Серебро

Серебро в природе встречается в самородном состоянии и в со­единении со свинцом, медью, золотом и др. В качестве химических соединений природного серебра известны серебряный блеск (Ag₂S), т. е. соединение его с серой, и роговое серебро (АgС1), т. е. соединение с хлором.

Серебро в чистом виде добывают при переработке свинцовых руд в основном пирометаллургическим способом (с применением высокой температуры). Серебро — металл белого цвета с зелено­ватым или желтоватым оттенком. Плотность серебра 10,5 г/см³, температура плавления 960,5 °С, температура кипения 1955 °С, ко­эффициент линейного расширения при нагревании до 900 °С— 0,00002. По твердости уступает меди, но почти в 1,5 раза тверже золота. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

В химическом отношении серебро менее стойкое, чем золото и платина. Растворяется в горячей серной и азотной кислотах., рас-

34

плавленном состоянии поглощает кислород. При переходе серебра из жидкого состояния в твердое кислород выходит обратно, обра­зуя при этом поры. В связи с этим литье из чистого серебра может иметь дефекты и пористость.

Взаимодействуя с растворами хлористого натрия, образует хлорное серебро, а в присутствии сероводородных соединений тем­неет, образуя сернистое серебро.

Под влиянием хлористых и сернистых соединений, постоянно находящихся в полости рта, серебро разлагается, поэтому в чис­том виде в зубопротезной практике его не применяют. В основном его используют в различных сплавах в качестве припоя для соеди­нения металлических частей протезов (см. с. 59).

Сплав серебра с палладием в последнее время применяют для изготовления мостовидных протезов, коронок, вкладок и других конструкций. В .состав сплава входят 60 г серебра, 29,5 г палладия, 4,5 г золота, 2,5 г меди, 0,5 г цинка, 6 г кадмия.

Плотность сплава 11,9 г/см³, температура плавления 1200 °С, твердость по Бринеллю 62 кг/см².

Главное достоинство сплава — его высокая устойчивость к кор­розийным разрушениям, малая усадка и хорошая ковкость.

Припоем для этого сплава служит припой Д. Н. Цитрина для нержавеющей стали после добавления к нему 15 ч. палладия. В ка­честве отбела используют 10—15 % раствор соляной кислоты (см.с.155).

Неблагородные металлы—cм, с. 144.

СПЛАВЫ МЕТАЛЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ОРТОПЕДИЧЕСКОЙ СТОМАТОЛОГИИ

Общие сведения В стоматологической практике, как и в технике вообще, металлы в чистом виде

применяются редко. Одни из них не применяются вследствие недо­статочной твердости или прочности, другие — вследствие высокого коэффициента термического расширения или быстрой растворимос­ти в полости рта и т. д.

Большим достижением является создание различных сплавов металлов с заданными свойствами. Большое значение имеют леги­рованные металлические сплавы, в состав которых для улучшения их металлических и антикоррозионных свойств добавляют опреде­ленное количество других элементов. Примером такого сплава мо­жет быть хромированная нержавеющая сталь (см. с. 47).

Сплавом называется соединение двух или нескольких металлов, при котором образуется вещество, обладающее новыми качества­ми, не свойственными ни одному из входящих в сплав компонентов.

35

Входящие в сплав компоненты в расплавленном состоянии взаим­но растворяются и образуют однородную массу.

При переходе из жидкого состояния в твердое связь между ком­понентами может быть различной. По характеру этих связей раз­личают три вида сплавов: механическую смесь, твердый раствор и химическое соединение.

Механическая смесь. В расплавленном состоянии сплав представляет собой однородную массу, при затвердевании которой каждый из входящих в нее компонентов сохраняет свою кристаллическую структуру и свойства. Общие свойства такого сплава зависят от количественного соотношения компонентов и преобладают свойства того компонента, который имеет количест­венное преимущество в сплаве. Металлические сплавы в виде меха­нических смесей образуются лишь в тех случаях, когда в твердом состоянии входящие в нее компоненты взаимонерастворимы.

В стоматологической практике механическую смесь представ­ляют собой сплавы олова, свинца, висмута и др.

Твердые растворы. Сплавы этого вида имеют однород­ную кристаллическую структуру. Обычно один из входящих в сплав компонентов является растворителем, в кристаллическую решетку которого входят ионы растворенных элементов. При рент­генологическом исследовании твердых растворов обнаруживается единая кристаллическая решетка, характеризующая сплав. Если в состав твердого раствора входят неметаллы, то их атомы обычно располагаются в межатомном пространстве кристаллической ре­шетки сплава.

