Stopy niklu i kobaltu
Nikiel Układy równowagi stopów niklu Stopy niklu Kobalt Układy równowagi stopów kobaltu Stopy kobaltu
Podstawowe własnoci niklu Zanieczyszczenia wystpujce w niklu Zastosowanie czystego niklu
Nikiel to metal przejciowy z X grupy pobocznej układu okresowego pierwiastków, odkryty 1751 roku przez Cronstedta. Własnoci niklu: liczba atomowa 28 masa atomowa 58,6934 krystalizuje w sieci ciennie centrowanej układu regularnego A1 o parametrze a=0,3516 nm gsto 8,902 g/cm 3 temperatura topnienia 1453 C, temperatura wrzenia 2730 C
Nikiel jest metalem ferromagnetycznym, ale jego własnoci magnetyczne zanikaj po przekroczeniu 353 C. Naley do materiałów odpornych na korozj, w szczególnoci atmosferyczn, wody morskiej i kwasów organicznych. Nie wykazuje natomiast odpornoci na działanie kwasu azotowego, fosforowego oraz siarki i jej zwizków. Ponadto nikiel jest metalem podatnym na obróbk plastyczn zarówno na zimno, jak i na gorco, jest dobrze spawalny i zgrzewalny.
Cech charakterystyczn niklu s jego dobre własnoci mechaniczne do temperatury 500 C. Przykładowe własnoci mechaniczne niklu w podwyszonych temperaturach Własnoci Temperatura, C 20 100 200 300 400 500 700 Wytrzymało Rm, MPa Umowna granica plastycznoci R0,2, Mpa Wydłuenie A, % 450 450 450 445 335 245 180 150 157 145 143 120 100 49 45 44,5 44 45 64 68,5 82
Własnoci mechaniczne niklu zale od jego czystoci i rodzaju wystpujcych w nim zanieczyszcze. Najczciej wystpujcymi zanieczyszczeniami s: Co, Fe, Cu, Si powoduje zwikszenie rezystywnoci C zwiksza twardo niklu przy jednoczesnym wzrocie kruchoci na zimno S powoduje uniemoliwienie obróbki plastycznej na gorco Bi, Pb, Se zmniejszaj cigliwo niklu powodujc wzrost kruchoci As, At, Cd, P, Sb - tworz z niklem twarde i kruche fazy, obniajce własnoci mechaniczne
W Polsce produkuje si sze gatunków niklu o rónej czystoci Gatunki i główne zastosowanie niklu 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 Ni 99,6 99,6 0,15 na katody, anody, inne elementy specjalnych lamp elektronowych na anody i elementy konstrukcyjne lamp elektronowych i urzdze elektronicznych oraz do platerowania tam stalowych Ni 99,5 99,5 0,2 Ni 99 99 0,6 na czci konstrukcyjne w elektronice i chemii oraz do platerowania tam stalowych na czci konstrukcyjne w elektronice i chemii oraz do platerowania tam stalowych
Układ nikiel-elazo Układ nikiel-mied Układ nikiel-mangan Układ nikiel-krzem Układ nikiel-chrom Układ nikiel-tytan Układ nikiel-kobalt Układ nikiel-molibden
Układ nikiel-elazo od strony niklu, w zakresie 68%-95,5% zawartoci niklu składa si z roztworów stałych cigłych, natomiast od strony elaza tworzy cz perytektyczn. Podczas ozibiania tworzy si faza midzymetaliczna (temperatura 503 C), zwana nadstruktur, odpowiadajca 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 zawartoci 68%Ni, wynosi 612 C.
Układ nikiel-elazo
Układ nikiel-mied przedstawia roztwory stałe cigłe pomidzy temperatur likwidusu i temperatur solidusu. Nikiel i stopy miedzi z niklem od strony niklu charakteryzuj si własnociami ferromagnetycznymi poniej linii łczcej temperatur 358 C ze stopem o zawartoci 43,5% Ni. Najbardziej znanym stopem z tej grupy jest monel, a take nikielin i konstantan.
Układ nikiel-mied
Układ nikiel-mangan od strony niklu tworzy w temperaturze około 1018 C roztwory stałe z minimum dla stopu o zawartoci 39,5% Ni, a od strony manganu układ z perytektyk. W układzie tym, w temperaturze 910 C tworzy si faza midzymetaliczna, któr okrela wzór NiMn. Faza ta w temperaturze około 740 C zaczyna ulega przemianie. Stwierdzono tu take istnienie nadstruktury, odpowiadajcej 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 zawartoci około 20% Cr i 80% Ni. Druga przemiana zachodzi dla stopów o zawartoci od około 57% do około 85% Ni, reszt zawartoci stanowi mangan.
Układ nikiel-mangan
W układzie nikiel-krzem wystpuj trzy fazy midzymetaliczne: Ni 5 Si, Ni 2 Si, NiSi, które tworz z metalem i miedzy sob eutektyki, a niezalenie od tego jeszcze dwie fazy midzymetaliczne, tworzce 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, wystpujca w temperaturze 845 C. W układzie Ni-Si od strony Ni wystpuje eutektyka Ni-Ni 3 Si w temperaturze 1152 C przy zawartoci 11,5%Si. Maksymalna rozpuszczalno krzemu w niklu wynosi 9,3% i jest osigana w temperaturze 1125 C. W miar obniania temperatury rozpuszczalno ta maleje i w temperaturze otoczenia wynosi 5% Si.
Układ nikiel-krzem
Układ nikiel-chrom od trony niklu jest złoony z eutektyki o zawartoci 49%Ni i o temperaturze krzepnicia 1345 C. Graniczna rozpuszczalno niklu w chromie (α) w temperaturze eutektycznej wynosi 35%Ni. Podczas obniania temperatury maleje, a w temperaturze 0 C spada prawie do zera. Przemiana magnetyczna w tym układzie wystpuje tylko od strony niklu. Dla czystego niklu przemiana magnetyczna opada prostoliniowo od temperatury 353 C, do temperatury 0 C dla stopu o zawartoci 8%Cr i 92%Ni. Najbardziej znanymi stopami z tej grupy s: inconel, cronit, nichrom, a take illium G.
