[Voronov_A.P.,_Lebedenko_I.YU.,_Voronov_I.A.]_Orto(BookSee.org)

На воздухе в обычных условиях, а также

рит, титанит и другие, содержащие дву-

в холодных растворах соляной и серной

окись титана ТЮ2

от 40 до 90%. Получают

кислот и щелочах молибден устойчив к

титан из руд методом хлорирования в

коррозии. Азотная кислота и царская водка

присутствии

углерода

и

последующим

его растворяют. В металлургии молибден

восстановлением.

Плотность

титана

4,5

используют

для

получения

г/см3, температура плавления 1668°С,

ферромолибдена (содержащего

55—70%

температура кипения 3227°С, термический

Мо, остальное — Fe), который вводится в

коэффициент линейного расширения 8,5#

качестве присадки при получении ле-

10~6, предел прочности 25,6 кгс/мм2,

гированных сталей. В кобальто-хромо-вый

относительное

удлинение

72%, твердость

сплав молибден вводят для улучшения его

по Бринеллю 100 кгс/мм2.

межкристаллической структуры.

Титан обладает хорошей коррозионной

Марганец (Мп) — серебристо-белый

стойкостью в атмосферном воздухе, воде.

металл. В природе встречается в рудных

На поверхности титана образуется тонкая,

соединениях: пиролюзит (Мп02), псило-

прочная окисная пленка, предохраняющая

мелан (т • МпО • Мп02 • пН20), манганит

от дальнейшего окисления. Он прочен,

(Мп02 • Мп(ОН)2), браунит (Мп203) и др.

устойчив к коррозии, безвреден, из него

Марганцевым рудам

всегда

сопутствуют

изготавливают многие инструменты. Титан

минералы, содержащие железо. Получают

устойчив к азотной кислоте, слабо

марганец

главным

образом

методом

растворим в серной кислоте.

электролиза из водных растворов MnS04.

Известно много сплавов, содержащих

Плотность марганца 7,2—7,4 г/см3, темпе-

титан. Добавка титана к нержавеющей

ратура плавления 1245°С, температура ки-

стали способствует уменьшению в ней

пения 2150°С, термический коэффициент

карбидов хрома. Из соединений титана в

линейного расширения 22,3 • 10~6.

зуботехнической

практике

находит

Марганец имеет 4 полиморфные мо-

применение двуокись титана Ti02, пред-

дификации,

отличающиеся

различным

ставляющая собой белый порошок. Дву-

строением

кристаллической

решетки.

окись титана используется как замутни-

Химически

марганец

достаточно активен,

тель при производстве

пластмасс, на

ее

кислородом, азотом, углеродом, серой,

лаки для покрытия металлических частей

фосфором. При комнатной температуре на

зубных протезов.

воздухе не изменяется. В соляной и

В последнее время широкое распро-

разбавленной

серной

кислотах

легко

странение получили сплавы на основе

растворяется, образуя соли.

титана. Это вызвано рядом его уникальных

Марганец

находит

применение

при

свойств. Титан — серебристый металл, не

приготовлении многих сплавов на основе

темнеющий со временем ни в атмосфере,

железа, меди, алюминия, магния и др.

ни в морской воде; на него не действуют

Марганец вводят в сталь для раскисления

кислоты

и

щелочи.

Коррозионная

сплава, уменьшения содержания серы и

стойкость титана превышает таковую у

повышения износостойкости.

нержавеющей стали. При удельной массе

почти такой же, как у алюминия, титан в 12

15.7.4. Сплавы титана

раз прочнее его и превосходит по

Титан (Ti) — серебристо-белый металл.

прочности железо. В отличие от по-

В природе встречается в рудах. Основные

следнего титан не намагничивается, этакое

минералы, в состав которых входит титан:

свойство, как термостойкость (тем-

ильменит, рутил, анатаз, лейкоксен, лопа-

Глава 15. Основные конструкционные материалы

275

пература плавления — 1670°С) резко вы-

обычной

методике

восковой модели

деляет его среди других металлов. Стали с

протеза прикрепляется литниково-пи-

присадками титана обладают повышенной

тающая система из штифтов диаметром

жаропрочностью

и

используются в

5—6 мм и устанавливается центральный

космической и других технологиях. Со-

питатель. Модели с питателями присо-

единения титана применяются в качестве

единяются к коллекторам блока литни-

катализаторов

полимеризации мономеров,

ковой системы. Для изготовления кера-

красителей,

наполнителей

высо-

мической формы используется электро-

комолекулярных соединений.

