Stale austenityczne

Struktura i własności

r

• Ściśle ustalone składy chemiczne (tablica) zapewniające im paramagnetyczną strukturę austenityczną

• W celu uzyskania dobrej odporności na korozję wżerową w środowisku płynów i tkanek:

• 3,3% mas.Mo + %omas.Cr > 26

• Odporność na korozję międzykrystaliczną stanowi podstawowe kryterium odbiorowe stali na implanty

Tablica 3.] 3

Skład chemiczny znormalizowanych, austenitycznych stali chromowo-niklowo-molibdenowych na implanty sklasyfikowane

I %Cr+nx%Mo
(wyznaczone dla minimalnych stężeń)			Stężenie masowe %			Gatunek	Norma	Rok
n-3	n-3.3	Cr	Mo	Ni	C	Mn	N	Nb
(22,0)		16,0 19,0	2.0 4.0	11,0 14.5	<0,08	<2,0			A	(SNV 056506)
(23,0)		17.0 19.0	2.0 3,0	11.0 14,0	<0,06	<2.0				(ASTM F 745)
(23.0)		17,0	2,0	12,0	<0.03	<2,0	<0,10		Oradei	(ASTM F 55)
		19.0	3.0	' 14,0	<0,08				Grade 1	(ASTM F 56)
(23.0)		17,0	2,0	13.0	<0,03	<2,0	<0,10		Grade 2	ASTM F 138
		19,0	3.0	15.5	<0,08				Grade 1	ASTM F 139
(23.5)		19.0 22.0	1.5 3,0	8.0 11,0	<0,10	2,0 4,25	0,25 0,50	0,25 0,80	Comp. D	BS 3531-2
(23.75)	26.0	17.0 20.0	2,25 3,5	13.0 15.0	<0,03	<2,0	<0,10		Comp. D	ISO 5832/1
(24.05)		17.0 20.0	2.35 3.5	13.0 16.0	<0.03 <0,08	<2,0	<0,10		ComD. B Comp. A	BS 3531-2
(24,05)		17.0 20.0	2.35 3.5	13.0 16.0	<0,03	<2,0	0,11 0,20		Comp. C	BS 3531-2
(24,05)	26.0	17.0 19.0	2.35 4,2	14.0 16.0	<0,03	<2,0			Comp.E	ISO 5821/1
U*.-')		17.0 19.0	2.5 3.5	12.0 16,0	<0,03	<2,0	0,14 0,22		B	(SNV 056506)
(25.1)	26,0	17,0 18.5	2,7 3.2	13,0 14,5	<0,03	<2,0	<0,10		1.4428	D[N 17443
(25,1)	26,0	17.0 18,5	2,7 3,2	13.5 15.5	<0,03	<2,0			1 4441	DIN 17443
(26,0)		16.5 28.5	2,0 5.0	12,0 25.0	<0,03	<2,0	0,10 0.20		CrNiMo ^1	ONORM K2080
(28.1)	26.0	17,0 18,5	3.7 4.2	14.0 16.0	<0,03	<2,0	0.35 0,50	0.10 0,25	1.4442	DIN 17443
(29.1)	26,0	21.0 23.0	2.7 3.7	10,0 16.0	<0,03	5.5 7.5			1.4461	DIN 17443

• Taśmy, blachy, pręty, profile specjalne, o umocnieniu zmiennym od stanu przesyconego zimnowalcowanego (R_m 450-1850 MPa)

• Igły śródszpikowe, płytki kostne, śruby i nakrętki, groty i druty kostne, rzadziej endoprotezy lub ich elementy

• Własności mechaniczne dobierane w zależności od rodzaju wyrobu

Tablica 3.1j

Własności mechaniczne stali kwasoodpornych stosowanych na implanty [3.367 -¡-3.371]