Układ nikiel-chrom
W układzie nikiel-tytan wystpuj trzy fazy midzymetaliczne: w temperaturze 1310 C faza TiNi, w temperaturze 1380 C faza TiNi 3 oraz faza Ti 2 Ni. Wystpuj tu trzy eutektyki midzy fazami midzymetalicznymi i metalami. Maksymalna rozpuszczalno tytanu w niklu dla temperatury eutektycznej 1304 C wynosi 11,6% Ti. Podczas obniania temperatury rozpuszczalno ta maleje i w temperaturze 900 C wynosi około 8% Ti.
Układ nikiel-tytan
Układ nikiel-kobalt krzepnie jako roztwór stały cigły. Wystpujca w tym układzie przemiana magnetyczna przebiega od temperatury 360 C dla niklu do temperatury 1115 C dla kobaltu. Ponadto wystpuje nadstruktura wyraona wzorem CoNi 3
Układ nikiel-kobalt
Układ nikiel-molibden od strony niklu, w temperaturze około 1315 C tworzy układ z eutektyk, składajcy si z kryształów roztworu stałego molibdenu w niklu, gdzie zawarto niklu wynosi 37,5% oraz roztworu stałego niklu w fazie midzymetalicznej MoNi o zawartoci 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.
Układ nikiel-molibden
Stopy konstrukcyjne niklu Stopy oporowe niklu Stopy niklu o szczególnych własnociach fizycznych Stopy niklu odporne na korozj Stopy niklu arowytrzymałe Stopy zaworowe niklu Stopy niklu z pamici kształtu
Stopy konstrukcyjne niklu to tzw. nikiel stopowy z niewielkim dodatkiem 2-5% manganu, 0,15-0,25% krzemu, a take wgla i magnezu. Nikiel stopowy objty jest norm PN-79/H-87046. Stosowany jest zwykle w elektronice, przemyle chemicznym, elektrycznym i maszynowym. Najpopularniejszymi stopami konstrukcyjnymi s stopy typu monel, zawierajce 27-34% Cu, do 2% Mn i do 2,5% Fe. Skład stopu naturalnego, wyodrbnionego z rud, jest nastpujcy: NiCu30Fe1,5Mn1,5. Monel ma budow roztworu stałego α.
Mikrostruktura monelu Ni70,27Cu28,64Mn0,83Fe0,18Co0,6 ziarna roztworu stałego α z licznymi bliniakami
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, wglan amonowy, atmosfera, kwas borowy, kwas masłowy, fosforan amonowy, gliceryna, elatyna, olej gazowy, wglan potasowy, chlorek magnezu, kwas mlekowy, kwas octowy, wiele rodków spoywczych, chlorek sodowy, azotan sodowy, kwas fosforowy, kwas salicylowy, woda morska, kwas winny, kwas cytrynowy.
Monel nie jest odporny na działanie: azotanu amonowego stopionego ołowiu chlorku elazawego kwasu chromowego cyjanu potasowego stopionego cynku chlorku cynku siarki
Skład chemiczny i własnoci stopów niklu typu Monel 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 Własnoci: 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
Stopy typu monel charakteryzuj si bardzo wszechstronnym zastosowaniem. Ze wzgldu na wysok odporno na działanie pary i wysok wytrzymało na rozciganie w podwyszonych temperaturach stosuje si je w budowie turbin parowych na łopatki. Ze wzgldu na odporno na działanie wody morskiej, znajduj zastosowanie w budowie okrtów na rury kondensatorowe, w budowie turbin wodnych. Stop ten stosujemy równie w budowie samolotów, aparatury chemicznej, a take w przemyle spoywczym. Ze wzgldu na srebrzysty kolor i odporno na korozj atmosferyczn jest take wykorzystywany w architekturze jako element dekoracyjny.
Zastosowanie stopu monel na zawory
Zastosowanie stopu monel na separatory chemiczne
Do podstawowych stopów oporowych Ni nale: chromel, alumel i nichrom. S to stopy metali rozpuszczajcych si w sobie w stanie stałym, charakteryzujce si nastpujcymi własnociami: du opornoci, elektryczn właciw niskim współczynnikiem cieplnym opornoci elektrycznej aroodpornoci (własno ta ma znaczenie w przypadku zastosowania na elementy pieców i narzdzi elektrycznych pracujcych w wysokich temperaturach).
Chromel to stop podwójny niklu z chromem o zawartoci od 8,5 10% Cr, o budowie roztworu stałego. Dodatek chromu powoduje zwikszenie oporu elektrycznego, aroodpornoci i arowytrzymałoci. Stopy te znalazły zastosowanie na elementy grzejne w elektrycznych piecach oporowych. W celu obnienia ceny tych stopów modyfikuje si ich skład wprowadzajc elazo, które jest tasze od niklu, lecz powoduje to obnienie maksymalnej temperatury uytkowej elementu.
Własnoci najczciej uywanych stopów oporowych Skład chemiczny, % Ni Cr Fe Ciar właciwy, G/cm 3 Współczynnik liniowej rozszerzalnoci cieplnej, α*10 6 1/ C Elektryczna oporno właciwa ρ Ωmm 2 /m Współczynnik cieplny opornoci α*10 4 w zakresie temperatury 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
Alumel to równie stop posiadajcy budow roztworu stałego. W jego skład wchodzi: do 2,5% Al., 2% Mn i 2% Si. Zalet tego stopu s wysokie własnoci 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.
Termopary
Kolejnym stopem oporowym Ni jest nichrom jest to najlepszy stop oporowy wystpujcy w grupie podwójnych stopów niklu z chromem, zawierajcy od 15 do 20% Cr. Stop ten wykazuje bardzo dobre własnoci mechaniczne: R m = 640 700 Mpa R e0,2 = 270 280 Mpa A 10 = 30 50% Z = 70 75% duy opór elektryczny (70 razy wyszy ni miedzi).
