrytów,
a podstawowym pierwiastkiem ulegajÄ…cym segregacji jest
chrom, którego stężenie zmienia się w zakresie od 19 do
35%. W znacznie mniejszym zakresie segregacji ulega
molibden, którego stężenie waha się w granicach od 4
do 6%.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Badania nad odlewniczymi stopami kobaltu wykazały,
że szybkość nagrzewania, wynoszÄ…ca okoÅ‚o 100°C/min nie
ma wpływu na proces przemian węglików. Zwiększenie
prÄ™dkoÅ›ci nagrzewania do 200°C/min powoduje zatrzymanie
przemian węglika M6C. Wykazano także, że w stopach tych
podczas przesycania, w zależności od składu chemicznego
mogą zachodzić złożone przemiany węglików. W zakresie
temperatur od 1165 do 1230°C dochodzi do przemiany
węglika M23C6 na M6C, co jest spowodowane większą
stabilnością węglika M6C w tych temperaturach.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
W stopach kobaltu przerabianych plastycznie
w porównaniu do odlewanych ograniczono stężenie węgla,
chromu, krzemu i manganu, a zwiększono stężenie niklu
z 2,5% do 33-37%, wprowadzono także tytan. Poprzez taką
modyfikację składu chemicznego tych stopów uzyskuje się
wyższą podatność do odkształceń plastycznych oraz
większą odporność na korozję zmęczeniową
i naprężeniową w zestawieniu z stopami odlewanymi.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Dla stopów kobaltu przerabianych plastycznie
stosuje się obróbkę cieplną zgodnie z następującym
schematem:
jako wyjściowy stosuje się proces przesycania
w temperaturze 1050Ä…10°C
w celu osiągnięcia maksymalnego umocnienia stopu
stosuje się odkształcenie plastyczne na zimno, zachodzące
poniżej temperatury 650°C
zjawisko pośredniego umocnienia zachodzi w wyniku
stosowania odkształcenia plastycznego na gorąco
w temperaturach wyższych od 650°C
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Podział stopów kobaltu ze względu na zastosowanie:
Żarowytrzymałe stopy kobaltu
Stopy kobaltu magnetycznie twarde
Stopy kobaltu odporne na ścieranie
Stopy kobaltu stosowane na implanty
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Żarowytrzymałe stopy to najliczniejsza grupa spośród
stopów kobaltu. Materiały te tworzone są głównie dla:
potrzeb chemii wysokich temperatur
lotnictwa
techniki jÄ…drowej
kosmonautyki
technik zbrojeniowych.
Żarowytrzymałe stopu kobaltu zawierają zwykle kilka
spośród następujących pierwiastków stopowych: Fe, Ni, Si,
Mn, Ti, V, W, Ta, Be oraz C, B i N.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Wybrane żaroodporne stopy Co
Skład chemiczny, %
Nazwa
Inne
stopu
C Co Ni Cr Fe W
HS-25 0,1 50 10 20 <=3 15 -
4 Mo
S-816 0,4 43 20 20 <=5 4
4 Nb
Vitallium 0,25 62 2,5 27 <2 - 5,5 Mo
X-40 0,5 55 10 25 <2 7,5 -
Hayness 0,15 Ti
0,5 62 <1 20 12,8 -
151 0,05 B
Hayness
0,1 39 22 22 3 14 -
188
9,0 Ta
MAR-
0,85 55 <1,5 22 <1 10 0,25 Zr
M302
0,01 B
3,5 Ta
MAR-
0,6 55 10 22 7 - 0,5 Zr
M509
0,2 Ti
MAR- 0,1 Zr
0,05 52,5 20 20 11 -
M918 7,5 Ta
W I-52 0,45 63 - 21 2 - 2,0 Nb
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Żarowytrzymałe stopy kobaltu charakteryzują się:
dużą odpornością na korozję wysokotemperaturową
wysokim współczynnikiem przewodnictwa cieplnego
niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej
wysoką stabilnością w czasie pracy przy małych
naprężeniach
posiadają wysoką temperaturę topliwości
dobrą spawalnością
odpornością na ścieranie
odpornością na zmęczenia cieplne
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Ponadto żarowytrzymałe stopy kobaltu są mało
plastyczne, na ogół nie można obrabiać ich poprzez obróbkę
plastycznÄ… na zimno, ani na gorÄ…co. Stosuje siÄ™ w stanie
lanym, odlewajÄ…c w piasku lub w formach metalowych Stopy
kobaltu stosowane są w stanie surowym lub po obróbce
cieplnej, polegającej na przesycaniu i długotrwałym
sztucznym starzeniu.