Gatunek siali znak stali	norma	Postać wytwarzania	Średnica lub grubość mm	Stan dostawy	Wytrzymałość na rozciąganie Rm, MPa	Granica plastyczności Ru,2, MPa	Wydiuz^ Aj, */•. min
Typ D IïElE Typ D i E Tvn D i E Tvo D i E Tvn D Typ E Tvo D TypĘ Tvn Di E	ISO 5832/ 1-1987/E/ {3.368)	profile	wszystkie wytwarzane	przesycony	490+690	min. 190	40 ' 40 12 30+40 40 40 35 35 12
					590+800	min.285
				twardy	860+1100	min. 690
		pręty	0,025+0,65	przesycony	1000+800	-
		i druty	0,2+2	twardy	1350+1850	-
		blachy i taśmy	<3	przesycony	490+690	min. 190
					600+800	min. 300
				póltwardy	min.610	min. 300
					min.650	min. 390
				twardy	860+1100	min. 690
X2CrNiMoN 18 13 3 X2CrNiMoNI8l5 4 X2CrNiMoN 18 13 3 X2ÇrNiMgN 18 |5 4 X2CrNiMnMoN 22 13 6 X2CrNiMoN 18 13 3 X2CrNiMiJ.S.Ii,i X2CrNiMoN 18 15 4 X2CrNiMnMoN 22 13 6 X2CrNiMoN 18 13 3 X2CrNiMo 18 15 3 X2CrNiMoN 18 15 4 X2CrNiMoN 18 13 3 X2CrNiMo 18 15 3	DIN 17 443 [3.367]	profile	wszystkie wytwarzane	przesycony	600+800	min. 300	15 40 40 35 12
					490+690	min. 190
					590+800	min. 285
					850+1050	min. 500
			SI9	twardy	860+1100	min. 690
					wg zamówienia
		druty	0,025+0,65	przesycony	1000+800		30+40 20+30 40 40 35 35 12
			0,025+0,65	póltwardy	1300+1100	-
			0.020+2,00	twardy	1350+1850
		blachy i taśmy	<3	przesycony	600+800	300
					490+650	190
X2CrNiMoN 18 13 3					póltwardy	min.650	min.390
X2CrNiMo 18 15 3						min.610	min.300
X2CrNiMoN 18 13 3 X2ÇrNiMçl«l5 3				twardy	860+1100	min.690
AISI316L	Typ i	ASTM F-138-97 [3.3691	profile i pręty	wszystkie wytwarzane	przesycony	min.51S	min.205
	Typ 2					min.480	min. 170
	Typ 1 Typ 2			1,59+44,2	póltwardy	860+655	690+310
	Typ 1 i 2			0,127+1.57	póltwardy	1000+725	-
	Typ 1 i 2			0,508+1,57	twardy	860+1035	-
	Typ 1	ASTM F-139-96 [3.370]	blachy i taśmy	<3	przesycony twardy	min.515	min.205
	Typ 2					min.485	min. 172
	Typ 1					min.860	min.690
	Typ 2					min.860	min.690
Typ D i E	PN-ISO 5832/1 1997 [3.371]	pręty, druty i taśmy	druty S2	przesycony	800+1000	-	30+40
				ciągniony na zimno	1350+1850	*	*
Typ D i E			pręty, taśmy	przesycony	490+800	190+285	40
				przerobiony na zimno	860+1100	690	12

Tablica 3.5

Rodzaje implantów ze stali Cr-Ni-Mo w zależności od postaci i stanu wytwarzania wg DIN 17 443

Gatunek stali	Stan materiału	Rodzaj implantu i postać półwyrobu
		igły śródszpikowe
		taśma zimno walco­ wana
X2CrNiMoN 18133 X2CrNiMo 18153	przesycony	X
	walcowany Rm-860MPa
	wg zamówienia	-
X2CrNiMo 18154	walcowany Rm-860 MPa
	wg zamówienia
X2CrNiMnMoN 22136	przesycony
	wg zamówienia

• O strukturze stali kwasoodpornych decyduje stężenie chromu i niklu

• Równoważniki chromu i niklu: Cr_E=%Cr+1,4%Mo+0,5%Nb+ 1,5%Si+2%Ti

Ni_E=%Ni+30%C+0,5%Mn+30%N

• Do określenia struktury stali o bardziej złożonym składzie - wykres Schaefflera

12 16 20 24 28 32 36 40

Cr_c

Rys. 3.83. Wykres Schaęfflera uwzględniający równoważnik Cr_E i Ni_E

• Wykres równowagi Fe-Cr-Ni: po nagrzaniu do 1050 C pojawia się ferryt 5, potem wzrasta, a powyżej 1250 C przyjmuje postać iglastą w miejsce ziarnistej

• Fe-Cr-Mo: oprócz mieszaniny faz a i y w austenicie mogą pojawić się fazy międzymetaliczne

Cr, STĘŻENIE ATOMOWE , %

Rys. 3.84. Wykres równowagi stopów źelazo-chrom-nikiel wg [3.373]

Mo

Rys. 3.85. Wykres równowagi stopów chrom-żelazo-molibden wg [3.372]

• Struktura stali austenitycznych po przesyceniu: poligonalne ziarna austenitu z wykształconymi bliźniakami i ew. węglikami, azotkami i węglikoazotkami

• Pożądana ponadrównowagowa zawartość pierwiastków austenitotwórczych

Rys. 3.86. Struktura austenityczna przesyconej stali AISI - 316L: a) ziarna austenitu z bliźniakami wyżarzania, mikroskop świetlny, b) struktura dyslokacyjna ziarn austenitu, mikroskop elektronowy, cienka folia

						/ /
						/ / _ 1 _
						/ / 1
						1 1 /

6 8 10 12 U 16 18 20

STĘŻENIE CHROMU, %MAS0WY

Rys. 3.87. Zależności potencjału korozji stali od stężenia chromu

Rola pierwiastków stopowych

• Chrom: zmienia potencjał elektrochemiczny stali -0,6 V na +0,2 V, skokowo przy 13%Cr. Przyczyny: zmiana wartościowości Fe ²+ na Fe ³+-. Pasywność, szybkość korozji 100-krotnie mniejsza. Wytworzenie warstw tlenkowych z kompleksami Cr ³+, CrO ^4-

• Nikiel: dodatek austenitotwórczy o nieograniczonej rozpuszczalności w żelazie y. Wzrost odporności na korozję naprężeniową.

• Molibden: oddziałuje na kształt krzywej polaryzacji anodowej. Zmniejsza gęstość prądu pasywacji. Odporność na korozję wżerową.

• Oddziaływanie pierwiastków stopowych - ich wpływ na kształt krzywych polaryzacji

^Ekor ^Ep ^Eak ^Eprz

POTENCJAŁ

Rys. 3.88. Schemat oddziaływania dodatków stopowych na krzywą polaryzacji anodowej; potencjały: E_kor- korozyjny, E_p - pasywacji, E_ak - aktywacji, E_pn - przebicia, i_p - prąd pasywacji, i_pk - prąd początku pasywacji wg [3.375]

Rys. 3.89. Struktura stali X2CrNiMoN 18 13 5 po zgniocie na zimno: a) odkształcone ziarna austenitu z limami i pasmami poślizgu, mikroskop świetlny, b) struktura dyslokacyjna ziarn austenitu, mikroskop elektronowy, cienka folia

• Ograniczenia poziomu wtrąceń niemetalicznych, wielkości ziaren oraz obecności faz ferromagnetycznych.

Tablica 3.14

Kryteria jakości struktury stali austenitycznych Cr-Ni-Mo [3.367 -¡-3.371]

Kryteria strukturalne	DIN 17 443 [3.367]	Normy prz ASTM F-138-97 [3.369] F-139-96 [3.370]	ed mi oto we ISO 5832/1-1987/E/ [3.368]	PN-ISO 5832/1-19 [3.371]
Wtrącenia niemetaliczne - siarczkowe . tlenki aluminium . krzemiany . tlenki globularne	wszystkie gatunki maks.nr wzorca l.t maks.nr wzorca 3.1 maks.nr wzorca 6.2 maks.nr wzorca 9 wg DIN 50 602 [3.377]	typ A i B maks.nr wzorca 3 maks.nr wzorca 1.5 maks.nr wzorca 2 maks.nr wzorca 1.5 wg ASTM E45 [3- ]	typ A, B, D i E maks.nr wzorca 1.5 maks.nr wzorca 1.5 maks.nr wzorca 1.5 maks.nr wzorca 1.5 wg ISO 4967-1979 E/ [3.379]	typ D i E maks.nr wzorca 1.5 maks.nr wzorca 1.5 maks.nr wzorca 1.5 maks.nr wzorca 1.5 wg PN-64/H-04510 [3.380]
Wielkość ziarna	wszystkie gatunki stali maks.nr wzorca 4 wg DIN 50 601 [3.381]	typ A i B maks.nr wzorca 5 wg ASTM E 112 [3.382]	typ A, B, D i E maks.nr wzorca 4.1 wg ISO 643-1983/E/ [3.383]	typ D i E maks.nr wzorca 4 wg PN-84/H-04507.01 [3.384]
Ferryt 5 (sprawdzony metodą mikroskopową przy powiększeniu I00x)	niedopuszczalny	niedopuszczalny	niedopuszczalny	niedopuszczalny