корунд на связке из этилсиликата. Общее

Многие из сплавов, созданных на основе

количество слоев покрытия — 9. Каждый

титана, в медицине и стоматологии находят

слой подвергается сушке в атмосфере

применение для хирургической практики.

аммиака. Затем блок моделей помещают в

Титан — «металл хирургов». Он идет на

ванну для вытапливания воска.

изготовление

внутрикостных,

под-

Формы для литья прокаливают при

надкостничных

и

эндодонтоэноссальных

температуре 1000°С и обрабатывают пи-

имплантатов. Эти сплавы обладают хоро-

роуглеродом (подаваемый в печь углево-

шей биосовместимостью и инертностью.

дород при высокой температуре в отсут-

В настоящее время сплавы титана ис-

ствие кислорода разлагается и атомарный

пользуются

для

получения

цельнолитых

углерод пропитывает стенки керамической

каркасов зубных протезов, а также мосто-

формы, предотвращая ее химическое

видных протезов с последующей обработ-

взаимодействие с металлом). Формы,

кой и нанесением покрытия нитрида титана

остывшие до температуры не выше 150°С,

при нагревании в атмосфере азота или

устанавливают в контейнер под заливку.

аммиака. Покрытие нитридом титана уве-

Плавку и литье титана проводят в ва-

личивает твердость и придает эстетический

куумно-дуговой гарниссажной литьевой

вид — пленка имеет золотистый оттенок

установке. Плавку ведут в графитовом

(температура плавления — 2950°С,

тигле с гарниссажем (гарниссаж — слой

твердость — 7—8 ед.; для сравнения: твер-

металла, подвергаемого плавке, который

дость алмаза — 10 ед., топаза — 8 ед.)

покрывает

внутреннюю

поверхность

Наибольший

интерес

представляет

тигля).

Благодаря

постоянному

применение сплавов титана для получения

охлаждению тигля (водой) гарниссаж не

цельнолитых каркасов зубных протезов. Из

расплавляется и защищает тигель от

всех

сплавов

наилучшими

литейными

воздействия расплавленного металла.

свойствами,

наряду

с

высокими

После наплавления необходимого ко-

показателями прочности (предел прочности

личества металла включается центробеж-

на разрыв 686 МПа), обладает сплав марки

ная установка и расплавленный металл

ВТ5Л (титан, легированный алюминием).

сливается в центральный металлоприем-

Линейная и объемная усадки при литье у

ник контейнера с формами. Охлаждение

сплава ВТ5Л составляют соответственно

контейнера проводится в вакууме или в

0,8—1% и 3%, что близко к таковым для

среде аргона. Далее отливки механически

золотых сплавов. Каркасы, отлитые из

отделяются от керамических оболочек,

этого

сплава,

при

необходимости

отрезаются отлитниково-питающих систем

исправления

могут

быть

подвергнуты

и подвергаются пескоструйной обработке.

аргонно-дуговой сварке.

Технология

получения

ортопедических

конструкций

из

литьевого

титана

следующая.

К

смоделированной

по

276

Раздел II. Материалы,

применяемые для изготовления пластиночных протезов при полной утрате зубов

Обработка изделий из титана может

используют различные материалы: сплавы

быть осуществлена посредством:

на основе золота, нержавеющую сталь,

1) механической шлифовки и полировки

кобальто-хромовые и др. Выбор материала

(по обычной методике);

в каждом конкретном случае определяется

2) электрополировки. Состав

электро-

требованиями врача, предъявляемыми к

лита: серная кислота — 60%, плавиковая

готовой

конструкции,

а

также

кислота — 30%, глицерин — 10%. Деталь

прочностными

и

технологическими

является анодом. Катод выполнен из гра-

свойствами материала.

фита. Плотность тока составляет 0,5—0,7

Физико-механические, химические и

А/мм, напряжение — 24 В.

технологические свойства сплава опре-

Выдерживание изделий из титана в ат-

деляются его составом, структурой и ха-

мосфере азота при температуре 850—950°С

рактером связи компонентов. Четкая

приводит к образованию на их поверхности

структура сплава формируется при крис-

золотистой пленки нитрида титана.

таллизации из расплава. Расплавленный

Кроме того, титан применяется для

металл заполняет литейную форму и по-

изготовления

базисов

съемных

протезов

степенно затвердевает

с образованием

при

помощи

метода

сверхпластической

кристаллической решетки. Этому сопут-

формовки.

ствует некоторое уменьшение объема от-

ливки или усадки.

