| CATEGORII DOCUMENTE |
| Aeronautica | Comunicatii | Electronica electricitate | Merceologie | Tehnica mecanica |
OTELURI INOXIDABILE UTILIZATE CA
MATERIALE BIOMEDICALE
Otelurile inoxidabile sunt aliaje Fe-C-Cr, care contin cel putin cel putin 12%Cr si, in general, sub 0,1% C.
Continutul ridicat de Cr le confera proprietatea de a se acoperi de un strat pasiv in cele mai multe medii (aer, apa, acizi, atmosfera industriala, s. a.), facandu-le rezistente la oxidare si coroziune, in raport cu alte materiale metalice. Stratul pasiv este format, in principal, din oxizi de crom, este aderent, dens, impermeabil si putin solubil, fapt care-l face rezistent la actiunea unui mare numar de medii agresive.
Industria chimica si petrochimica, industria alimentara utilizeaza, de multi ani, medii din ce in ce mai agresive, temperaturi si presiuni din ce in ce mai ridicate, fapt care a solicitat crearea a numeroase calitati de oteluri inoxidabile, adaugand aliajelor Fe-C-Cr diverse elemente, ca: nichel, molibden, cupru, mangan, titan, niobiu, siliciu, bor, aluminiu s. a.
Aceste elemente de aliere au ca scop marirea rezistentei la coroziune si imbunatatirea comportarii otelurilor la solicitari mari.
Nichelul amelioreaza in special rezistenta la coroziune in medii acide, slab oxidante sau neoxidante si ridica tenacitatea otelurilor. Adaosurile de cupru maresc influenta nichelului.
Otelurile inoxidabile sunt realizari ale deceniului al treilea al secolului nostru si au fost create la inceput, in special, pentru industria tacamurilor. Motorul dezvoltarii si diversificarii productiei de oteluri inoxidabile l-a constituit industria chimica, petrochimica, alimentara si cea aerospatiala. Productia de oteluri inoxidabile este formata, in special, din materiale plate (table, placi), subtiri (sarme, bare) si tubulare (tevi, tuburi capilare).
Structura otelurilor inoxidabile poate fi studiata pornind de la diagrama de echilibru Fe-Cr (figura ) si tinand seama de influenta nichelului asupra liniilor de echilibru (figura )
Figura Diagrama de echilibru Fe-Cr
Figura Diagrama de echilibru schematica Fe-Cr-Ni
Structura otelurilor inozidabile la temperatura ambianta se poate determina pe baza continutului de elemente α-gene (crom echivalent) si de elemente γ-gene (nichel echivalent) folodsind reprezentari grafice di tipul diagramei Schaeffler.
Nichel echivalent = %Ni + 30%C + 30 N + 0.5%Mn
Crom echivalent = %Cr + Mo + 1.5%Si + 0.5%Nb
Exemplu:
AISI 304L
18.2%Cr, 10.1%Ni, 1.2%Mn, 0.4%Si, 0.02%C
NiE = 10.1 + 30 x 0.02 + 0.5 x
1.2 = 11.3
CrE = 18.2 + 0 + 1.5 x 0.4 + 0 = 18.8
AISI 309L
NiE = 14.35,
CrE = 24.9
Aceasta diagrama are dezavanajul ca nu tine seama de influenta azotului care e un element puternic gamagen
Figura Diagrama schaeffler
In figura urmatore sunt pozitionate pe o diagrama Schaeffler mai multe marci deoteluri inoxidabile conform ASTM.
Proprietatile mecanice ale claselor de oteluri inoxidabile pot fi evidentiate pe curbele de incercare statica la tractiune (figura )
Figura Curbe de incercare statica la tractiune pentru familii de oteluri inoxidabile
Valorile proprietatilor mecanice pot fi calculate cu relatii de forma:
Simbolurile reprezinta continutul elementelor in procente, δ este continutul de ferita (%) iar d este marimea grauntelui (mm)
Variatia tenacitatii otelurilor inoxidabile in functie de temperatura este prezentata in figura . Se constata o tenacitate redusa la temperaturi scazute pentru otelurile austenitice comparativ cu alte familii.
1.2 Oteluri inoxidabile austenitice
Otelurile inoxidabile austenitice se caracterizeaza prin continutul scazut in carbon (C < 0,1%) si un continut de 1225% Cr si 830% Ni, avand o anumita proportie de echivalent in elemente alfagene si gamagene si o stabilitate a austenitei pana la temperaturi foarte scazute.