Stop ten stosowany jest na: rónego rodzaju oporniki elementy oporowe grzejne i rezystory do budowy termoelementów pracujcych do temperatury 1000 C
Rezystory
Do stopów oporowych zaliczamy równie konstantan i kopel. S to stopy miedzi z niklem i manganem zaliczane ze wzgldu na własnoci fizyczne do stopów oporowych niklu. Obydwa stopy posiadaj struktur roztworu stałego. Mikrostruktura konstantanu ziarna roztworu stałego α ułoone równolegle do kierunku przeróbki plastycznej
Skład chemiczny i własnoci konstantanu i kopelu Gatunek Ni Zawarto pierwiastków, % Mn zanieczyszczenia łcznie Cu oporno właciwa przy 20 C, Ω*mm 2 /m Własnoci Współczynnik cieplny opornoci najwysza temperatura 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
Konstantan i kopel charakteryzuj si dobrymi własnociami mechanicznymi, odpornoci korozyjn i s podatne do przeróbki plastycznej. Konstantan znajduje zastosowanie na termoelementy pracujce w temperaturach 500-600 C. Kopel ma wyszy opór elektryczny i w termoelementach z elazem, miedzi lub chromelem daje wysz sił termoelektryczn ni konstantan. Jest stosowany głównie do budowy termoelementów, a take w radiotechnice.
Stopy niklu o szczególnych własnociach fizycznych to bardzo zrónicowana grupa stopów, do której nale stopy: o okrelonej wartoci współczynnika rozszerzalnoci cieplnej, np. inwar o stałej wartoci modułu sprystoci, np. elinwar magnetycznie mikkie, np. permalloy, supermalloy.
Skład stopów zaliczanych do stopów o okrelonej wartoci współczynnika rozszerzalnoci cieplnej stanowi elazo z dodatkiem niklu i kobaltu. Warto współczynnika rozszerzalnoci cieplnej w tej grupie stopów zaley od zawartoci niklu. Przykładem moe by stop o zawartoci 25% Ni, którego współczynnik jest 2-krotnie wyszy od współczynnika czystego Fe, a przy zawartoci 36% Ni nawet 8-krotnie wyszy.
Inwar jest to stop o zawartoci 36-52% Ni, stosowany jest na elementy nie zmieniajce wymiarów wraz ze zmian temperatury. Charakteryzuje si niemal stałym współczynnikiem, w zalenoci od składu chemicznego, w zakresie temperatur od 80 do 100 C. Przekroczenie tej temperatury powoduje, e współczynnik inwaru znacznie si zmienia. Stały współczynnik, wynoszcy 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.
Przez zastpienie czci niklu kobaltem mona uzyska stop o niszym współczynniku, zwany superinwarem. Inny stop otrzymywany t metod to kowar (ferniko), zawierajcy około 30% Ni, 15 20% Co i reszt Fe. Współczynnik rozszerzalnoci 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 zwikszenie zawartoci niklu osiga si wzrost współczynnika. Przykładem jest platynit, którego współczynnik wynosi 9*10 6. Stop ten znajduje zastosowanie na druty wtapiane w szkło okrelonego gatunku.
Skład chemiczny i wartoci współczynnika rozszerzalnoci cieplnej stopów Fe-Ni Nazwa stopu Orientacyjny skład chemiczny stopu,% Ni Co Fe Zakres Współczynnik *10 6 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
W wielu przypadkach wymaga si od metalu stałych modułów sprystoci E i G, nie zmieniajcych si wraz z temperatur. Stosuje si wówczas stopy o nazwie elinwar, o zawartoci 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 wglowych i 20-krotnie ni stali austenitycznych. Do grupy tych stopów naley take nispen. Elinwar stosuje si najczciej w stanie zgniecionym, natomiast nispen po przesycaniu i starzeniu lub po przesycaniu i nastpnie odkształceniu plastycznym.
Skład chemiczny stopów o niskim współczynniku cieplnym modułu sprystoci 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
Stopy o własnociach magnetycznych dziel si na dwie grupy, które róni si wyranie kształtem krzywej histerezy i wartociami charakterystyk magnetycznych. Wyróniamy stopy magnetycznie twarde, które cechuj si du wartoci HC oraz stopy magnetycznie mikkie, które charakteryzuj si mał wartoci HC i małymi stratami na histerez. W celu otrzymania stopu magnetycznie mikkiego naley zbliy stop moliwie najbardziej do stanu równowagi, otrzyma gruboziarnist struktur oraz usun czynniki powodujce zniekształcenie sieci krystalicznej i rozdrobnienie bloków. Sporód wszystkich metali tylko trzy: elazo, kobalt i nikiel s ferromagnetyczne, czyli posiadaj zdolno znacznego zagszczania linii sił magnetycznych, co nazywane jest przenikalnoci magnetyczn.
Do stopów magnetycznie mikkich zaliczamy stopy niklu z elazem o zawartoci około 79% Ni oraz 21% Fe (permalloy) i stopy o zawartoci około 79% Ni, około 3% Mo, reszta Fe (supermalloy). Charakteryzuj si one bardzo dobrymi własnociami magnetycznymi: wysok przenikalnoci magnetyczn małym nateniem koercyjnym wsk ptl histerezy Znalazły one due zastosowanie w radiotechnice, telekomunikacji, a take w innych gałziach przemysłu do budowy aparatury pomiarowej.
Skład chemiczny magnetycznie mikkich stopów niklu i elaza Znak stopu NiFe17Mo4 podstawowe składniki Skład chemiczny dopuszczalne zawartoci zanieczyszcze Ni Mo Cu Fe Mn Si C S 78,5 79,5 NiFe16Cu5Mo3 74,7 76,2 NiFe49 NiFe50 FeNi45 FeNi36 48,0 51,0 49,0 50,5 45,0 48,0 35,5 37,0 3,6 3,9 3,0 3,6 - reszta 1,2 0,1 0,01 0,008 4,7 5,2 reszta 1,2 0,05 0,01 0,008 - - reszta 0,5 0,05 0,01 0,008 - - reszta 0,8 0,2 0,02 0,008 - - reszta 0,8 0,2 0,02 0,008 - - reszta 0,8 0,3 0,02 0,008
Do stopów niklu odpornych na korozj zaliczamy stopy Ni-Cu, Ni-Mo-Fe z dodatkami Al, Si oraz Mn. Najwiksze 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 wrzcego H 2 SO 4 - hastelloy B do aparatury pracujcej w atmosferze gorcych roztworów H 2 SO 4 - hastelloy D, do budowy turbin - hastelloy W i X.