В стоматологической практике твердыми растворами считают­ся сплавы из золота, платины, хрома, никеля и др. Эти сплавы об­ладают необходимыми свойствами, позволяющими использовать их для изготовления различных конструкций протезов и лечебных ап­паратов.

Химические соединения—сплавы, образующиеся в результате химического взаимодействия входящих в них компо­нентов, имеющих характерные этому сплаву свойства. Например при химическом взаимодействии в расплавленном состоянии ме­ди и алюминия алюминий вступает в химическое соединение с медью. При этом образуется сплав, по свойствам отличающийся от свойств меди и алюминия.

Различные дефекты, понижающие прочность и качество изделия. Наиболее частыми дефектами отливок являются усадочные раковины и полости, газовые раковины, ситовидная по­ристость, загрязнение металла отливки различными включениями и т. д.

36

Усадочные микрораковины. При изменении температуры спла­ва изменяется и его объем. С повышением температуры сплава его объем увеличивается, а при понижении температуры — умень­шается. Преобладающему большинству сплавов при переходе из жидкого состояния в твердое свойственна усадка. Лишь немногие металлы (висмут, сурьма) при затвердевании увеличиваются в в объеме.

При переходе металла из расплавленного состояния в твердое выделяют три периода усадки: усадку в жидком состоянии, усад­ку в период затвердевания и усадку в твердом состоянии.

Усадка металла в жидком состоянии, т. е. в состоянии от тем­пературы заливки его в форму до появления первых кристаллов, характеризуется понижением поверхности жидкого металла в фор­ме вследствие уменьшения объема сплава при охлаждении. Чем выше первоначальная температура металла, тем значительнее по­нижение уровня поверхности расплава в воронке литьевой формы, однако на размеры отливки в различных ее участках и плотность массы это не влияет, так как недостающее для наполнения фор­мы количество сплава непрерывно поступает по литниковым хо­дам.

Усадка в период затвердевания характеризуется непрерывным увеличением количества отвердевшего металла и уменьшением ко­личества его жидкой части. После затвердевания жидкой части сплава (точка 8) этот период заканчивается. Отвердевание (крис­таллизация) металла первоначально начинается там, где наиболее низкая температура, т. е. в участках соприкосновения его со стен­кой формы. В связи с этим контуры отливки и ее размеры во вто­ром периоде усадки почти всегда остаются постоянными. Более существенные изменения происходят внутри отливки. В связи с не­возможностью поступления новой порции расплава для компенса­ции усадки внутри отливки в толще последней образуются усадоч­ные полости или раковины. Объем усадочной раковины или полос­ти зависит от величины усадки, которая в свою очередь находится в прямой зависимости от величины отливки, степени нагрева рас­плава и его физико-химических свойств.

Расположение усадочных раковин зависит от расположения термического узла отливки, силы тяжести металла или силы, под влиянием которой происходит заполнение литьевой формы распла­вом.

На образование усадочных раковин влияет также теплопровод­ность формы и скорость охлаждения отливки. При искусственно за­медленном охлаждении отливки можно добиться такого положе­ния, при котором в период затвердевания усадочные микрорако­вины будут равномерно расположены по всему сечению отливки. При этом на разрезе или изломе деталь будет казаться добро ка-

37

чественно отлитой, в то время как ее механические свойства в дей­ствительности снижены, а плотность уменьшена. При металлогра­фическом исследовании обнаруживается большое количество мик-ропор.

Усадка в твердом состоянии. Этот период характеризуется упо­рядоченным расположением атомов в кристаллическвй решетке. Размеры этой решетки с понижением температуры уменьшаются, чем объясняется уменьшение объемных и линейных размеров от­ливки. Для компенсации этой усадки следует применять формовоч­ные массы, имеющие достаточный коэффициент термического рас­ширения.

Форму перед заливкой металла предварительно подогревают до температуры, при которой ее термическое расширение макси­мальна и может компенсировать усадку материала в твердой фазе.

Условно разделяя усадку на три отдельные этапа, не правильно рассматривать эти процессы изолированно друг от друга. Усадка как в жидком, так и в твердом состоянии происходит параллельно, однако усадка жидкой части металлов и сплавов зачастую проте­кает быстрее, что обусловливает образование усадочных раковин.

На каждом этапе усадки предусмотрены свои профилактичес­кие приемы предупреждения образования усадочных раковин, од­нако наиболее важным из них является правильное определение термического узла и реальной компенсации усадки за счет терми­ческого расширения формы. Каждый термический узел должен иметь свой литник и дополнительный питатель (прибыль).