15.7.5. Изменения свойств сплавов на

Затвердевание всегда начинается с по-

различныхтехнологическихэтапах

верхности. Кристаллы растут и распола-

Изготовление любого зубного протеза,

гаются перпендикулярно

к

охлаждаемой

ортопедического

аппарата

представляет

поверхности. Скорость затвердевания в

собой сложный технологический процесс, в

утолщенных местах отливки меньше, чем в

ходе

которого

материал

подвергается

тонких сечениях, где металл затвердевает

различным механическим, термическим и

раньше.

Расплавленный

металл

химическим воздействиям. В результате в

оттягивается к участкам с более быстрой

материале

происходят

сложные

кристаллизацией и дает там более мелко-

структурные

превращения,

изменяются

кристаллическую структуру. В утолщен-

физико-химические

свойства.

Знание

ных местах

образуется

крупнозернистая

механизма

и

сущности

указанных

структура. Вследствие недостатка металла

процессов

дает

возможность

управлять

в них могут образоваться усадочные

ими, регулировать и использовать в же-

раковины, возникающие обычно в верхней

лаемом направлении.

части отливки. Усадка металла может

Изменяя режим технологического про-

привести к внутренним напряжениям в

цесса, можно из одного сплава получать

отдельных частях отливки.

изделия с различными свойствами. В свою

Усадочные раковины, внутренние на-

очередь, изменение свойств сплавов

пряжения,

крупнозернистая

структура

приводит

к

необходимости

изменения

сплава ухудшают механические показатели

приемов работы с ними, например, при

и антикоррозионные свойства. Борьба с

обработке резанием, штамповке и т.д.

этими нежелательными явлениями ведется

Наиболее заметные изменения структуры и

в различных направлениях: 1) введение в

физико-химических

свойств

сплавов

состав сплава добавок, способствующих

наблюдаются при литье, обработке давле-

образованию

мелкокристаллической

нием, термической обработке, паянии.

структуры; 2) соблюдение температурного

Литье. Для изготовления литых деталей

режима плавки и скорости охлаждения; 3)

при изготовлении зубных протезов

создание депо метал-

Глава 15. Основные конструкционные материалы

277

ла в питательных муфтах за пределами

газовых раковин. Структура металла по-

отливки.

лучится более прочной, если плавка ве-

Если в расплавленном состоянии сплав

дется быстро, без перегрева металла. При

является однородным, то при кристалли-

медленной плавке происходит

выгорание

зации в отдельных частях отливки или от-

(вследствие окисления) компонентов,

дельных зернах его возникает неоднород-

имеющих более низкую точку плавления.

ность, ликвация. Она обусловлена тем, что

Это приводит к изменению сплава.

кристаллизация

компонентов

сплава

Для предупреждения образования вну-

происходит неодинаково. В сплавах типа

тренних напряжений, трещин рекомен-

твердого раствора, к которым относятся

дуется охлаждение отливок

проводить

сплавы золота, нержавеющая сталь, ко-

медленно. Это особенно важно для деталей

бальто-хромовый сплав и др., один из на-

сложных конфигураций. Для снятия

иболее тяжелых компонентов вследствие

внутренних напряжений, получения мел-

разности плотностей отделяется от основ-

козернистой структуры и улучшения ме-

ной массы, находящейся в жидком состо-

ханических свойств отливки можно под-

янии. Этот процесс зависит от скорости

вергать термообработке. Этот процесс для

охлаждения и типа сплава.

стальных сплавов заключается в мед-

Ликвацию можно уменьшить, понижая

ленном нагреве отливки в муфельной печи

температуру нагрева, увеличивая скорость

до температуры около 800°С, выдер-

заливки металла

и замедляя

его

живании в нагретом состоянии, медленном

охлаждение. Этому способствуют добавки

охлаждении до 400—45()°С и последующем

мелкокристаллическую структуру (никель

Физико-механические

характеристики

для нержавеющей стали, молибден для

сплавов в определенной степени зависят от

кобальто-хромового сплава). Ликвация

содержания в них углерода. Однако не все

снижает прочностные свойства, уменьшает

методы плавки позволяют сохранить его

пластичность,

снижает

коррозионную

стабильное содержание. Так, при плавке

стойкость сплава.

открытым пламенем электродугой или

В процессе литья необходимо обеспе-

ацетилен-кислородным

пламенем

чить удаление из литейной формы воздуха,

содержание углерода в сплавах может

влаги и газа, выделяющегося из жидкого

повыситься до 0,4% сверх нормы, что

металла. Для этого форма должна быть

приводит к повышению хрупкости и

газопроницаемой. При

недостаточном

твердости. Стабильность в содержании

удалении газа в отливке образуются

углерода наблюдается при плавке в высо-

газовые раковины.

кочастотных установках, которым следует

На свойства отливки большое влияние

отдавать предпочтение.

оказывает температурный режим, при

Обработка металлических сплавов дав-

котором происходит плавка. Каждый

лением. Обработка давлением возможна

металл или сплав имеет определенную

для металлов, обладающих пластичностью.

точку плавления. При литье допускается

Она основана на свойстве изменять

некоторый перегрев металла, однако

первоначальную форму

под действием

температура не должна превышать 100—

внешних сил без разрушения и сохранять

150°С. В этом температурном режиме

новую форму после снятия нагрузки. Об-

металл имеет повышенную жидкоте-

работку давлением обычно проводят для

кучесть. Дальнейшее увеличение нагрева

получения из заготовок изделий более

приведет к

значительному поглощению

сложной формы. К обработке металлов

Глава 15. Основные конструкционные материалы

279

чие этих структур заключается в характере

дания закаленным изделиям вновь плас-

связи углерода с железом и другими

тичности и вязкости их нагревают при

компонентами (карбиды, твердый раствор,

температурном интервале от 200 до 700°С,

смешанные формы).

выдерживают и охлаждают. Этот процесс

Термическую обработку применяют также

носит название отпуск. В зубо-тсхнической

для устранения наклепа, возникающего в

практике закалкой и отпуском пользуются

процессе

обработки

сплавов

давлением

редко.

(ковка, штамповка, прокатка,

волочение и

т.п.). В этом случае при определенных

15.7.6. Физико-механические и

режимах

нагрева

происходит

процесс

токсико-гигиенические

восстановления

деформированной

характеристикиконструкционных

кристаллической структуры сплава или его

материаловмагнитныхфиксаторов

рекристаллизация. В сплаве исчезают

Для применения магнитов в зубных

внутренние

напряжения,

искажения

протезах особенно важно, что при не-

кристаллической решетки, восстанавли-

больших размерах (в пределах миллиме-

ваются

физико-механические

свойства

тров) самарий-кобальтовые магниты об-

(М.Т.Александров и А.А.Александров).

ладают высокими магнитными свойствами

Основными видами термической обра-

(Gillings В., 1984, 1993; Vardimon A. ct al.,

ботки сплавов являются отжиг и закалка.

1987), которые не изменяются со временем

Отжиг. Этот процесс используют для

(Darendelier M. et al., 1997), а также при

придания сплавам пластичности, умень-

тепловой обработке до 200°С (Highton R. et

шения внутренних напряжений и твердости.

al., 1986; Gillings В., 1990; Akaltan R, Can G.,

Сталь нагревают до температуры Ю5()°С,

1995; Petropoulos et al., 1997). Коэффициент

при которой формируется аусте-нитная

термического

расширения

самарий-

структура,

выдерживают

при

этой

кобальтового

сплава

схож

с

температуре и фиксируют аустенит-ную

коэффициентом термического расширения

структуру

охлаждением.

Аустенит-ная

обычных

стоматологических

сплавов

структура обладает физико-механическими

(Keiichiro S., Yuho H., 1994). Поскольку

свойствами, необходимыми для стали,

изготовление самарий-кобальтового сплава

используемой для зуботехниче-ских работ.

в клинических условиях невозможно,

В зубопротезных

лабораториях

отжиг

необходима

подготовка

стандартных

используют для снятия наклепа при работе

образцов, которые в дальнейшем будут

со сталью и золотыми сплавами. Для отжига

использованы в клинике (Maroso D. et al.,

золотых сплавов нагрев ведут до появления

1984).

красного цвета (около 700°С). Далее

Однако самарий-кобальтовый сплав не

выдерживают при этой температуре и

является биологически инертным, так как он

медленно охлаждают на воздухе.

выделяет

микроэлементы

кобальта

в

Закалка. Закалка — один из основных

ротовую

жидкость

с

последующим

способов упрочнения изделий из стали.

накоплением их в различных органах и

Нагревают сталь так же, как и при отжиге,

тканях организма. Кобальт вызывает

однако охлаждают быстро. Сталь получает

аллергические

поражения

слизистой

твердую и прочную структуру, называемую

оболочки полости рта у лиц, имеющих

закалочной. В зависимости от скорости

протезы из хромокобальтового сплава, а

охлаждения

показатель твердости

может

также оказывает общетоксическое действие

заметно колебаться. Для при-

на организм (Гожая Л.Д., 1988; Ор-

джоникидзе Е.К., Рощин А.В., 1991; Stenberg

Т., 1982; Michel R. et al.,

1987;