Własnoci wytrzymałociowe stopu hastelloy A s nastpujce: 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.
redni skład chemiczny wybranych stopów niklu odpornych na korozj Nazwa Skład chemiczny, % 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 Hastelloy D Hastelloy W Hastelloy X 3 1 19 0,12 reszta - - 21 - - reszta 0,9 9 1 0,12 5-1 - - - reszta 1 1 5,5 - - - 5,5 25 - - - 20 - - - 22 9 0,6-2,5 Co reszta
Tuleja wykonana ze stopu hastelloy A
Turbina
arowytrzymałe stopy niklu s stopami wieloskładnikowymi, zawierajcymi oprócz niklu przede wszystkim chrom lub molibden. W stopach tych stosowane s take dodatki takie jak: Fe, Si, Mn, Al, Cu, Ti, Nb, Co, W.
redni skład chemiczny i własnoci wybranych arowytrzymałych stopów Ni Znak stopu Stenie pierwiastków, % R z/10000, MPa 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 - NiCr22Mo9Nb 0,07 >=58 21,5 <=5 <=0,5 9 NiCr23Fe 0,07 60,5 23 <=18 <=0,5 - Co<=5 Ti: 0,4 Nb+Ta: 3,7 Al.:1,4 B<=0,006 36 17 1150 190 63 1000 101 31 1200 NiCr28FeSiCe 0,09 >=45 27,5 23 2,8 - Ce: 0,06 40 19 1200
Wpływ pierwiastków na własnoci stopów arowytrzymałych jest nastpujcy: nikiel - stanowi podstawowy składnik w wikszoci tych stopów, oddziałuje na ich struktur, stabilno faz i zachowanie si w procesach technologicznych tytan i tantal - stabilizuj faz, tworz wgliki MC elazo uywane jest w celu zastpienia niklu, zamiana ta jest jednak niekorzystna ze wzgldu na spadek aroodpornoci stopu, ponadto elazo zwiksza podatno niklu do wydziele fazy midzymetalicznej kobalt podwysza arowytrzymało oraz poprawia własnoci technologiczne roztworu stałego
chrom zapewnia dobr odporno na utlenianie w wysokich temperaturach, umacnia stop osnowy, zwiksza odporno na pełzanie, poprawia własnoci plastyczne aluminium powoduje wzrost aroodpornoci oraz wpływa na tworzenie si umacniajcych faz midzymetalicznych molibden i wolfram umacniaj osnow w stopach Ni-Co-Cr oraz Fe-Ni-Cr bor w steniu do 0,02% podwysza wytrzymało na pełzanie cer utlenianie zwiksza odporno na wysokotemperaturowe krzem w steniu powyej 0,2% korzystnie wpływa na aroodporno
W obecnie stosowanych arowytrzymałych stopach niklu wystpuj nastpujce 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 take umocnienie granic ziarn, krystalizuje w sieci A1, jej skład stanowi nikiel, aluminium i tytan wgliki umacniaj granice ziarn i ziarna austenitu, jest to faza ulegajca przemianom podczas eksploatacji oraz w czasie obróbki cieplnej
borki - twarde, wysokotopliwe fazy tlenki s to wydzieleniowo umacniajce czstki 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; wystpuj w postaci płytek, igieł oraz nieregularnych wydziele, niekorzystnie wpływaj na plastyczno, wytrzymało stopu, ponadto powoduj jego krucho
morfologia fazy γ koherentna faza γ oraz faza niekoherentna (wgliki, tlenki, borki) Struktura stopu na osnowie niklu
eutektyka po kierunkowej krystalizacji granica z segregacj atomów bd faz niekoherentnych Struktura stopu na osnowie niklu
granica z segregacj atomów bd faz niekoherentnych struktura płytkowa po przemianie niecigłej Struktura stopu na osnowie niklu
arowytrzymałe stopy niklu od chwili ich odkrycia przeszły wiele faz ewolucji. Dotyczy to składu chemicznego, technologii wytwarzania, uzyskiwanych własnoci oraz zakresu zastosowa. Obserwuje si coraz szersze zastosowanie arowytrzymałych stopów w petrochemii, w budowie wysokotemperaturowych reaktorów, urzdze technologicznego przetwórstwa metali oraz konwencjonalnych urzdze energetycznych. Jednake głównym uytkownikiem arowytrzymałych stopów nadal pozostaje przemysł budowy turbin gazowych dla lotnictwa, komunikacji ldowej i morskiej.
Od stopów niklu uywanych na zawory wymaga si: odpornoci na korozj w atmosferze spalin duej twardoci odpornoci na cieranie. Stopy te pracuj w wysokotemperaturowych warunkach zmiennych obcie cieplno-mechanicznych. Na zawory okrtowych silników Diesla stosowane s stopy na osnowie niklu typu NiCr20TiAl. Szersze zastosowanie nadstopów na zawory jest niemoliwe ze wzgldu na bariery technologiczne, zwizane głównie z cen.
Skład chemiczny zaworowych stopów niklu Nazwa Skład chemiczny, % 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 - Incomel X750 Mo: 0,75 Co: 20 Nb: 1,0 osnowa 15,5 2,5 0,8 0,08 - Nb: 1,0
Technologia wytwarzania zaworów ze stopów niklu wymaga: bardzo duej starannoci podczas przeprowadzania procesów wytapiania i rafinacji próniowej stopu wstpnej przeróbki plastycznej cisłego zachowania właciwej temperatury odkształcenia zwizanej z rozpuszczalnoci fazy ` oraz procesami rekrystalizacji dynamicznej. Aby otrzyma wysokie własnoci wytrzymałociowe: R m > 1150 MPa, twardo > 390 HV5, drobne ziarno osnowy, a take wysok jako zaworów przeprowadza si wykoczeniow obróbk plastyczn oraz długotrwałe starzenie w temperaturze do 700 C, trwajce około 25 godzin.