• Własności mechaniczne kształtowane przez procesy umocnienia.

• Skład tak dobrany, aby nawet po 80% zgniocie (maksymalne umocnienie) nie zaszła przemiana martenzytyczna

• Kryteria oceny własności mechanicznych

Procesy wydzieleniowe i odporność korozyjna

• Rozpuszczalność węgla w austenicie do 0,04%. Nadmiar w węglikach M₂₃C₆. Po nagrzaniu pow. 1100 C węgliki rozpuszczają się w austenicie. Po oziębieniu w wodzie uzyska się strukturę jednorodnego austenitu bez węglików, przesyconą, plastyczną.

• Poniżej 400 C nie zachodzi wydzielanie węglików z powodu powolnej dyfuzji węgla. Pow. 500 C nadmiar węgla wydziela się w postaci węglików M₂₃C₆, głównie w postaci siatki na granicach ziaren. Przyczyna: szybkość dyfuzji węgla większa od dyfuzji chromu. Skutek: korozja międzykrystaliczna wywołana zubożeniem osnowy w pobliżu powierzchni ziaren.

Rys. 3.91. Struktura stali X2CrNiMoN 18 13 5 po przesyceniu: austenit z wydzieleniami wąglików M_J3C₆ na granicach ziarn, mikroskop świetlny

• Długie wygrzewanie stali w wysokich temperaturach osłabia skłonność do korozji międzykrystalicznej

• Skłonność stali ujawniana za pomocą testu Straussa

CZAS,h

Rys. 3.92. Wykres czas-temperatura-wrażliwość dla stali o stężeniach: 0,0,1 do 0,04%C, 18% Cr i 10% Ni wg [3.397]

• Wykres czas-temperatura-przemiana CTP: możliwość zapoczątkowania niekorzystnych procesów wydzieleniowych w strukturze austenitu w zbyt niskich temperaturach i przy długich czasach ujednoradniania w trakcie przesycania.

• Wydzielanie faz M₂₃C₆, a następnie faz a, ^, % zachodzi w obszarze 600-900 c

0,1 1 10 10² 10³

					/
				V	sć^1
		^m23^C6		■ y*	* \

0,1 1 10 10² 10³ C Z A S , h

Rys. 3.93. Wykres czas-temperalura-wydzielanie dla stali 316L przesyconej z temperatury 1260°C wg [3.393]

• Fazy międzymetaliczne i międzywęzłowe w różnym stopniu podwyższają własności wytrzymałościowe oraz zmniejszają plastyczne stali Cr-Ni-Mo

• Najsilniej wpływają dyspersyjne wydzielenia M₂₃C₆, także stężenie azotu w stalach, następnie na umocnienie wpływa międzymetaliczna faza ^

• Wydzielone fazy w różnym stopniu obniżają trwałość warstwy pasywnej (w szczególności w obecności chlorków), natomiast nie wpływają na repasywację miejsc aktywnych.

