Изменение структуры и свойств стали в зависимости от способа ее плавления

История изготовления несъемных конст­рукций зубных протезов уходит в далекое прошлое. В гробницах этрусков, живших в Италии в IX—VI вв. до н. э., найдены золотые протезы. Они были изготовлены

по относительно высокой технологии того времени и имели боль­шое сходство с современными протезами. К сожалению, техника изготовления протезов того времени до нас не дошла. Она была за­быта еще во времена средневековья. В эту эпоху—эпоху общего упадка науки и культуры — изготовленные зубные протезы были примитивными. Лишь в период Возрождения значительного раз­вития достигло ювелирное искусство, которое способствовало развитию и усовершенствованию методов изготовления зубных протезов.

Современное зубное протезирование развивается в двух направ­лениях:

1. Изыскание и применение материалов, которые обладали бы определенными физико-химическими, механическими и биологи­ческими свойствами, но в то же время являлись бы дешевыми и доступными для массового применения.

2. Индивидуальное изготовление целесообразной, наиболее полно возмещающей дефект конструкции зубных протезов. В свя­зи с этим в стоматологической практике применяют сплавы метал­лов, детали из которых изготавливают путем предварительного индивидуального моделирования репродукций из моделировочных материалов и последующей замены этих репродукций методом точного литья.

Поэтому большая роль в изготовлении зубных протезов, удов­летворяющих предъявляемые к ним современные требования, при­надлежит литейным по производству стоматологического литья.

42

Изготовление зубных протезов на стандартных заготовках не­оправдано, так как подгонка стандартных деталей под дефект зубного ряда не эффективна и связана с определенными трудно­стями. Стандартные заготовки невозможно точно припасовать к дефекту, что приводит к нарушению артикуляции, функциональ­ным и эстетическим недостаткам изготовления протезов. Часто не­достаток массы промежуточного звена протеза приходится ком­пенсировать припоем, что, с одной стороны, приводит к деформа­ции протезов, с другой,— к усилению процессов электролитической диссоциации металлов в полости рта, сопровождающихся образо­ванием гальванических токов и различных окислов металлов, вредно влияющих на организм.

Появившаяся тенденция к организации мелких, технически не­оснащенных литейных цехов при каждом стоматологическом уч­реждении, также не может обеспечить высокое качество продук­ции. Как правило, эти мелкие литейные цеха оснащены ацетилено-кислородными или электродуговыми литейно-плавильными при­способлениями. В результате такого литья происходит насыщение стали углеродом и выгорание некоторых других компонентов, что приводит к резкому изменению ее физико-химических, механичес­ких и других свойств, отрицательному биологическому влиянию на ткани полости рта. Целесообразно литье осуществлять в цен­трализованных литейных.

Отливка металлических деталей является сложным процессом,-состоящим из следующих этапов: изготовления восковой репро­дукции детали (восковой модели); установления литников и созда­ния литьевого блока; заготовки смеси, используемой для образо­вания облицовочного слоя модели; покрытия восковой репродук­ции детали облицовочной массой; изготовления литьевой формы (формовки моделей в кювете); выплавления воска, сушки и обжи­га литьевой формы; плавления сплава; заливки расплавленного металла в литьевую форму; охлаждения отливки и освобождения ее от формовочной массы и литников; термической обработки от­литых деталей.

Целью перечисленных этапов является обеспечение высокого качества отливаемой детали или протеза, которое может быть до­стигнуто только путем тщательного выполнения перечисленных пунктов в соответствии с существующими методиками. Не ме­нее важное значение для качественного изготовления деталей или протезов имеет способ плавления сплава, из которого отлита деталь.

В зуботехнической практике применяют много способов плавле­ния металла: плавление электрической дугой или кислородно-аце­тиленовым пламенем, плавление в крептоловой печи или электро­печах под действием тока высокой частоты.

43

Плавление металла электрической дугой и кислородно-ацетиле­новым пламенем является открытым видом плавки. В первом слу­чае температурный режим поддерживается при помощи графито­вых углей, во втором — плавление происходит за счет непо­средственного соприкосновения с плавящимся металлом пламени горящей смеси ацетилена и кислорода.

Плавление в крептоловой или электропечи является закрытым видом плавки. В крептоловой печи вокруг тигля с расплавляемым металлом образуются микродуги, которые и создают температуру, необходимую для плавления. В литейно-плавильных печах металл плавится под влиянием индукционных токов высокой частоты.

В настоящее время в зуботехнических учреждениях еще при­меняют перечисленные способы плавления металла, однако не­смотря на обеспечение температуры, достаточной для расплавле-ния сплавов, применяемых в стоматологической практике, струк­тура и свойства этих сплавов после литья значительно изменяют­ся, например, при плавлении электрической дугой увеличивается процентное содержание углерода и кислорода.

В зависимости от способа плавки изменяется и структура ме­талла. Например при плавлении хромоникелевой стали электри­ческой дугой на микрошлифе обнаруживается много посторонних включений, которые по своей природе можно отнести к кислороду и углеродным соединениям. На шлифах деталей, отлитых после плавления в крептоловой или .высокочастотной печи, посторонние включения не обнаруживаются, структура сплава близка к одно­родной.

При взаимодействии с 50 % раствором соляной, уксусной или молочной кислоты высокую устойчивость имеют отливки после плавления в высокочастотных и крептоловых печах. Отливки пос­ле плавления электрической дугой менее устойчивы, что объясня­ется повышенным содержанием углерода и кислорода в этих об­разцах.

При плавке кобальто-хромовой стали электрической дугой или кислородно-ацетиленовым пламенем содержание углерода и кис­лорода увеличивается (содержание углерода часто превышает 0,4 %). При плавке этой стали в высокочастотных и крептоловых печах процентное содержание углерода в сплаве существенно не меняется.