Natomiast w celu wzrostu trwałoci oraz niezawodnoci zaworów stosuje si warstwy odporne na niszczenie wysokotemperaturowe, wykonane technologi spawalnicz lub technologiami zaawansowanymi np. plazmowymi. Skład chemiczny materiałów stosowanych do napawania zaworów Materiał Skład chemiczny, % 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
Zjawisko pamici kształtu polega na tym, e element o okrelonym kształcie pocztkowym, odkształca si plastycznie, a nastpnie poddaje działaniu temperatury charakterystycznej dla danego stopu, w wyniku czego nastpuje powrót elementu do kształtu pocztkowego. Powracanie do kształtu pocztkowego wie si wyzwalaniem energii która moe wykona prac mechaniczn. O zjawisku pamici kształtu decyduj nastpujce mechanizmy: jednokierunkowy efekt pamici kształtu pseudosprysto dwukierunkowy efekt pamici kształtu.
Jednokierunkowy efekt pamici kształtu polega na przemianie martenzytycznej, któr wywołuje w przedmiocie obrabianym obróbka plastyczna, nadajc mu dany kształt, a nastpnie nagrzaniu do temperatury charakterystycznej, powodujcej zajcie odwrotnej przemiany martenzytycznej w faz macierzyst, dziki czemu element powraca do swego pierwotnego kształtu. Reakcja ta przebiega według schematu zamieszczonego poniej: faza macierzysta odkształcenie nagrzewanie faza martenzytyczna
Jednokierunkowy efekt pamici kształtu polega take na przemianach struktury martenzytycznej, wywołanej w elemencie poprzez hartowanie, nastpnie odkształcenie plastyczne powodujce reorientacje martenzytu, a nastpnie w wyniku ogrzewania powrót do kształtu pierwotnego w dwóch etapach: powrotu do martenzytu hartowania, a nastpnie w wyniku dalszego ogrzewania do przemiany tego martenzytu w struktur macierzyst. Reakcja ta przebiega według schematu zamieszczonego poniej: hartowanie odkształcenie faza macierzysta martenzyt martenzyt odkształcony nagrzewanie nagrzewanie
Zjawisko pseudosprystoci jest zwizane z zjawiskiem odwracalnej przemiany martenzytycznej, która zachodzi pod wpływem zewntrznego naprenia. Efekt ten polega na tym, e przedmiot o strukturze macierzystej martenzytu w temperaturze powyej A f, zostaje odkształcony o kilka lub kilkanacie procent. Nastpnie w wyniku podniesienia temperatury powyej Mf przedmiot wraca do kształtu pocztkowego.
Dwukierunkowy efekt pamici kształtu stopu polega na zachowywaniu pamici kształtu zarówno wysokotemperaturowej fazy macierzystej jak i niskotemperaturowej fazy martenzytycznej. W wyniku dwukierunkowego efektu pamici kształtu, w zakresie temperatury M f A f, nastpuje cykliczny przebieg przemian wywołujcych odwracalne zmiany kształtu przedmiotu, dokonujcych si bez udziału napre zewntrznych.
Stop niklu z pamici 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 podwyszonych temperaturach struktur fazy o sieci B2. Struktura ta ulega przemianie w faz przejciow R w temperaturze powyej M s, a nastpnie w struktur martenzytu o jednoskonej zniekształconej sieci B 19. Przebieg przemiany odwrotnej odbywa si bez udziału fazy R. Martenzyt przechodzi bezporednio do fazy o sieci B2. Temperatura przemiany martenzytycznej jest uzaleniona od składu chemicznego stopu. Skład chemiczny stopu NiTi mona dobra tak, aby przemiany realizowały si w zakresie zblionym do temperatury ciała człowieka.
Stopy NiTi stosuje si na: implanty płytki do zespole dociskowych klamry do osteosyntezy i leczenia złamaeber gwodzie kostne prty Harringtona tulejki dystansowe filtry skrzepów w celu uniknicia zatorów igły do lokalizacji guzów sutka druty łukowe
Stent wykonany z nitinolu
Stenty wykonane ze stopu z pamici kształtu
Tulejki dystansowe
Filtr skrzepów krwi
Druty łukowe stosowane w ortodoncji
Druty łukowe stosowane w ortodoncji
Stopy z pamici kształtu s przedmiotem licznych bada. Zdaniem naukowców mona je traktowa jako materiały inteligentne. Uwaa si e moliwoci zastosowania stopów z pamici kształtu wykonanych z niklu nie s do tej pory w pełni wykorzystane. Nadal trwaj badania dotyczce procesu pseudobliniakowania, skokowego odzyskiwania kształtu oraz znacznego obnienia granicy plastycznoci po drugim i trzecim cyklu odkształcenia w stopie nitinol.
Podstawowe własnoci kobaltu Zastosowanie kobaltu
Kobalt jest metalicznym pierwiastkiem chemicznym z IX grupy pobocznej, został odkryty w 1735 roku przez G.Brandta. Własnoci kobaltu: liczba atomowa 27 masa atomowa 58,9332 gsto - 8,832 g/cm 3 temperatura topnienia - 1494ºC temperatura wrzenia - 2900ºC jest metalem ferromagnetycznym
Kobalt wykazuje dwie odmiany alotropowe. W temperaturze pokojowej wystpuje odmiana o sieci heksagonalnej A3, a w temperaturach powyej 417ºC odmiana o sieci regularnej ciennie centrowanej typu A1. Wytrzymało kobaltu na rozciganie mieci si w zakresie 235-945ºC i zaley od tego czy jest odlewany czy przetapiany strefowo. Warto modułu sprystoci wzdłunej podczas rozcigania 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 najczciej silnie zanieczyszczony dlatego nastpnie jest poddawany rafinacji elektrolitycznej. Po tym procesie kobalt jest plastyczny, daje si walcowa i przeciga na prty, druty, tamy i blachy
Kobalt
Grupa zastosowa Stopy na osnowie kobaltu Dodatek stopowy Inne Techniczne zastosowania kobaltu Zastosowanie stopy odporne na zuycie stopy wysokotemperaturowe stopy odporne na korozj materiały magnetycznie twarde i mikkie wysokotemperaturowe nadstopy arowytrzymałe na osnowie niklu stopy odporne na zuycie i do napawania stale szybkotnce, narzdziowe materiały narzdziowe na osnowie kobaltu faza wica wglików spiekanych stopy oporowe wysokotemperaturowe stopy łoyskowe i sprynowe stopy magnetostrykcyjne stopy o specjalnej rozszerzalnoci oraz stałym module sprystoci pigmenty farb sztuczne ródła promieniowania (kobalt 60)
Układ kobalt-elazo Układ kobalt-chrom Układ kobalt-molibden Układ kobalt-nikiel-elazo Układ chrom-elazo Układ kobalt-chrom-wolfram
Układ kobalt-elazo od strony kobaltu tworzy roztwory stałe. Natomiast od strony elaza otrzymujemy dla bardzo nieznacznego zakresu, od 17,3% do 19,1% stenia Co mieszanin dwu faz i. Poniej temperatury solidusu oraz linii przemiany () znajduje si austenit, który w temperaturze niszej od 1000ºC przechodzi w ferryt. Wszystkie stopy tego układu wykazuj własnoci magnetyczne. W układzie tym, w temperaturze 730ºC tworzy si nadstruktura FeCo o uporzdkowanym układzie atomów.