Krokiem w rozwoju technologii elementów
wykonywanych z stopów kobaltu jest wprowadzenie
ceramicznych warstw ochronnych z korundu Al2O3 lub
dwutlenku cyrkonu ZrO2. Warstwy takie, napylane próżniowo
lub plazmowo o grubości ok. 0,2 mm, skutecznie
zabezpieczają materiał rodzimy przed utlenianiem
i jednocześnie obniżają temperaturę warstwy wierzchniej
stopu.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Do wytwarzania magnesów trwałych stosuje się stopy
kobaltu takie jak cunife, cunico i vicalloy odkryty w 1949 roku.
Obróbka cieplna stopów polega na przesycaniu od
temperatury rzÄ™du 1000°C, a nastÄ™pnie starzeniu w
temperaturach od 550 do 750°C. Zgniot poprzedzajÄ…cy
starzenie powoduje rozdrobnienie wydzieleń. Cunico, Cunife i
Vicalloy są miękkie i ciągliwe, nadają się do wytwarzania
drutów lub taśm. Wśród nowszych materiałów
magnetycznych istotne są stopy Co, szczególnie
z dodatkami ziem rzadkich, np.: alnico, vacalloy, ferrite,
alcomax.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Własności magnetyczne wybranych materiałów magnetycznie
twardych
Koercja
Remanencja Obróbka
Materiał Skład chemiczny, % Hc,
Br, T cieplna
A/m
wyżarzanie
Vicalloy Fe+52Co+14V 1,0 36,0
(600°C)
przesycanie
Cunife Fe+60Cu+20Ni 0,54 43,8
(1000°C) +
starzenie (550 -
750°C)
Cunico Cu+21Ni+29Co 0,34 52,5
przesycanie
Fe+17Ni+10Al+12Co+6Cu 0,8 40,0
(1150 - 1250°C)
Alnico
+ starzenie
(600°C) +
Fe+20Ni+10Al+13,5Co+6Cu+0,25Ti 0,65 50,0
chłodzenie w
silnym polu
Alcomax
Fe+11Ni+8Al+21Co+4,5Cu 1,24 46,0
magnetycznyym
II
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Magnesy wykonywane z stopu alnico produkowane
są ze względu na najwyższą spośród wszystkich magnesów
stabilność temperaturową parametrów magnetycznych,
bardzo wysokÄ… temperaturÄ™ Curie oraz wysokÄ… temperaturÄ™
pracy. Cechuje je także najwyższa odporność na korozję.
Podstawowe zastosowania magnesów alnico to:
na przyrzÄ…dy pomiarowe
na urządzenia kontrolne, wiele typów przetworników i
czujników
na motory i prÄ…dnice
inne zastosowania, szczególnie takie, w których
wymagane jest pole magnetyczne stabilne w funkcji
temperatury, a przestrzeń konstrukcyjna jest dostatecznie
duża aby pomieścić magnes
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Magnesy wykonane ze stopu alnico
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Zastosowanie stopu alnico
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy kobaltu odporne na ścieranie noszą nazwę
stellitów. Skład chemiczny stellitów tworzą:
węgiel w zakresie 2 4%
kobalt w zakresie 35 55%
chrom w zakresie 25 33%
wolfram w zakresie 10 25%
żelazo w zakresie 0 10%
W stellitach kobalt może być częściowo zastępowany
przez nikiel, a wolfram przez mangan, molibden, wanad,
tantal lub tytan.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Własności fizyczne stellitów
Własność Wartość liczbowa
ciężar właściwy około 9 G/cm3
przewodność cieplna słaba
współczynnik liniowej rozszerzalności
cieplnej w zakresie temperatur:
20 100°C 12,5*10-6 1/°C
900 - 1000°C 15,2*10-6 1/°C
elektryczna oporność właściwa 0,9 0,95 &!*mm2/mm
własności ferromagnetyczne brak
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stellity nie są poddawane obróbce plastycznej,
a obróbka mechaniczna przez skrawanie odbywa się jedynie
przy użyciu węglików spiekanych lub szlifowania.
Z powodu małej przewodności cieplnej, stellity nie obrabia
się cieplnie, gdyż nagłe zmiany temperatury mogłyby
doprowadzić do powstania uszkodzeń na powierzchni
materiału. Wytrzymałość na rozciąganie tych materiałów
wynosi około 200kG/mm2, a twardość Brinella około
650kG/mm2 .