• Największą skłonność do korozji naprężeniowej mają stale przesycone

Stopy na osnowie kobaltu

• Większa biotolerancja od stali Cr-Ni-Mo

• Większa odporność na korozję wżerową i szczelinową

• Większa zdolność do repasywacji w płynach ustrojowych

• Materiały nietoksyczne

• Stopy odlewnicze i przerabiane plastycznie

• Głównie na endoprotezy stawowe

• Skład chemiczny determinuje techniki wytwarzania, a ta z kolei wiąże się ze strukturą i zespołem własności mechanicznych

Tablica 3.16

Skład chemiczny znormalizowanych stopów na osnowie kobaltu przeznaczonych na implanty m>% f3.400 t 3.406]

Stężenie masowe, %	Gatunek	Norma	Rok
Cr	Mo	W	Ni
18,0 22,0	3.0 4.0	3.0 4.0	15.0 25.0
18,0 22,0		6,0 8,0	15.0 25.0
18.5 21.5	6.5 7.5		15.0 18.0
19.0 21.0		14.0 16.0	9.0 11.0
19.0 21.0		14.0 16.0	9.0 11.0
19.0 21.0	9,0 10,5		33.0 37.0
26,5 30,0	4,5 7,0		<2,5
27.0 30.0	5.0 7.0		<1,0
26,0 30,0	5.0 7.0		<1,0

Tablica 3.17

Własności mechaniczne typowych stopów na osnowie kobaltu [3.400 +3.406]

Rodzaje stopu	Własności mechaniczne
	norma
CoCrMo Protasul-2 HS-21 Vitallium	ISO 5832-4-1978/E/
	ASTM F 75-95
Endocast®
CoCrWNiMo	ISO 5832-5-1978/E/
HS-25	ASTM F 90-90
CoNiCrMo Protasul 10	ISO 5832-6-1980/E/
MP35N	ASTM F 562-95
CoNiCrMoWFe	ASTM F 563-95
CoCrMo Protasul-10 Protasul-21WF	ISO 5832-6-1980/E/
Endocast®

Przydatność różnych technik do wytwarzania stopów kobaltowych

Rodzaj techniki wytwarzania	Protasul-2	Rodzaje stopów HS-25	Protasul-10
Wytapianie - w powietrzu	+	-	-
- w atmosferze ochronnej	+	-	-
- w próżni	+	-	/+/
Prasowanie izostatyczne	(+)	-
Metalurgia proszków	(+)	-
Prasowanie na gorąco	-	+	+
Kucie	-	+	+
Walcowanie blach	m	+	+
Ciągnienie	-	+	+
Spawanie z innymi stopami	+		+

+ możliwe, /+/ utrudnione, - niemożliwe

• Przykłady stopów handlowych (tablica)

• Stopy o stężeniach i zabiegach technologicznych pozwalających uzyskać własności dostosowanych do potrzeb kinematycznych poszczególnych biomechanizmów z uwzględnieniem zróżnicowań anatomicznych i techniki operacyjnej

• Zastosowanie (głównie przerabianych plastycznie): płytki, wkręty kostne, groty, druty, elementy kształtowe do zespoleń dociskowych kości

Tablica 3.19

Własności mechaniczne stopów na implanty i endoprotezy różnych wytwórców

Osnowa	Oznaczenie	Stan	Wytrzymałość	Granica	Wydłu­	Wytrzymałość
stopu	stopu		na rozciąganie	plastyczności	żenie	zmęczeniowa
			Rm, MPa	Ro 2, MPa	% .	Rz MPa
		lany	275-520	180-250	min.30	160-250
		kuty	-585	290-440	min.30	145-320
żelazo	316L	wyżarzony	480-600	170-370	40-65	150-260
		odkształcony	605-1240	295-880	12-35	240-415
		na zimno
	HS - 21	lany	650-1000	445-600	8-25	190-400
	Vitallium	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
kobalt	HS - 25 Vitallium	wyżarzony odkształcony	900-1205	375-485	min.40	280-415
		na zimno	630-1440	500-1280	min.40	500-590
	MP-35N	wyżarzony	795-800	240-300	40-50	min.340
	Protasul-10	półtwardy	min. 1000	min.827	min.20	400-500
	i Biofaza	twardy	1200-1770	1000-1650	10-17	500-800
		extra-twardy	. min. 1790	min. 1585	min.8	400-600
	TiAIV
tytan	Tivanium Isotan	kuty	850-1120	895-1080	10-15	440-690

Skład

• Cr 18-30%, Mo 2,5-9%, Ni 15-37%

• Stopy przerobione plastycznie: dodatkowo 3-8,8% lub 14-16%W.

• C 0,05-0,35%, Fe do 3%.

• Stopy CoNiCrMoWFe: Fe 5-15,8%, Mn do 2%, Si do 1%, Ti 0,5-2,5%

• CoCrMo: Ti do 1%

• Kobalt: porównywalny do niklu. Znaczna skłonność do pasywacji. Nie jest plastyczny, stąd małe rozpowszechnienie w technice.

• Cr i Mo zwiększają odporność na kwaśne środowiska, odporność na korozję wżerową i szczelinową

• Większa odporność na korozję naprężeniową i zmęczeniową w obecności chlorków

Stopy odlewnicze

• Struktura niejednorodnego austenitu ze znaczną segregacją chemiczną.

• Drobnodyspersyjne wydzielenia węglików M₂₃C₆

• Segregacja Cr w granicach 19-35%, Mo 4-6%

• Porowatość 0,3%

• Większa odporność korozyjna od stali austenitycznych

• Mała ciągliwość i wytrzymałość zmęczeniowa (stąd przesycanie)

Rys. 3.94. Struktura odlewanego stopu Vitallium: struktura dendrytyczna, w osnowie austenitu wydzielania wąglików MjiC₆, mikroskop świetlny, wg [3.409]

ilustrują wykresy (rys.3_v95). Na osiach pionowych zaznaczono stężenie węgla, a na osiach poziomych stężenie kobaltu, chromu + 5% molibdenu.

Rys. 3.95. Układ równowagi fazowej C-Co-Cr + 5%Mo przy temperaturach: a) II65 X, b) 1210X1, c) 1230X1, d) 1250X1, A-B stątenia odpowiadające stopom Protasul-2 wg [3.408]

• W trakcie przesycania w 1165 C zachodzi częściowa przemiana pierwotnych węglików M₂₃C₆ na M₆C.

• W 1210 C rozpuszczanie węglików początkowo jest szybkie, później wolniejsze. Po 1 h węgliki M₂₃C₆ rozpuszczają się całkowicie, M₆C - częściowo, całkowicie po 64 h.

• W 1230 C wszystkie rodzaje węglików rozpuszcza się po 15 min.

• W 1250-1270 C obserwuje się nadtapianie węglików

CZAS, min

-
- \
\
\
1	1 I X	i . ^

10 12

¿68 CZAS, min

96. Zmiana ilości i wielkości wąglików podczas przesycania przy temperaturach 12lO°C(a) i 1230 V (b) w zależności od czasu ujednorodniania wg [3.408]

• Nagrzewanie do 100 C/min nie wpływa na kinetykę przemian węglików, powyżej 200 C/min hamuje przemianę węglika M₆C, której początek zachodzi w 1250 C, na brzegach próbek węgliki M₂₃C₆ zamieniają się w międzymetaliczną fazę a

• Przemiana węglika M₂₃C6 na M₆C jest spowodowana większa stabilnością tego ostatniego w 1165-1230 C.

• W 1230 C powstaje eutektyka M₆C - grafit wskutek roztapiania się węglików w stopie

• Przemiana przebiega podobnie, jak w stopach Co- Cr-Mo i Fe-Mo-C. Tworzą się międzydendrytyczne obszary z większym stężeniem Cr i C

• Powstawanie fazy a w osnowie stopów Co- Cr-Mo nagrzewanych z szybkościami pow. 200 C/’min jest istotne, gdyż faza ta wywiera niekorzystny wpływ na własności mechaniczne.

• Optymalny zakres przesycania dla uzyskania jednofazowej struktury austenitycznej: 1210-1240 C

• Wydzielanie węglików jest możliwe w wniosku reakcji eutektycznej lub prostego wydzielania

• Zarodkowanie odbywa się na granicach międzyfazowych

• Przemiana węglików:

• M₃C₂ lub M₇C₃ ^ M₂₃C₆ ^ M₆C

• Węgliki M₇C₃ powstają w stopach, w których stosunek Me:C ma małą wartość (Me - Cr, Co).