Газовые раковины. Газовые раковины возникают в отливке вследствие повышения газотворной способности формы или пони­жения ее газопроводности. В момент соприкосновения расплавлен­ного металла со стенкой формы происходит парообразование, вы­горание некоторых примесей, нагрев и последующее расширение воздуха, находящегося в порах формы, выделение газов из жидкой фазы сплава вследствие химической реакции и т. д. Все эти газо­образные вещества должны быть удалены из формы через ее стенки. Если в каком-либо участке формы образовавшиеся газы не могут своевременно выйти из нее через стенку формовочной массы и давление их превышает силу давления металла, газ может про­никнуть в его толщу. После отвердевания отливки на месте газово­го включения образуется газовая раковина.

Для предупреждения образования газовых раковин создают формы, обладающие высокой газопроницаемостью. При заливке стенки литьевой формы должны быть сухими, так как заливка рас­плава в отсыревшие формы является причиной резкого повышения образования газовых раковин в отливках, что значительно пони­жает их качество или делает непригодными для использования.

Ситовидная пористость. Ситовидной пористостью называются

38

мелкие цилиндрические или конусообразные раковины диаметром 2—3 мм и длиной 4—5 мм с гладкой блестящей поверхностью. Рас­полагаются они под поверхностной коркой отливки, на глубине I— 2 мм от поверхности и перпендикулярно к ней (рис. 4). После сня­тия окалины с поверхности отливки обнаруживается ситовидная пористость.

Отличительной особенностью ситовидной пористости от газовых раковин является беспорядочное расположение их по всему сече­нию отливки. В стальных отливках ситовидная пористость чаще всего локализуется на тонкостенных участках, поэтому долговеч­ность таких деталей значительно снижена или эти детали вообще непригодны для применения.

Единого мнения о причине и механизме образования ситовид­ной пористости нет. Большинство исследователей считает, что ос­новной причиной является заливка сплава в сырую форму или в форму, в которой в качестве облицовочного слоя использовалась жидкостекольная смесь. Образованию ситовидной пористости спо­собствует также пониженное давление в литниковой системе.

Процесс образования ситовидной пористости состоит из четы­рех этапов (Е. П. Бабич и соавт., 1962). - Первый этап начинается с поступления жидкости металла в фор­му и заканчивается образованием твердой корки на поверхности отливки. Характерной особенностью этапа является снижение тем­пературы сплава от температуры заливки до температуры, при ко­торой начинается кристаллизация.

Второй этап начинается одновременно с первым и характери­зуется взаимодействием влаги, содержащейся в форме, с жидким металлом. Заканчивается этот период тогда, когда формовочная смесь, соприкасающаяся с металлом, становится сухой и не отдает новых порций влаги. За этот период влага из формы интенсивно испаряется, часть образовавшегося пара выходит через газопрони­цаемую форму, а оставшаяся часть вступает в реакцию с жидким металлом, образуя закись железа. За счет этого концентрация в металле закиси железа и атомарного водорода значительно повы­шается. Этот процесс происходит до тех пор, пока запас паров, способных реагировать с железом, не иссякнет, и к концу второго этапа давление на границе металла и формы достигнет максималь­ного значения и будет способствовать поглощению атомарного во­дорода металлом. После испарения всей влаги внешнее давление быстро падает до атмосферного.

Третий этап наступает непосредственно после первого, когда свободный водород через газопроницаемую стенку формы уже удалился наружу или растворился в металле, где его концентра­ция может достигнуть 0,0024 % (примерно в 5 раз больше обыч­ной). Давление равно атмосферному. В этот период из сплава вы-

39

деляются водород, азот, пары воды и окись углерода. Если лиш­ний водород удалился до конца первого этапа, т. е. до образования твердой корки, то ситовидная пористость не образуется.

Четвертый этап наступает после окончания первого. Если он на­ступает до окончания второго и третьего этапов, то под образовав­шейся твердой коркой остаются пузырьки водорода, которые уже не могут выйти наружу и являются зародышами для образования ситовидных пор.

Для тонкостенных отливок первый этап короткий и заканчива­ется до окончания второго. При этом третий этап отсутствует, а концентрация водорода и закиси железа высокая, что обуславли­вает образование ситовидной пористости.