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Ze względu na dużą odporność na ścieranie, korozję
i żaroodporność stellity znalazły zastosowanie na:
narzędzia skrawające
ciągadła i matryce do prasowania na gorąco
ponadto stosuje siÄ™ je do stellitowania (czyli napawania
stellitem) części maszyn narażonych szczególnie na
działanie gazów spalinowych i wysokiej temperatury.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy na osnowie kobaltu stosowane sÄ… na wyroby
dla chirurgii kostnej. Cechują się dobrą odpornością na
korozję wżerową i szczelinową, posiadają zdolność do
repasywacji w roztworach fizjologicznych, wykazujÄ…
tolerancję w środowisku tkanek i płynów ustrojowych,
zaliczane są do grupy materiałów nietoksycznych. O ich
własnościach decyduje skład chemiczny oraz struktura, która
jest uzależniona od rodzaju technologii wytwarzania
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny stopów na osnowie kobaltu przeznaczonych na implanty
S kład c hem ic zny , %
Rodzaj
stopu
Ti W
C C o C r F e M n M o Ni S S i
C oC rM o
odlewany
26,5 4,5
m ax. m ax. m ax. m ax. m ax.
- -
P rostasul 2
reszta -
0,35 1,0 1,0 2,5 1,0
HS -21
30,0 7,0
V italium
E ndoc ast
C oC rW NiM o 14,0
19,0 4,5 9,0
odlewany m ax. m ax. m ax. m ax.
-
reszta -
0,15 3,0 2,0 1,0
21,0 7,0 11,0
16,0
HS -25
C oNiC rM o -
przerobiony
19,0 m ax. 9,0 33,0 m ax
m ax.
m ax. m ax. m ax.
plasty c znie
-
reszta .
1,0
0,025 1,0 0,15
21,0 0,15 10,5 37,0 0,10
P rotasul-10
M P 35 N
C oC rM o
przerobiony
26,5 5,0
m ax. m ax. m ax. m ax. m ax.
plasty c znie
- -
reszta -
0,25 1,0 1,0 1,0 1,0
30,0 7,0
P rotasul-21
W F
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Własności mechaniczne stopów na osnowie kobaltu stosowanych na
implanty i endoprotezy
Wytrzymałość
Granica Wytrzymałość
Oznaczenie Wydłużenie
na
Stan
plastyczności zmęczeniowa
stopu rozciÄ…ganie %
R , MPa R , MPa
0,2 2
R , MPa
m
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 wyżarzony 900 1205 375 485 min. 40 280 415
odkształcony
Vitalium 630 1440 500 1280 min. 40 500 590
na zimno
MP 35N wyżarzony 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
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Własności wybranych dentystycznych stopów kobaltu
R
p0,2
Zawartość, % mas.
Gęstość A
5
Gatunek
min
kg/m3 HV5 MPa min%
Co Mo Cr Inne
Crutanium 8300 420 665 8 75,0 5,0 15,0 5,0 Ti
Sheralit
8300 380 550 7 66,0 6,0 27,0 0,4 C
royal
Sheralit
8300 370 750 4 64,0 5,0 30,0 0,5 C
elastic
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Zastosowanie:
endoprotezy stawowe
płytki
wkręty kostne
groty
druty
elementy kształtowe do zespoleń dociskowych kości
do wytwarzania dentystycznych rekonstrukcji ruchomych
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Endoproteza stawu biodrowego
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Dentystyczna konstrukcja nośna
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Literatura:
