ЛЕГИРОВАНИЕ
Легирование (в переводе с латинского ligare – «связывать») – это процесс введения в состав материала (металла, сплава, полупроводника) определенных примесей.
Применяется легирование для изменения или улучшения физических и химических свойств металлов, сплавов.
Для придания металлам и сплавам повышенной коррозионной стойкости.
Металл, подвергшийся легированию, называется легированным.
14
Легирование может быть объемным и поверхностным.
Объемное легирование предусматривает введение добавок в весь объем металла.
Поверхностное же легирование – введение легирующих добавок только в верхний (поверхностный) слой.
Существует много технологий легирования, как поверхностного, так и объемного.
Поверхностное обогащение предусматривает проникновение легирующего элемента в слой, глубиной около одного – двух миллиметров. Для создания определенных свойств на поверхности металла (например, антифрикционных).
Выбор технологии и легирующих добавок во многом зависит от отрасли, в которой металлическое изделие
будет использоваться. |
15 |
Легирование изменяет жаростойкость, твердость, коррозионную стойкость, прочность, пластичность и другие характеристики .
С железом легирующие элементы образуют твердые растворы.
Маркировка сталей в РФ состоит из сочетания цифр и букв.
Буквы показывают, какой химический элемент входит в состав данной марки стали.
Цифры определяют его количество.
Легирующим элементам присваивают определенную букву из русского алфавита.
16
17
Влияние легирующих элементов Никель сообщает стали коррозионную стойкость, высокую
прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, повышает сопротивление удару.
Вольфрам образует в стали очень твердые соединения - карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость стали. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске.
Ванадий повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали.
Кремний в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1.5% Si увеличивает прочность, причем вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличиваются электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, окалийностойкость. Марганец при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.
Красностойкость — способность стали сохранять при нагреве до температур красного каления высокую твёрдость и износостойкость, полученные в результате термической обработки. 18
Кобальт повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.
Молибден увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.
Титан повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии. Ниобий улучшает кислотостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях. Алюминий повышает жаростойкость или окалийностойкость.
Медь увеличивает антикоррозионные свойства. Церий повышает прочность и пластичность.
Цирконий позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.
Лантан, церий, неодим уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчает зерно.
19
За буквенным обозначением легирующего химического элемента следует число, которое указывает количество легирующей добавки в %. Число, которое стоит в самом начале обозначения, указывает, сколько углерода содержит данная марка стали (в сотых долях масс. %).
03Х16Н15М3Б — высоколегированная качественная сталь, которая содержит
0,03 % C, 16 % Cr, 15 % Ni, до 3 % Mo, до 1 % Nb
20
ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
Длительное время основным материалом для металлоконструкций в травматологии и ортопедии являлась сталь.
Сталь широко используется для производства изделий медицинского назначения начиная с 20-х гг. 20 в. после введения в нее кобальта и хрома, как легирующих добавок.
Как материал для имплантатов, легированные стали показали высокую коррозионную стойкость и удовлетворительную биосовместимость, поэтому получили широкое распространение в травматологии и ортопедии.
На смену медицинской стали пришел титан. С 50-х гг. ХХ века он является основным материалом для
современных конструкций. |
21 |
|
В качестве имплантатов для хирургии разрешены следующие стальные сплавы:
1)сталь нержавеющая деформируемая ГОСТ 5832-1 -2010
2)деформируемая нержавеющая сталь с высоким содержанием азота ГОСТ 5832-9 - 2009;
3)сталь марки 30X13,
4)сталь марки 40X13,
5)сталь марки 12Х18Н10.
Внутренние среды организма (кровь, плазма, сыворотка, лимфа, слюна, моча, желчь, желудочный сок, экссудаты), а также близлежащие ткани и органы агрессивны для имплантируемых материалов.
В результате действия окружающей среды металлы коррозируют (внешняя и внутренняя коррозия).
Механические свойства металлов резко ухудшаются, иногда даже при отсутствии видимых внешних изменений.
22
коррозия
В зависимости от свойств окружающей среды и характера ее физико-химического воздействия на материал различают:
1)химическую коррозию, обусловленную воздействием сухих газов, а также жидкостей, не являющихся электролитами (нефть, бензин, фенол);
2)электрохимическую коррозию, обусловленную воздействием жидких электролитов: водных растворов солей, кислот, щелочей, влажного воздуха, грунтовых вод, то есть растворов, содержащих ионы и являющихся проводниками электричества.
23