Нержавеющая сталь

21 Июня в 9:22 3525 0


Большинство из нас знакомы с нержавеющей сталью в виде широко используемых разнообразных изделий как бытового, так и промышленного назначения. Нержавеющая сталь применяется также в медицине, в том числе и в стоматологии, например, для изготовления различных инструментов, лезвий скальпеля, пинцетов, ортодонтических проволок, базисов зубных протезов и кламмеров частичных протезов, эндодонтических штифтов и т.д. Материал в основном подвергается тяжелой обработке для придания ему желаемой формы, поэтому он называется ковким сплавом.

Ковкий сплав отличается от многих других литейных сплавов, применяемых для изготовления коронок и мостовидных протезов, тем, что это литейный сплав, сформированный в результате механической обработки, такой как прокатка, прессование или волочение для придания новой желаемой формы. Выполняемую при низких температурах механическую обработку называют холодной обработкой, при которой металл одновременно принимает нужную форму и упрочняется (Рис. 3.7.1). Если обработка выполняется при высоких температурах, она называется горячей обработкой или термической обработкой (термообработкой), и обычно она заключается в придании формы материалу без его упрочнения. Никакого упрочнения не происходит потому, что металл непрерывно перекристаллизовывается и количество деформаций, которое может произойти, практически не ограниченно.

stomatologicheskoe_materialovedenie_3.7.1.jpg

Рис. 3.7 .1 . Влияние холодной обработки на механические свойства металла. Обратите внимание на снижение ковкости (H•) при одновременном повышении предела текучести

Помимо нержавеющей стали в ковкой форме выпускаются многие сплавы, такие как золотые сплавы для штифтов и кламмеров зубных протезов, никель-титановые сплавы для ортодонтических проволок и эндодонтических инструментов, а также кобальт-хром-никелевые сплавы для кламмеров зубных протезов и ортодонтических проволок.

Сталь выпускается в широком ассортименте разнообразного состава, каждая обладает довольно специфичными свойствами, которые придаются ей в соответствии с условиями применения. Одним из таких свойств, определяющих большой спрос на этот вид материала, является его способность изменять свойства в широком диапазоне при незначительных изменениях состава. Сравнение основных характеристик стали с другими материалами приведено в Таблице 3.7.1.


stomatologicheskoe_materialovedenie_table_3.7.1.jpg


Различные виды стальной проволоки имеют высокие показатели прочности, которые не достижимы для других материалов. До появления нержавеющей стали в стоматологии (в основном, в начале 30-х годов), единственным металлом, который, как предполагали, мог противостоять коррозии в среде полости рта, было золото.

Нержавеющая сталь обладает высокой прочностью на разрыв, и применяется для изготовления пружин в съемных ортодонтических аппаратах. Она также применяется в несъемных аппаратах для изготовления колец, брекетов и ортодонтических дуг. В целом, практически все детали несъемных аппаратов, применяемых в ортодонтии, могут быть сконструированы из нержавеющей стали.

Ортодонтическая проволока изготавливается из материала, известного как аустенитная нержавеющая сталь. Эта — сталь, легко формирующаяся в проволоку путем прокатки и последующей протяжки. При этом зерна металла вытягиваются в длинные волокнистые структуры, проходящие вдоль проволоки.



Материал, используемый для изготовления орто донтической проволоки, известен как стабилизированная аустенитная нержавеющая сталь. Ниже приводится более подробное описание всех этапов получения этого материала, начиная от исходного, железа, и заканчивая превращением его в конечный продукт. Попутно в этой главе будут представлены различные виды стали и рассмотрены особенности их применения.

Железо

Железо является аллотропическим материалом, т.е. при нагреве в твердом состоянии оно проходит через два фазовых превращения. При комнатной температуре чистое железо имеет объемно-центрированную кубическую структуру (КОЦ) кристаллической решетки, известную как ос-фаза. Такая структура сохраняется до температуры 912°С, при которой она трансформируется в гранецентрированную кубическую структуру (КГЦ) — это у-фаза. При температуре 1390°С КГЦ железо вновь превращается в КОЦ железо и сохраняет эту структуру до его плавления при температуре 1538°С. Все эти трансформации сопровождаются изменениями объема железа (Рис. 3.7.2).

stomatologicheskoe_materialovedenie_3.7.2.jpg

Рис. 3.7.2. Изменение объема чистого железа под воздействием температуры

Сталь

Сталь является сплавом железа и углерода, в котором содержание углерода не превышает 2%. Железо, с содержанием углерода более 2% классифицируется как литейное железо (чугун) и здесь не рассматривается.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь — это сплав только железа и углерода. Кристаллическая структура этой стали представлена КОЦ формой, когда небольшие количества углерода растворяются в железе, этот материал известен как а-железо или феррит.

Несмотря на больший незанятый объем в KOU структуре (показатель плотности упаковки 68%) по сравнению с КГЦ структурой (74%), растворимость углерода в КОЦ структуре намного ниже, чем в КГЦ структуре, и ее максимальный уровень составляет 0,02% масс, при температуре 723°С и 0,005% масс, при комнатной температуре.

КГЦ форма материала обладает более высокой (до 2,11%) растворимостью для углерода. Причина заключается в том, что самые большие расстояния между узлами кристаллической ячейки у железа с КОЦ строением (диаметр 0,72 нм) меньше, чем железа с КГЦ структурой (диаметр 0,104 нм). Сталь КГЦ структуры известна под названием аустенит или аустенитной стали.

Обе кристаллические формы стали относительно мягкие и ковкие, а аустенит легко формируется при повышенных температурах методом горячей ковки и прокатки.

Когда предел растворимости углерода для этих видов стали превышает максимальное значение, его избыток осаждается в виде Fe3C, жесткой и хрупкой фазы, называемой цементитом. Различные фазы системы железо цементит представлены на фазовой диаграмме Рис. 3.7.3.

stomatologicheskoe_materialovedenie_3.7.3.jpg

Рис. 3.7.3. Система FeHFe3C

Основы стоматологического материаловедения
Ричард ван Нурт

Похожие статьи
показать еще
 
Стоматология и ЧЛХ