Stale austenityczne

Ściśle ustalone składy chemiczne zapewniają im paramagnetyczną strukturę austenityczną. Odporność na korozję międzykrystaliczną stanowi podstawowe kryterium odbiorowe stali na implanty. Własności mechaniczne dobierane w zależności od rodzaju wyrobu. Stosowane jako: igły śródszpikowe, płytki kostne, śruby i nakrętki, groty i druty kostne, rzadziej endoprotezy lub ich elementy. Struktura stali austenitycznych po przesyceniu: poligonalne ziarna austenitu z

wykształconymi bliźniakami i ew.węglikami, azotkami i węglikoazotkami.

Stopy kobaltu

Większa odporność na korozję wżerową i szczelinową. Większa zdolność do repasywacji w płynach ustrojowych. 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. 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.

Stopy tytanu

Tytan jest nietoksyczny nawet w dużych dawkach i nie ma żadnego wpływu na organizm ludzki. Mają dobre właściwości mechaniczne w szerokim zakresie temperatur, poddają się obróbce plastycznej, skrawaniu, odlewaniu, zgrzewaniu, spawaniu i lutowaniu. Stopy tytanu należą do grupy materiałów metalicznych szeroko stosowanych w medycynie e względu na niską gęstość, korzystny stosunek wytrzymałości do granicy plastyczności, dobrą odporność korozyjną oraz najlepszą, w porównaniu z innymi biomateriałami metalicznymi, biozgodność. Materiały te są obecnie podstawowym tworzywem na implanty długotrwałe dla ortopedii (w głównej mierze służą do produkcji endoprotez stawu biodrowego i kolanowego), traumatologii i stomatologii.

Jednokierunkowy efekt pamięci kształtu

Jednokierunkowy efekt pamięci kształtu objawia się tym, iż materiał odkształcony w fazie martenzytycznym powraca po nagrzaniu do kształtu nadanego przy istnieniu fazy austenitu.

Jeżeli materiał wykazujący jednokierunkowy efekt pamięci kształtu zostanie schłodzony przy braku zewnętrznego naprężenia to zajdzie przemiana fazowa, której produktem będzie samoakomodująca się faza martenzytyczna. Taki materiał łatwo ulega odkształceniom i jest bardzo dobrze formowalny. Po podgrzaniu go powraca on do pierwotnie zapamiętanego kształtu w fazie austenitu. Trening materiału wykazującego jednokierunkowy efekt pamięci kształtu najczęściej polega na podgrzaniu elementu do temperatury 400÷500 °C i wytrzymanie przez czas 15÷60 minut. Dzięki takiemu zabiegowi zapamiętany zostaje kształt w fazie austenitu. Jest to jednorazowa procedura, którą należy powtarzać, jeżeli celem jest nadanie nowego kształtu w fazie wysokotemperaturowej.

Schemat jednokierunkowego efektu pamięci kształtu.

a) materiał o strukturze martenzytu (nieodkształcony)

b) materiał o strukturze martenzytu (odkształcony)

c) nagrzewanie materiału; w wyniku przemiany fazowej materiał przyjmuje kształt zapamiętany w fazie austenitu

d) chłodzenie (brak zmian kształtu).

Dwukierunkowy efekt pamięci kształtu

Dwukierunkowy efekt pamięci kształtu objawia się tym, iż przejście od kształtu nadanego w stanie martenzytycznym do kształtu nadanego przy istnieniu fazy austenitu jest odwracalne oraz odbywa się bez udziału naprężeń.

Kształt w fazie martenzytycznej jest spontanicznie uzyskiwany poprzez ochłodzeniu materiału, a kształt w fazie austenitycznej jest uzyskiwany spontanicznie poprzez nagrzanie. Trening takiego materiału polega na odkształceniu elementu wykazującego taki efekt w fazie martenzytycznej dużo powyżej jego granicy plastyczności. Prowadzi to do zapamiętania kształtu wysoko- i niskotemperaturowego

Schemat dwukierunkowego efektu pamięci kształtu.

a) materiał o strukturze martenzytu (nieodkształcony)

b) nadanie i zapamiętanie kształtu w fazie martenzytycznej

c) nagrzewanie materiału; w wyniku przemiany fazowej materiał przyjmuje kształt zapamiętany w fazie austenitu

d) chłodzenie; w wyniku odwracalnej przemiany fazowej materiał zaczyna przyjmować kształt zapamiętany w fazie martenzytu.

Pseudosprężystość

Pseudosprężystość to zjawisko odkształcenia materiału w wyniku przemiany martenzytycznej indukowanej naprężeniami.

W momencie obciążania materiału przemiana ulega odwróceniu i wraz z nią zanika odkształcenie ścinania towarzyszące przemianie. Aby wystąpił efekt pseudosprężystości płytki martenzytu nie mogą wzrastać dynamicznie, jak ma to miejsce w przypadku przemiany martenzytycznej w stalach. Nie dochodzi wtedy do silnego zdefektowania sieci krystalicznej. Odkształcenie ścinania towarzyszące indukowanej naprężeniami przemianie martenzytycznej narastać musi powoli, wraz ze wzrostem naprężenia.