• Przemiana:

• 23 Cr₇C₃ ^ 7 Cr₂₃C₆ + 27 C

• 6 C + 23 Cr ^ Cr₂₃C₆

• Węgliki M₂₃C₆ umacniają strukturę stopu

• Obecność węglika M₂₃C₆ ułatwia tworzenie fazy a

• W stanie lanym węgliki te wydzielają się na granicach ziaren i obszarach międzydendrytycznych

• Pierwotne wydzielenia mają duże rozmiary i sa nieregularne

• Drobne wydzielenia węglika mają kształt płytek w osnowie y

• Wyżarzanie homogenizujące powoduje rozpuszczenie i ponowne wydzielenie węglików dyspersyjnych

• Węgliki Me₃Me₃C i Me₄Me₂C są stabilniejsze w wysokich temperaturach, przede wszystkim gdy zawierają W i Ti, wywierają też wpływ na odkształcalność w podwyższonych temperaturach

Obróbka cieplna

• Wyżarzanie ujednoradniające w 1170 C; rozpuszczają się węgliki międzydendrytyczne, austenit staje się bardziej jednorodny

• Przesycanie z temp. 1240 C w wodzie; jednorodna i jednofazowa struktura austenitu o większej wytrzymałości i ciągliwości niż w stanie lanym

Stopy przerabiane plastycznie

• W stosunku od odlewniczych: ograniczone stężenie C, Si, Cr, Mn, zwiększone stężenie Ni z 2,5 do 33-37%, dodatek Ti

• Bardziej podatne do odkształcenia plastycznego

• Struktura jednofazowa austenitu

• Większa odporność na erozję, kawitację, zmęczenie korozyjne, korozję napreżeniową

• Podczas odkształcania plastycznego poniżej 650 C zachodzi przemiana martenzytyczna

20/jm

Struktura stopu przerabianego plastycznie - Protasul-10: a) po przesycaniu z temperatury 1240 V, austenit, mikroskop świetlny, b) przerobionego plastycznie na zimno z 30% gniotem, ziarna austenitu z liniami i pasmami poślizgu, mikroskop świetlny, c) przerobionego plastycznie na zimno z 50% gniotem, austenit z martenzytem, mikroskop świetlny

• Odkształcanie stopów Co-Ni-Cr-Mo pow. 650 C umacnia austenit bez zmiany struktury. Sterując temperaturą odkształcania i stopniem gniotu można kształtować umocnienie stopu

Zabiegi technologiczne

• Przesycanie 1050 C

• Odkształcanie plastyczne na zimno poniżej 650 C (największe umocnienie)

• Odkształcenie plastyczne na gorąco (pow. 650 C); pośrednie umocnienie

• Stopy przerabiane plastycznie: dwukrotnie większa wytrzymałość zmęczeniowa, większa odporność na korozję szczelinową i wżerową

Tablica 3.20

Wytrzymałość zmęczeniowa stopów kobaltowych po różnych zabiegach technologicznych

wg [3.413]

Rodzaj stopu	Obróbka	Wytrzymałość zmęczeniowa Rzin MPa
CoCrMo	odlewanie i polerowanie	200
Zimaloy	odlewanie i śrutowanie	260
CoCrMo	odlewanie	190-5-280
Protasul-2	odlewanie + przesycanie przy 1240°C	220-280
	odlewanie + homogenizowanie przy 1180° C	280-350
CoNiCrMo	przeróbka plastyczna + przesycanie	340
	przeróbka plastyczna na zimno, 50% gniot	435
MP-35 N	przeróbka plastyczna na zimno,	405
	30% gniot + wyżarzanie
Protasul-10	przeróbka plastyczna na gorąco + wyżarzanie	400-450

GZ GZ + GE

GZ ♦ WB

GZ

hWB

WS

R+KV

113%)

R+KV

136%)

V

Stopy CoCrMo Stopy CoNiMo

odlewane przerabiane plastycznie

R -» wyżarzany rekrystalizujqco WB - obrobiony cieplnie WS - przerobiony plastycznie na qorqco

Rys. 3.100. Wytrzymałość na zmęczenie przy zginaniu obrotowym stopów na osnowie kobaltu po różnych zabiegach technologicznych