- •Лекция№1 Металлы. Область применения в медицине. Углеродистые, легированные, коррозионностойкие, инструментальные стали.
- •Свойства, классификация и маркировка сталей.
- •Углеродистая сталь
- •Классификация стали.
- •Углеродистые стали
- •Легированные стали
- •Лекция №2
- •Лекция №3 Благородные металлы и сплавы на их основе
- •Коррозионностойкие сплавы
- •Углерод
- •Металлы с памятью формы
- •Лекция№4
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:
-
Конструкционные
-
Инструментальные (режущие инструменты, измерительные инструменты, штампы)
-
Стали с особыми физ.-хим. свойствами ( жаропрочные, коррозионностойкие, с особ. магнитными свойствами)
По химическому составу:
-
углеродистые
-
легированные(Cr, Ni)
По качеству: (определяется способом выплавки стали)
-
Обыкновенного качества (повыш. содерж. нежелательных примесей - сера до 0,6%, фосфор до 0,08%)
-
Качественные(S и F <0,035%)
-
Высококачественные (электропечи, S и F <0,025%)
-
Особовысококачественные(электрошлаковый переплав + вакуумирование, S и F <0,015%)
Качество определяется по способу выплавки стали(влияет на содержание серы и фосфора)