3.1.5. Физические свойства сплавов.

Температура плавления сплава. Этим параметром определяется тип необходимого плавильного оборудования. Золотые сплавы имеют температуру плавления ниже температуры плавления чистого золота. Обычно эти сплавы расплавляют на воздухе в муфельных печах.

Сплавы на кобальтохромовой и никельхромовой основах имеют значительно более высокие температуры плавления— 1280–1450°С. Сплавы с такими температурами плавления нельзя плавить в муфельных печах. Для их плавления используют электрические дуговые печи, индукционные печи или специальные газовые горелки. Эти устройства сложны и требуют относительно более высокой квалификации персонала.

Плотность.Плотность золотосодержащих сплавов составляет 14–18г/см³. Плотность кобальтохромовых сплавов равна приблизительно 8,4г/см³. Плотность никелехромовых сплавов чуть ниже—8,2г/см³. Таким образом, плотность кобальтохромовых и никелехромовых сплавов почти в два раза ниже, чем золотосодержащих сплавов.

Модуль упругости.Стоматологические кобальтохромовые сплавы имеют модуль упругости около 228ГПа. Никелехромовые сплавы — около 186ГПа, а сплавы на основе золота — всего около 90 ГПа, т.е. модуль упругости никелехромовых сплавов в 2 раза, а кобальтохромовых стоматологических сплавов более чем в 2,5 раза выше, чем у золотых сплавов. Используя сплав с большим модулем упругости, можно изготовить тонкостенный протез с уменьшенным объемом и весом.

Усталость. Сплавы металлов обладают таким свойством как «усталость». Обычно усталость может возникать в таких конструкциях, как дуговые и мостовидные протезы, когда зубным техником и врачом – ортопедом не учитывается наличие циклических нагрузок во время акта жевания.

• При воздействии на металл большого числа циклических нагрузок (переменных нагрузок, меняющихся в одних и тех же пределах) может наступить разрушение от усталости. Наиболее опасная нагрузка при усталости – нагрузка симметричного типа, при которой меняется знак, а абсолютные величины напряжения равны между собой.

• Деталь, разрушенная от усталости, имеет весьма характерный излом с двумя зонами: зоной усталости с блестящей полированной поверхностью и зона разрушения с матовой, зернистой поверхностью (структурой).

Прочность.Небольшие различия в составе кобальтохромовых и никельхромовых сплавов оказывают влияние на их прочность. Предельная прочность на разрыв колеблется от 640 до 825МПа.

Предельная прочность стоматологического золотого сплава несколько ниже прочности литых кобальтохромовых сплавов. Наивысшими прочностными характеристиками обладают элементы стоматологических протезов — кламмеры и аттачмены, вырезанные электроискровым методом из деформированного кобальтохромового сплава.

Высокая прочность затрудняет шлифование и полирование сплавов, но противостоит повреждениям при эксплуатации (истиранию). Отделочные операции прочного, твердого материала требуют высококачественного абразивного инструмента и большего времени для обработки. Зубные техники для обработки твердых кобальтохромовых сплавов используют алмазный инструмент, электроэрозионную обработку, электролитическую полировку и пр.

Упругость определяется пределом текучести — величиной механического воздействия, необходимого для появления остаточной деформации. Это одно из важнейших свойств сплава, используемого для изготовления съемных протезов.

Международный стандарт — «Стоматологические литейные сплавы на металлической основе» —IS0 6871–01 устанавливает, что предел текучести не должен быть менее 500Мпа. Упругость упрочненных стоматологических золотых сплавов приблизительно равна упругости сплавов на никелехромовой основе.

Пластичность.Пластичность сплава зубного протеза характеризуется относительным удлинением сплава. Относительное удлинение — одно из свойств, которое трудно измерять, т.к. оно подвержено большим случайным ошибкам при измерениях. Международный стандарт «Стоматологические литейные сплавы на металлической основе» — 1S0 6871–01 устанавливает, что относительное удлинение при разрыве должно быть не менее 1,5%. Незначительная пористость или наличие какого-либо неметаллического включения в сечении испытуемого образца резко изменяет результат измерений. Протезы из сплавов с высокой пластичностью и прочностью на разрыв реже ломаются.

Широкое применение для несъемного протезирования получили нержавеющие стали. Введение достаточного количества никеля в хромистую сталь обеспечивает лучшие механические свойства, а также делает ее более устойчивой к коррозии. Внедрению в России нержавеющей стали способствовали исследования Д.Н. Цитрина в 1930-х годах.

Высокие физико-механические свойства, химическая стойкость и совершенство технологии привели к тому, что нержавеющие сплавы стали одним из основных материалов для изготовления несъемных протезов.

Термическая обработка нержавеющей стали проста и заключается в закалке в воде. В результате закалки твердость этих сталей не повышается, а снижается, поэтому для нержавеющих сталей закалка является смягчающей термической операцией.

Нагрев до 1050–1100°С вызывает растворение карбидов хрома в сплаве, а быстрое охлаждение фиксирует состояние пересыщенного твердого раствора. Медленное охлаждение недопустимо, т.к. при этом (как и при отпуске) возможно выделение карбидов хрома, приводящее к ухудшению пластичности и коррозийной стойкости.

Все марки нержавеющих сталей, или как их называют хромоникелевые сплавы, должны содержать не более 0,1% углерода и не менее 18% хрома, это обусловливает их устойчивость к коррозии. Никель добавляется к сплаву для повышения пластичности, ковкости и вязкости сплава. Впервые предложенные стали этого типа содержали 8% никеля. В несколько измененном виде они сохранились в качестве основных до настоящего времени и различаются содержанием углерода (0,04%, 0,08, 0,12%). Для предохранения от интеркристаллитной коррозии в хромоникелевые стали вводится титан (стали 1Х18Н10Т, 1Х19Н9Т и т. д.).

Cталь марки 1Х19Н9Т старое название(ЭЯ-1)содержит 0,1% углерода; 18% хрома; 9% никеля; 2% марганца, 0,35% титана, 1,0% кремния, остальное — железо. Используется в основном для изготовления несъемных паяных протезов: штампованных коронок, литых зубов, фасеток.

Cталь марки 20Х18Н9Тсодержит 0,20% углерода, 9% никеля, 18% хрома, 2,0%марганца, 1,0% титана, 1,0% кремния, остальное — железо.

Из этой нержавеющей стали фабричным способом изготавливают:

• стандартные гильзы, для изготовления штампованных коронок;

• кламмеры из проволоки круглого сечения (для фиксации съемных пластиночных протезов при частичном отсутствии зубов в полости рта) диаметром 1,0, 1,2мм и длиной 25 и 32мм;

• эластичные нержавеющие матрицыдля контурных пломб, а также полоски металлические сепарационные, которые изготавливаются методом холодной штамповки из стальной нержавеющей термообработанной ленты.

Сталь марки 25Х18Н102С содержит 0,25% углерода, 10,0% никеля, 18,0% хрома, 2,0% марганца, 1,8% кремния, остальное — железо.

Из нее фабричным способом изготавливают:

• зубы стальные(боковые верхние и нижние) для штамповано-паяных несъемных зубных протезов;

• каркасы стальныедля изготовления мостовидных протезов для последующей их облицовки полимером;

• проволоку диаметром от 0,6 до 2,0мм.

Свойства сплавов: легирование некоторыми элементами (никель, титан, марганец, кремний и др.) улучшает технологические и коррозийные свойства сплавов.

Углерод — придает твердость, хрупкость, увеличивает способность к коррозии.

Хром — придает устойчивость против окисления и коррозии, повышает твердость сплава, упругость, уменьшает его пластичность, вязкость и хрупкость. Является растворителем азота и обеспечивает необходимую его концентрацию в стали.

Никель — повышает пластичность, ковкость, вязкость, прочность, улучшает антикоррозийные свойства, снижает коэффициент линейного расширения сплава.

Титан — придает мелкозернистое строение стали, уменьшает хрупкость, устраняет склонность стали к межкристаллической коррозии.

Кремний — придает сплаву жидкотекучесть, более однородную структуру, улучшает его литейные свойства, повышает вязкость и упругие свойства стали.

Марганец — повышает прочность и твердость стали, снижает пластические свойства, улучшает показатели жидкотекучести, является хорошим поглотителем, снижает температуру плавления и способствует удалению вредных серных соединений из сплава, обеспечивает необходимую концентрацию азота в стали.

Азот — повышает коррозийную стойкость, твердость, обеспечивает большой потенциал деформационного упрочнения, улучшает характеристики упругости, что обеспечивает стабильность сохранения формы в тонких ажурных конструкциях.

Температура плавления нержавеющей стали составляет 1460–1500°С. Для паяния стали используется серебряный припой.