Układ kobalt-elazo
Układ kobalt-chrom od strony kobaltu krzepnie jako eutektyczny w temperaturze 1400ºC, za od strony chromu jako perytektyczny w temperaturze 1470ºC. Naley 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 stenia chromu z zakresu od około 53% do około 58% pozostaje ju do temperatury otoczenia. Natomiast faza, w miar obniania temperatury od strony kobaltu przechodzi całkowicie w faz. Rozpuszczalno kobaltu w chromie wynoszca w temperaturze 1260ºC około 38% Co, w miar obniania temperatury maleje i w temperaturze otoczenia wynosi do około 10%. Przemiana magnetyczna w tym układzie wystpuje tylko od strony niklu i obnia si w miar wzrostu zawartoci chromu.
Układ kobalt-chrom
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 wystpuj dwie fazy midzymetaliczne tworzce si w stanie stałym. S to: faza Mo 6 Co 7 tworzca si w temperaturze około 1480ºC oraz faza MoCo 3 w temperaturze1020ºc. Przemiana magnetyczna w tym układzie wystpuje tylko od strony kobaltu i obnia si w miar wzrostu zawartoci molibdenu.
Układ kobalt-molibden
Układ kobalt-nikiel-elazo utworzony jest przez roztwory stałe lub ich mieszaniny. Metale wymienione w tym układzie, w temperaturze otoczenia, róni 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 własnoci ferromagnetyczne.
Izotermy krzepnicia stopów układu kobaltnikiel-elazo
Układ kobalt-chrom-elazo przedstawia oprócz izoterm krzepnicia krzyw S 1 S 2, która w czci od strony układu elazo-kobalt wskazuje składy roztworów stałych o minimalnych temperaturach, a w czci od strony układu kobalt-chrom wskazuje składy eutektyki.
Układ kobalt-chrom- elazo
Układ kobalt-chrom-wolfram przedstawiona wyznaczone niektóre izotermy krzepnicia 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.
Układ kobalt-chromwolfram
Podział stopów kobaltu ze wzgldu na technik wytwarzania: Odlewnicze stopy na osnowie kobaltu Stopy kobaltu przerabiane plastycznie
Odlewnicze stopy kobaltu w stanie lanym charakteryzuj si struktur niejednorodnego austenitu oraz znaczn segregacj chemiczn. W osnowie austenitu wystpuj wydzielenia wglików M 23 C 6. Najwiksza segregacja austenitu wystpuje w obszarze dendrytów, a podstawowym pierwiastkiem ulegajcym segregacji jest chrom, którego stenie zmienia si w zakresie od 19 do 35%. W znacznie mniejszym zakresie segregacji ulega molibden, którego stenie waha si w granicach od 4 do 6%.
Badania nad odlewniczymi stopami kobaltu wykazały, e szybko nagrzewania, wynoszca około 100 C/min nie ma wpływu na proces przemian wglików. Zwikszenie prdkoci nagrzewania do 200 C/min powoduje zatrzymanie przemian wglika M 6 C. Wykazano take, e w stopach tych podczas przesycania, w zalenoci od składu chemicznego mog zachodzi złoone przemiany wglików. W zakresie temperatur od 1165 do 1230 C dochodzi do przemiany wglika M 23 C 6 na M 6 C, co jest spowodowane wiksz stabilnoci wglika M 6 C w tych temperaturach.
W stopach kobaltu przerabianych plastycznie w porównaniu do odlewanych ograniczono stenie wgla, chromu, krzemu i manganu, a zwikszono stenie niklu z 2,5% do 33-37%, wprowadzono take tytan. Poprzez tak modyfikacj składu chemicznego tych stopów uzyskuje si wysz podatno do odkształce plastycznych oraz wiksz odporno na korozj zmczeniow i napreniow w zestawieniu z stopami odlewanymi.
Dla stopów kobaltu przerabianych plastycznie stosuje si obróbk ciepln zgodnie z nastpujcym schematem: jako wyjciowy stosuje si proces przesycania w temperaturze 1050±10 C w celu osignicia maksymalnego umocnienia stopu stosuje si odkształcenie plastyczne na zimno, zachodzce poniej temperatury 650 C zjawisko poredniego umocnienia zachodzi w wyniku stosowania odkształcenia plastycznego na gorco w temperaturach wyszych od 650 C
Podział stopów kobaltu ze wzgldu na zastosowanie: arowytrzymałe stopy kobaltu Stopy kobaltu magnetycznie twarde Stopy kobaltu odporne na cieranie Stopy kobaltu stosowane na implanty
arowytrzymałe stopy to najliczniejsza grupa sporód stopów kobaltu. Materiały te tworzone s głównie dla: potrzeb chemii wysokich temperatur lotnictwa techniki jdrowej kosmonautyki technik zbrojeniowych. arowytrzymałe stopu kobaltu zawieraj zwykle kilka sporód nastpujcych pierwiastków stopowych: Fe, Ni, Si, Mn, Ti, V, W, Ta, Be oraz C, B i N.
Nazwa Skład chemiczny, % 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 0,15 Ti 0,5 62 <1 20 12,8-151 0,05 B Hayness 188 MAR- M302 MAR- M509 MAR- M918 Wybrane aroodporne stopy Co 0,1 39 22 22 3 14-0,85 55 <1,5 22 <1 10 0,6 55 10 22 7-0,05 52,5 20 20 11-9,0 Ta 0,25 Zr 0,01 B 3,5 Ta 0,5 Zr 0,2 Ti 0,1 Zr 7,5 Ta W I-52 0,45 63-21 2-2,0 Nb
arowytrzymałe stopy kobaltu charakteryzuj si: du odpornoci na korozj wysokotemperaturow wysokim współczynnikiem przewodnictwa cieplnego niskim współczynnikiem rozszerzalnoci cieplnej wysok stabilnoci w czasie pracy przy małych napreniach posiadaj wysok temperatur topliwoci dobr spawalnoci odpornoci na cieranie odpornoci na zmczenia cieplne
Ponadto arowytrzymałe stopy kobaltu s mało plastyczne, na ogół nie mona obrabia ich poprzez obróbk plastyczn na zimno, ani na gorco. Stosuje si w stanie lanym, odlewajc w piasku lub w formach metalowych Stopy kobaltu stosowane s w stanie surowym lub po obróbce cieplnej, polegajcej 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 próniowo lub plazmowo o gruboci ok. 0,2 mm, skutecznie zabezpieczaj materiał rodzimy przed utlenianiem i jednoczenie obniaj temperatur warstwy wierzchniej stopu.
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 rzdu 1000 C, a nastpnie starzeniu w temperaturach od 550 do 750 C. Zgniot poprzedzajcy starzenie powoduje rozdrobnienie wydziele. Cunico, Cunife i Vicalloy s mikkie i cigliwe, nadaj si do wytwarzania drutów lub tam. Wród nowszych materiałów magnetycznych istotne s stopy Co, szczególnie z dodatkami ziem rzadkich, np.: alnico, vacalloy, ferrite, alcomax.
Własnoci magnetyczne wybranych materiałów magnetycznie twardych Materiał Skład chemiczny, % Remanencja Br, T Koercja Hc, A/m Vicalloy Fe+52Co+14V 1,0 36,0 Cunife Fe+60Cu+20Ni 0,54 43,8 Cunico Cu+21Ni+29Co 0,34 52,5 Alnico Alcomax II Fe+17Ni+10Al+12Co+6Cu 0,8 40,0 Fe+20Ni+10Al+13,5Co+6Cu+0,25Ti 0,65 50,0 Fe+11Ni+8Al+21Co+4,5Cu 1,24 46,0 Obróbka cieplna wyarzanie (600 C) przesycanie (1000 C) + starzenie (550-750 C) przesycanie (1150-1250 C) + starzenie (600 C) + chłodzenie w silnym polu magnetycznyym
Magnesy wykonywane z stopu alnico produkowane s ze wzgldu na najwysz sporód wszystkich magnesów stabilno temperaturow parametrów magnetycznych, bardzo wysok temperatur Curie oraz wysok temperatur pracy. Cechuje je take najwysza odporno na korozj. Podstawowe zastosowania magnesów alnico to: na przyrzdy pomiarowe na urzdzenia kontrolne, wiele typów przetworników i czujników na motory i prdnice inne zastosowania, szczególnie takie, w których wymagane jest pole magnetyczne stabilne w funkcji temperatury, a przestrze konstrukcyjna jest dostatecznie dua aby pomieci magnes
Magnesy wykonane ze stopu alnico
Zastosowanie stopu alnico
Stopy kobaltu odporne na cieranie nosz nazw stellitów. Skład chemiczny stellitów tworz: wgiel 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 moe by czciowo zastpowany przez nikiel, a wolfram przez mangan, molibden, wanad, tantal lub tytan.
Własnoci fizyczne stellitów Własno Warto liczbowa ciar właciwy około 9 G/cm 3 przewodno cieplna słaba współczynnik liniowej rozszerzalnoci cieplnej w zakresie temperatur: 20 100 C 900-1000 C elektryczna oporno właciwa własnoci ferromagnetyczne 12,5*10-6 1/ C 15,2*10-6 1/ C 0,9 0,95 *mm 2 /mm brak
Stellity nie s poddawane obróbce plastycznej, a obróbka mechaniczna przez skrawanie odbywa si jedynie przy uyciu wglików spiekanych lub szlifowania. Z powodu małej przewodnoci cieplnej, stellity nie obrabia si cieplnie, gdy nagłe zmiany temperatury mogłyby doprowadzi do powstania uszkodze na powierzchni materiału. Wytrzymało na rozciganie tych materiałów wynosi około 200kG/mm 2, a twardo Brinella około 650kG/mm 2.
Ze wzgldu na du odporno na cieranie, korozj i aroodporno stellity znalazły zastosowanie na: narzdzia skrawajce cigadła i matryce do prasowania na gorco ponadto stosuje si je do stellitowania (czyli napawania stellitem) czci maszyn naraonych szczególnie na działanie gazów spalinowych i wysokiej temperatury.
