Лекция№1 Металлы. Область применения в медицине. Углеродистые, легированные, коррозионностойкие, инструментальные стали.

Основное требование – биологическая совместимость с живыми тканями, физко-механические свойства(прочность).

Использующиеся металлы: черные, цветные, композиты.

Fe, Ti, Au, Al, Pt и т.д. Высокая мех. прочность. Применяются в ортопедии, ортодонтии, как проводники внутри тел, в искусственных органах.

Старение – свойства материалов ухудшается.

Сталь, титан, сплавы кобальта.

Нитинол – сплав никеля и титина. Высокая усталостная прочность, сплав “памяти формы”. При охлаждении – пластичный, при нагревании принимает нужную форму.

Высокий предел текучести и жесткости.

Циклические нагрузки приводят к возникновению усталостных напряжений.

Первый сплав “памяти формы” – золото(Au) + кадмий(Cd). Свойство сверх упругости.

Многие металлы подвергаются коррозии: выход из строя конструкции, выделение токсических веществ.

Свойства, классификация и маркировка сталей.

Сталь – сплав Fe и C( и др. элементов) с содержанием C до 2,14%.

На свойства стали влияют нежелательные примеси:

S,F, технологические добавки: Mn, Si и др. Примеси могут попадать из руды или при переплавке металлолома.

При Fe кристалл. решетке – сталь, при преобладании других элементов – сплав.

Углеродистая сталь

Сталь делится на углеродистую(без легирующих добавок) и легированную.

Если при выплавке углеродистой стали добавляют легирующие элементы – Cr, Ni, W ,молибден, Mn, Si(0,8 -1%), то сталь называют легированной.

Углерод находится в стали в связанном состоянии в виде цементита. (в чугуне – в несвязанном состоянии - графит) С увеличением содержания С в стали увеличивается твердость и прочность, но уменьшается пластичность и вязкость.

С S образуется сульфид железа FeS. Находится в виде эвтектика, Тпл=985 с⁰. При горячей обработке давлением стали 1000 - 1200 ⁰с эвтектика плавится и сера кристаллизуется по границам зерен – нарушение связи между зернами – увеличивается хрупкость, разрушается при деформации. (образование трещин и разрывов –красноломкость стали). S в стали < 0,06%. Чем ниже содержание S, тем лучше.

Фосфор, растворяясь в феррите, искажает всю кристаллическую решетку стали, хладноломкость. F< 0,08%.

Газы: N, O₂ – окислы, нитриды. Образуются включения – дефекты кристаллической решетки (поры) – уменьш. мех. свойств, хрупкость. H₂ – поглощается сталью в атомарном состоянии, накапливается в микропорах под высоким давлением, образуются внутренние разрывы кристаллической решетки.

Mn – повышает прочность, не снижая пластичность, снижает красноломкость, т.к. образуется пластичное соединение MnS с температурой плавления 1620 ⁰с. Увеличивается твердость и износостойкость стали. Обычно Mn>=0,8%. При Mn>1,5% уменьш. твердость.

Si связывает закись железа FeO, образуется соединение FeO-SiO₂ – силикат. Уменьш. хладноломкость. При содержании 15-20% - придает кислотоупорность, изменяются магнитные свойства стали. Обычно содержание Si<0,4%.

Классификация стали.

По назначению:

1. Конструкционные

2. Инструментальные (режущие инструменты, измерительные инструменты, штампы)

3. Стали с особыми физ.-хим. свойствами ( жаропрочные, коррозионностойкие, с особ. магнитными свойствами)

По химическому составу:

1. углеродистые

2. легированные(Cr, Ni)

По качеству: (определяется способом выплавки стали)

1. Обыкновенного качества (повыш. содерж. нежелательных примесей - сера до 0,6%, фосфор до 0,08%)

2. Качественные(S и F <0,035%)

3. Высококачественные (электропечи, S и F <0,025%)

4. Особовысококачественные(электрошлаковый переплав + вакуумирование, S и F <0,015%)

Качество определяется по способу выплавки стали(влияет на содержание серы и фосфора)