Температура, до которой расплавлен заливаемый металл, имеет определенное значение для образования ситовидной пористости. Перегрев сплава способствует удлинению первого этапа, что бла­гоприятствует своевременному удалению газов от отливки. Одна­ко при высокой температуре сплава наблюдается увеличение ско­рости парообразования, повышается интенсивность взаимодей­ствия паров воды с железом, что способствует более резкому повышению давления над металлом, большему спеканию поверх­ности формы и уменьшению газопроницаемости. Таким образом, при тонкостенном литье повышение температуры сплава может от­рицательно сказаться на качестве отлива. При несоблюдении тех­нологических требований, особенно перегреве металла, недостаточ­ном высушивании или поспешной сушке формы, использовании в качестве моделировочных средств быстровоспламеняющихся мате­риалов могут возникнуть и другие осложнения в виде недоливов, разрушения литьевых каналов, пригорания формы, что приводит к понижению качества литья или полной его негодности.

СТАЛЬ

Сталью называется сплав железа и углерода, содержание кото­рого не превышает 1,7 %. Сплав железа, в котором углерод содер­жится в пределах 1,7... 4,5 %, называется чугуном. Химические соединения железа и углерода образуют карбиды, или цементиты. Цементиты очень хрупкие и при нагревании до температуры 1000... 1100° С распадаются на железо и углерод.

Производство стали в настоящее время Способы получения осуществляется в два этапа: вначале в

доменных печах переплавляют железные руды и получают чугун, а затем в сталеплавильных печах чугун переплавляют в сталь.

В основном переработка чугуна в сталь осуществляется двумя способами: бессемеровским и мартеновским. Оба способа основа-

40

ны на принципе окисления различных примесей, содержащихся в

чугуне.

При бессемеровском способе получения стали через расплав­ленный чугун, заключенный в стальной сосуд (конвертор), проду­вают под большим давлением воздух, который, пронизывая всю массу расплавленного чугуна, окисляет содержащиеся в нем приме­си: шлак, кремний, марганец, углерод и др. Этим путем получают, главным образом, малоуглеродистые стали. Недостатком этого способа является то, что одновременно с окислением примесей чу­гуна во время продувания воздуха происходит угар металла и вы­ход стали получается недостаточно высоким.

Более совершенным является мартеновский способ, при кото­ром в регенераторных печах происходит плавка чугуна со сталь­ным ломом и некоторым количеством руды. Вследствие присутствия кислорода, находящегося в руде, и кислорода, содержащегося в горючих газах, происходит выгорание различных примесей. В за­висимости от процентного содержания стального лома по отноше­нию к взятой руде во время плавки в регенераторной печи можно-получить сталь с любым содержанием углерода, в том числе и ма­лоуглеродную.

В настоящее время для выплавки стали широко используются электрические печи.

Процесс выплавки в электрических печах почти не отличается от мартеновского, однако, в электропечах можно более точно регу­лировать температурный режим, а в связи с этим сталь получается более высокого качества.

Сортовую сталь получают путем тигельной плавки. Определен­ные сорта стали вместе со специальными добавками загружают в тигели, в которых создают необходимый температурный режим. Таким образом получают легированную сталь, которая использу­ется для изготовления инструментов, особо важных деталей и др. Путем тигельной плавки получают также сталь, используемую в стоматологической практике для изготовления несъемных зубных протезов.

Имеется много типов сортовой стали. В стоматологической и, в частности, ортопедической практике применяют в основном два типа стали: нержавеющую хромоникелевую и хромокобальтовую.

В СССР для маркировки легированных

Маркировка легированной сортов стали соответственно ГОСТ 56— ^стали 32 принята буквенно-цифровая система. По этой системе содержащиеся в стали легирующие элементы обо­значаются начальными буквами русского алфавита: например, Х—хром, Н—никель, Т—титан, К—кобальт, за исключением некоторых условно принятых сокращений: р — марганец, С — кремний, Ф — ванадий, Ю — алюминий, Д — медь. Количест-

41

венное содержание легирующих элементов и углерода обозначают цифрами.

Первые две цифры в маркировке лигированной стали обозна­чают количество углерода, содержащегося в стали, выраженное в сотых долях процента. Количество углерода менее 0,15 % в мар­кировке не указывают. Следующие -за буквой легирующего элемента цифры обозначают количественное содержание этого эле­мента в целых числах. Цифру не ставят в тех случаях, когда коли­чественное содержание элемента составляет менее 1,5 %, напри­мер, сталь марки 2Х18Н9 содержит 0,2 % углерода, 18 % хрома и 9 % никеля.

Маркировка высококачественных сталей в металлургии закан­чивается буквой «А», например, 35Х1НЗМА—высококачественная легированная сталь, содержащая 0,35 % углерода, 1 % хрома, 3 % никеля и до 1 % молибдена.