Существенное влияние на твердость, пластичность и однород­ность структуры металла оказывает характер охлаждения сплава после заливки в форму.

Высокая твердость, низкая пластичность и выраженная неод­нородность структуры сплавов (наличие карбидных образований) отмечаются при медленном охлаждении отливки. При быстром охлаждении сплавы сохраняют однофазное состояние без видимых

44

углеродных включений, отмечается невысокая твердость и хоро­шая пластичность. Объясняется это тем, что при медленном охла­ждении отливки имеется достаточно времени для протекания диф­фузных процессов, способствующих образованию карбидных сис­тем. При быстром охлаждении этот процесс подавляется, карбиды не успевают образоваться. Следовательно, для обеспечения одно­родной структуры сплава после отливки, сохранения его высоких физико-химических и механических свойств наиболее целесообраз­но выплавлять металл в высокочастотных литейно-плавильных печах с последующим быстрым охлаждением отлитых деталей.

Высокочастотные индукторные плавильные аппараты обеспе­чивают более высокое качество литья. Прежде всего, исключается науглероживание и выгорание некоторых компонентов сплава, ли­квидируется разрыв между периодом полного плавления металла и заливкой его в форму, а это исключает необходимость более вы­сокого нагрева сплава после расплавления с целью компенсации охлаждения массы в период подключения кюветы к литьевой фор­ме Расплавленный сплав заполняет горячую форму под большим давлением центробежной силы, что позволяет за счет расширения формовочной массы при ее нагревании компенсировать усадку сплава, а также резко понижает возможность образования уса­дочных раковин, возникающих вследствие того, что наружная по­верхность металла уже отвердела и образовалась твердая корка, а внутренняя еще охлаждается и получается как бы разрыв массы, т. е. раковина. Раковин будет тем больше, чем больше разница в температурном нагреве формы и сплава

При отливке деталей в аппарате ЛП 1—10 сплав заливают в форму, подогретую до 800—900 °С, поэтому охлаждение его проис­ходит более равномерно. При этом постоянное давление центро­бежной силы, оказываемое на охлаждающийся металл, почти пол­ностью исключает образование усадочных раковин.

Появившиеся первые образцы высокочастотных плавильно-ли-тейных установок еще слишком громоздкие, дорогостоящие, слож­ные по конструкции и требующие высокой технической подготов­ки лиц, обслуживающих аппарат. Недостатком этих установок яв­ляется отсутствие приспособлений, позволяющих контролировать температуру нагрева, в связи с чем может быть допущен перегрев сплава. (Перегрев повышает степень усадки металла, способствует образованию усадочных раковин, удлиняет период кристаллизации массы, что сказывается на аустенитности его структуры). Допус­кается перегрев массы не более чем на 100 °С выше точки его плавления.

Таким образом, стоматологическое литье требует максималь­ного внимания даже при тщательном соблюдении всех основных правил литейного производства, отлитые детали или протезы необ-

45

ходимо подвергать соответствующей дополнительной обработке для повышения их качества.

Как уже указывалось, для обеспечения однородности структу­ры сплава отлитые детали следует подвергать быстрому охлажде­нию Однако даже при быстром охлаждении отливок при темпе­ратуре 600...800 °С может возникнуть некоторая неоднородность структуры сплава. Во-первых, при этой температуре создаются наиболее благоприятные условия для соединения углерода и хро­ма (образование карбидов хрома). Это проявляется тем интенсив­нее, чем больше процентное содержание углерода в сплаве. Во-вторых, при быстром охлаждении не все железо успевает перейти из р- в а-состояние, поэтому находится в положении двухфазности Все это повышает электрическую активность протезов, понижает их прочность.

Возникшую неоднородность структуры сплава можно устранить термической обработкой детали или протеза, если они не подверга­лись пайке и процентное содержание углерода в них находится в пределах допустимых величин.

При проведении металлографического исследования беспаечных мостовидньгх протезов, отлитых из хромоникелевой нержавеющей стали, сразу после отливки и после соответствующей термической обработки в промежуточных звеньях протезов, не подвергшихся термической обработке (особенно в коронках этих протезов), вы­является двухфазная структура стали Встречаются участки ме­талла с выпадением карбидов хрома, что понижает механические и физико-химические свойства металла, обусловливает межкрис-таллитную коррозию, повышает электрический потенциал про­тезов.

Точность литья, гладкость его поверхности и чистота сплава зависят как от термостойкости, дисперсности и других качеств об­лицовочного слоя, так и от ряда других факторов. Важную роль играет изменение формы металла при переходе из расплавленного состояния в твердое (усадка). Усадка металла или сплава неиз­бежна в литейной технике, но ее можно компенсировать путем под­бора формовочной массы, имеющей коэффициент расширения, наи­более близкий к коэффициенту расширения сплава. Следует пом­нить, что коэффициент расширения формовочной массы зависит не только от физических свойств каждого из ее ингредиентов, но и от степени нагревания, а также от количества пластификатора, взятого для разведения массы.

Формовочные массы, основу которых составляют кварциты, имеют наибольшее расширение при нагреве до температуры 800 900 °С Степень расширения тем больше, чем меньше воды взято для разведения массы, т. е чем плотнее консистенция теста При больших разведениях формовочной массы водой максимальное

46

расширение наблюдается при более низкой температуре, но сте­пень расширения значительно ниже по сравнению с густо разведен­ной формовочной массой.

Для достижения наибольшего термического расширения фор­мы, необходимой для компенсации усадки металла, целесообразно в качестве наружного слоя литьевой формы применять сухой квар­цевый песок.