1. Adamczyk J.: Inżynieria wyrobów stalowych, Wydawnictwo Politechniki
ÅšlÄ…skiej, Gliwice 2000,
2. Balcerowska B.: Ćwiczenia laboratoryjne z metaloznawstwa metali
nieżelaznych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1994,
3. Binczyk F.: Konstrukcyjne stopy odlewnicze, Wydawnictwo Politechniki
ÅšlÄ…skiej, Gliwice 2003,
4. Cieśla M.: Trwałość superstopów niklu z aluminiowymi warstwami
ochronnymi w warunkach pełzania, Inżynieria Materiałowa, Nr 4, 2004,
s. 767-775,
5. Dobies K.: Kliniczne znaczenie badań laboratoryjnych stopów na
osnowie kobaltu i stopów na osnowie niklu. Część I. Odporność
korozyjna, Protetyka Stomatologiczna, Nr XLII(1), 1992, s.1-5,
6. Dobies K: Wpływ składu chemicznego na własności stopów na osnowie
kobaltu oraz stopów na osnowie niklu, Protetyka Stomatologiczna, Nr
XLII(1), 1992, s. 30-33,
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
7. Dobrzański L.A.: Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali,
Wydawnictwo Politechniki ÅšlÄ…skiej, Gliwice 1995,
8. Dobrzański L.A.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo.
Materiały inżynierskie z podstawami projektowania materiałowego, WNT,
Warszawa 2002,
9. Górny Z.: Odlewnicze stopy metali nieżelaznych, WNT, Warszawa 1998,
10. Gulajew A.P.: Metaloznawstwo, Wydawnictwo ÅšlÄ…sk, Katowice 1967,
11. Hernas A.: Żarowytrzymałość stali i stopów, Wydawnictwo Politechniki
ÅšlÄ…skiej, Gliwice 1999,
12. Kaszuwara W.: Stopy z pamięcią kształtu, Inżynieria Materiałowa, Nr 2,
2004, s. 61-64,
13. Kosowski A.: Metaloznawstwo stopów odlewniczych, Wydawnictwo
AGH, Kraków 1996,
14. Aagiewka E., Budniok A., Niedbała J., Rówiński E., Serek A.: Struktura
wyżarzanych stopów Ni-Mo otrzymywanych elektrolitycznie, Archiwum
nauki o materiałach, Nr 4, 2003, s. 597-609,
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
15. Marciniak J.: Biomateriały, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice
2002,
16. Marciniak J.: Biomateriały w chirurgii kostnej, Wydawnictwo Politechniki
ÅšlÄ…skiej, Gliwice 1992,
17. Marciniak J.: Ćwiczenia laboratoryjne z biomateriałów, Wydawnictwo
Politechniki ÅšlÄ…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 żaroodporne i żarowytrzymałe nadstopy,
Wydawnictwo AGH, Kraków 1997,
20. Morawiec H., Lelątko J., Gigla M., Lekston Z., Goryczka T., Stróż D.:
Stopy metali wykazujące efekt pamięci kształtu i ich zastosowanie,
Inżynieria Materiałowa, Nr 2, s. 87-93,
21. Mrowec S., Werber T.: Nowoczesne materiały żaroodporne, WNT,
Warszawa 1968,
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
22. Orlicki R., KÅ‚opotacz B., Pucka G., RÄ…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, Inżynieria Materiałowa, Nr 3, 2004,
s.415-421,
24. Perliński J., Kubiak M.: Tablice metali nieżelaznych, Wydawnictwo Śląsk,
Katowice 1970,
25. Praca zbiorowa pod redakcją Cieślak A.: Ćwiczenia laboratoryjne
z metaloznawstwa. Część II. Wpływ składu chemicznego i zabiegów
technologicznych na strukturę i własności stopów, Wydawnictwo
Politechniki ÅšlÄ…skiej, Gliwice 1983,
26. Praca zbiorowa pod redakcją Cieślak A.: Ćwiczenia laboratoryjne
z metaloznawstwa. Część III. Stale i stopy o technicznym zastosowaniu,
Wydawnictwo Politechniki ÅšlÄ…skiej, Gliwice 1983,
27. Praca zbiorowa pod redakcjÄ… GÅ‚owackiej M.: Metaloznawstwo,
Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 1996,
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
28. Praca zbiorowa pod redakcjÄ… 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,
31. 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,
Inżynieria Materiałowa, Nr 3, 2004,
33.Tokarski M.: Metaloznwastwo metali stopów nieżelaznych w zarysie,
Wydawnictwo ÅšlÄ…sk, Katowice 1985,
34.Turek S.: Wytwarzanie i odlewanie stopów metali nieżelaznych
ćwiczenia laboratoryjne, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice
1989,
35. Uzarowicz L., Jędrzejski W., Jaworski Z., Korzemski J.: Technologia
metali i metaloznawstwa, WNT, Warszawa 1975,
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
36. Wendorf Z.: Metaloznawstwo, WNT, Warszawa 1976,
37. Wesołowski K.: Metaloznawstwo. Metale nieżelazne i ich stopy, WNT,
Warszawa 1976,
38.Wyatt O.H., Hughes D.D.: Wprowadzenie do inżynierii materiałowej
metale, ceramika i tworzywa sztuczne, WNT, Warszawa 1978,
39. www.arnoldmagnetics.com,
40. www.aster-sc.com.pl,
41. www.biomexim.com.pl,
42. www.cardiology-houston.com,
43. www.cermay.co.uk,
44. www.elektronika.gs.pl,
45. www.h-dental.com,
46. www.introd.pl
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
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.
Stopy niklu i stopy kobaltu
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
2 22 stopy niklu2 22 Nikiel i stopy niklu (v4)produkcja niklu i kobaltuWSM 10 52 pl(1)VA US Top 40 Singles Chart 2015 10 10 Debuts Top 10010 35401 (10)więcej podobnych podstron