Stopy na osnowie kobaltu stosowane s na wyroby dla chirurgii kostnej. Cechuj si dobr odpornoci na korozj werow 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 własnociach decyduje skład chemiczny oraz struktura, która jest uzaleniona od rodzaju technologii wytwarzania
Skład chemiczny stopów na osnowie kobaltu przeznaczonych na implanty Rodzaj S kład c hem ic zny, % stopu C C o C r Fe 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 C oc rw NiM o odlewany HS -25 C onic rm o - przerobiony plasty c znie P rotasul-10 M P 35 N C oc rm o przerobiony plasty c znie P rotasul-21 W F m ax. 0,35 m ax. 0,15 reszta reszta 26,5 30,0 19,0 21,0 19,0 m ax. 0,025 reszta 21,0 m ax. 0,25 reszta 26,5 30,0 m ax. 1,0 m ax. 3,0 m ax. 1,0 m ax. 1,0 m ax. 1,0 m ax. 2,0 m ax. 0,15 m ax. 1,0 4,5 7,0 4,5 7,0 9,0 10,5 5,0 7,0 m ax. 2,5 9,0 11,0 33,0 37,0 m ax. 1,0 - - m ax. 0,10 - m ax. 1,0 m ax. 1,0 m ax. 0,15 m ax. 1,0 - - - m ax. 1,0 14,0 16,0 - - -
Własnoci mechaniczne stopów na osnowie kobaltu stosowanych na implanty i endoprotezy Oznaczenie stopu Stan Wytrzymało na rozciganie Rm, MPa Granica plastycznoci R0,2, MPa Wydłuenie % Wytrzymało zmczeniowa R2, 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 wyarzony 900 1205 375 485 min. 40 280 415 Vitalium odkształcony na zimno 630 1440 500 1280 min. 40 500 590 MP 35N wyarzony 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
Własnoci wybranych dentystycznych stopów kobaltu Gatunek Rp0,2 Gsto kg/m 3 HV5 min MPa A5 min% Zawarto, % mas. Co Mo Cr Inne Crutanium 8300 420 665 8 75,0 5,0 15,0 5,0 Ti Sheralit royal Sheralit elastic 8300 380 550 7 66,0 6,0 27,0 0,4 C 8300 370 750 4 64,0 5,0 30,0 0,5 C
Zastosowanie: endoprotezy stawowe płytki wkrty kostne groty druty elementy kształtowe do zespole dociskowych koci do wytwarzania dentystycznych rekonstrukcji ruchomych
Endoproteza stawu biodrowego
Dentystyczna konstrukcja nona
Literatura: 1. Adamczyk J.: Inynieria wyrobów stalowych, Wydawnictwo Politechniki lskiej, Gliwice 2000, 2. Balcerowska B.: wiczenia laboratoryjne z metaloznawstwa metali nieelaznych, Wydawnictwo Politechniki lskiej, Gliwice 1994, 3. Binczyk F.: Konstrukcyjne stopy odlewnicze, Wydawnictwo Politechniki lskiej, Gliwice 2003, 4. Ciela M.: Trwało superstopów niklu z aluminiowymi warstwami ochronnymi w warunkach pełzania, Inynieria 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 własnoci stopów na osnowie kobaltu oraz stopów na osnowie niklu, Protetyka Stomatologiczna, Nr XLII(1), 1992, s. 30-33,
7. Dobrzaski L.A.: Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali, Wydawnictwo Politechniki lskiej, Gliwice 1995, 8. Dobrzaski L.A.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. Materiały inynierskie z podstawami projektowania materiałowego, WNT, Warszawa 2002, 9. Górny Z.: Odlewnicze stopy metali nieelaznych, WNT, Warszawa 1998, 10. Gulajew A.P.: Metaloznawstwo, Wydawnictwo lsk, Katowice 1967, Hernas A.: arowytrzymało stali i stopów, Wydawnictwo Politechniki lskiej, Gliwice 1999, Kaszuwara W.: Stopy z pamici kształtu, Inynieria Materiałowa, Nr 2, 2004, s. 61-64, Kosowski A.: Metaloznawstwo stopów odlewniczych, Wydawnictwo AGH, Kraków 1996, Łagiewka E., Budniok A., Niedbała J., Rówiski E., Serek A.: Struktura wyarzanych stopów Ni-Mo otrzymywanych elektrolitycznie, Archiwum nauki o materiałach, Nr 4, 2003, s. 597-609,
15. Marciniak J.: Biomateriały, Wydawnictwo Politechniki lskiej, Gliwice 2002, 16. Marciniak J.: Biomateriały w chirurgii kostnej, Wydawnictwo Politechniki lskiej, Gliwice 1992, 17. Marciniak J.: wiczenia laboratoryjne z biomateriałów, Wydawnictwo Politechniki lskiej, 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., Leltko J., Gigla M., Lekston Z., Goryczka T., Stró D.: Stopy metali wykazujce efekt pamici kształtu i ich zastosowanie, Inynieria Materiałowa, Nr 2, s. 87-93, 21. Mrowec S., Werber T.: Nowoczesne materiały aroodporne, WNT, Warszawa 1968,
22. Orlicki R., Kłopotacz B., Pucka G., Rczka 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, Inynieria Materiałowa, Nr 3, 2004, s.415-421, 24. Perliski J., Kubiak M.: Tablice metali nieelaznych, Wydawnictwo lsk, Katowice 1970, 25. Praca zbiorowa pod redakcj Cielak Ł.: wiczenia laboratoryjne z metaloznawstwa. Cz II. Wpływ składu chemicznego i zabiegów technologicznych na struktur i własnoci stopów, Wydawnictwo Politechniki lskiej, Gliwice 1983, 26. Praca zbiorowa pod redakcj Cielak Ł.: wiczenia laboratoryjne z metaloznawstwa. Cz III. Stale i stopy o technicznym zastosowaniu, Wydawnictwo Politechniki lskiej, Gliwice 1983, 27. Praca zbiorowa pod redakcj Głowackiej M.: Metaloznawstwo, Wydawnictwo Politechniki Gdaskiej, Gdask 1996,
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, Inynieria Materiałowa, Nr 3, 2004, 33.Tokarski M.: Metaloznwastwo metali stopów nieelaznych w zarysie, Wydawnictwo lsk, Katowice 1985, 34. Turek S.: Wytwarzanie i odlewanie stopów metali nieelaznych wiczenia laboratoryjne, Wydawnictwo Politechniki lskiej, Gliwice 1989, 35. Uzarowicz L., Jdrzejski W., Jaworski Z., Korzemski J.: Technologia metali i metaloznawstwa, WNT, Warszawa 1975,
36. Wendorf Z.: Metaloznawstwo, WNT, Warszawa 1976, 37. Wesołowski K.: Metaloznawstwo. Metale nieelazne i ich stopy, WNT, Warszawa 1976, 38.Wyatt O.H., Hughes D.D.: Wprowadzenie do inynierii 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
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.