Otelurile inoxidabile austenitice reprezinta o pozitie de varf a gamei de oteluri inoxidabile atat din punct de vedere al performantelor, cat si a pretului de cost ridicat. Sunt materiale care prezinta caracteristici mecanice deosebite: rezista bine la coroziune, se prelucreaza usor prin deformare plastica si au o buna comportare metalurgica la sudare. Otelurile inoxidabile austenitice se comporta excelent la temperaturi criogenice si rezista bine la diversi agenti corozivi. Utilizarea lor este adeseori limitata de slaba rezistenta la coroziune sub tensiune, mai ales in medii formate din solutii de cloruri si la temperaturi ridicate.
In domeniul otelurilor inoxidabile austenitice s-au intreprins numeroase cercetari si se cunoaste cu destula exactitate influenta compozitiei chimice asupra caracteristicilor mecanice, asupra rezistentei la coroziune si asupra reducerii pretului de cost.
Diversele rapoarte intre echivalentele elementelor alfagene si gamagene duc la aparitia unor structuri predominant austenitice sau a unor structuri mixte austenito - feritice s. a.
Sensibilizare la coroziune in ZIT
Structura de recoacere
Structura de turnare
Coroziune intercristalina
Incalzirea unui otel inoxidabil poate avea ca efect ptin segregarea de particule secundare la limitele de graunti. Sensiblizarea la coroziune se oate aprecia pe diagrama TTS (figura )
Diagrama TTS (Time-Temperature-Sensitization)pentru un otel 18Cr-9Ni cu diferite concentratii de carbon
Utilizarea otelurilor inoxidabile ca materiale biocompatibile
La mijlocul secolului, din ratiuni economice, otelurile inoxidabile au fost unele din principalele materiale utilizate in implanturi, datorita caracteristicilor specifice:
pret de cost redus;
greutate specifica relativ mica in comparatie cu aliajele nobile;
duritate si rezistenta mecanica ridicata;
conductivitate termica mai redusa decat aliajele neferoase (de zeci de ori mai mica decat aliajele nobile).
Cele mai convenabile sunt otelurile inoxidabile austenitice, la care proprietatile mecanice pot fi modificate prin ecruisare si durificare structurala.
Din acest punct de vedere prezinta interes faptul ca modulul de elasticitate al acestor aliaje poate fi influentat de tratamentul termic aplicat in asa fel incat sa fie mai apropiat de cel al tesutului osos.
Brantley (1976) arata o variatie a modulului de elasticitate longitudinal in intervalul
E = 1600018000 daN/mm2.
Burstone (1977), efectuand incercari pe aliajul permacrom standard, a obtinut, functie de starea de tratament termic aplicat, urmatoarele caracteristici mecanice:
dupa calire de punere in solutie si imbatranire la 400 C, modulul de elasticitate
E = 14900 daN/mm2 si limita de elasticitate Re = 95 daN/mm2;
dupa calire de punere in solutie si imbatranire la 450 C, modulul de elasticitate
E = 16900 daN/mm2 si limita de elasticitate Re = 85 daN/mm2.
Yoshikawa (1981) a obtinut pentru acelasi aliaj valoarea modulului de elasticitate
E = 17500 daN/mm2.
Se poate concluziona, deci, ca modulul de elasticitate poate fi modificat intre 15600 si 20000 daN/mm2.
Astazi, tot mai multe oteluri inoxidabile comune sunt folosite pentru implanturi (316 si 316L). Categoria otelurilor inoxidabile austenitice au structura monofazica (solutie solida). Nu pot fi calite prin tratament termic, dar pot fi durificate prin deformare plastica la rece. Nu sunt magnetice si contin crom, nichel, molibden, mangan, siliciu, carbon, fosfor si sulf. Ultimele patru elemente sunt oligoelemente, cu o concentratie maxima de 0,75%, fiecare.
Aceste oteluri se ecruiseaza foarte repede, de aceea defomarea la rece necesita un tratament termic intermediar pentru a reinmuia metalul.
Temperatura foarte ridicata poate duce la formarea carburilor de crom la limita grauntilor, care duce apoi la coroziune. Tratamentele termice trebuie facute cu atentie. Nu este recomandata sudarea. De asemenea, rezulta o crusta de oxid pe suprafata metalului, care trebuie inlaturata prin tratament chimic (acid) sau prin curatire cu jet de nisip.
Se aplica urmatoarele prelucrari la rece si tratamente termice:
suprafata se slefuieste si se curata;
metalul este pasivizat (oxidat) cu acid azotic;
pentru implant, se spala, se impacheteaza si se sterilizeza.
Ecchivalenta unor oteluri inoxidabile
|
Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare |
Vizualizari: 3446
Importanta: 
Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved
