空气环境对多次铸造的钴铬合金机械性能的影响2
来源:  时间:2007-05-10 10:23:59
结 果

  一、抗拉强度、伸长率、硬度:见附表

表1 各代试样的测试值(±s)

代数 抗拉强度(MPa) 伸长率(%) 维氏硬度
第一代 720.51±39.32 4.41±0.72 432.4±29.6
第二代 697.17±77.47 3.81±0.51 448.2±27.7
第三代 672.50±65.39 3.27±0.38 456.6±34.7

  抗拉强度、硬度:第二代、第三代与第一代作两样本均数的t检验比较,结果为差异无 显著性(P>0.05)。

  伸长率:第二代、第三代与第一代作两样本均数的t检验,结果表明第一代与第三代的差异有显著性(P<0.05),余者差异不显著。

  二、铸件内部气孔和非金属性夹杂杂物情况

  第一代合金内部很少有气孔和非金属性夹 杂物存在。而第二代、第三代有些区域有,部位不定,铸造的代数增加,这种改变愈明显。

  三、晶粒结构

  显微镜下观察,第一代合金的晶粒大小较一致,排列有序,其晶粒总面积较多,每个晶粒周围的晶粒数较大。第二代、第三代合金内部有些区域的晶粒大小不一 致,排列无序,铸造次数增加,这种现象愈明显。

  四、化学成分分析

  如表2所示,钴铬合金经反复熔铸,铝、硅、 铁等元素被氧化,所占百分比逐渐减少,钴、铬等元素相对稳定,碳、氮等含量增加。

表2 各代合金的化学成分百分比

代数 铝Al 硅Si 铁Fe 钙Ca 氮N 碳C 铬Cr 钴Co 镍Ni 钠Na 钼Mo 硫S
第一代 0.11 0.59 0.19 0.06 0.03 1.15 38.62 56.75 0.11 0.05 0.06 1.05
第一代 0.06 0.43 0.17 0.04 0.05 1.28 38.59 57.91 0.05 0.01 0.05 1.11
第三代 0.02 0.11 0.04 - 0.06 1.37 38.62 58.02 0.06 - 0.05 1.24

  讨 论

  1. 抗拉强度:第一代合金的晶粒大小均匀,排列有序,每个晶粒周围的晶粒数较多, 同样的形变量可分散在更多的晶粒间发生,而不致形成局部的应力集中,引起裂纹的过早产 生和发展,材料的抗拉强度值高。

  钴铬合金熔化时能溶解一些空气中的氧、氮和氢,这些气体的溶解度在合金凝固时突然降低,超过固溶极限的气体必然析出并可能形成小气孔[3]。另外,合金于空 气中反复熔铸,生成的氧化物增加。因此,铸件的体积越大,熔铸的次数越多,内部的气孔 及非金属性夹杂物也越多[4],这会导致合金抗拉强度的降低。

  金属在循环应力作用下,在该应力的最大值远小于材料静拉断裂所需最小应力的情况下 ,就能产生疲劳破坏[5]。人们日常的咀嚼活动,对于钴铬合金铸造的可摘义齿的 基托,连接杆等就是多次的应力循环[6]。空气环境中多次铸造的合金内部某些区 域晶粒结构紊乱现象加剧,气孔及非金属性夹杂物增加,这些缺陷出现在修复体的表面或靠 近表面比远离表面或位于铸件中心更危险[7]。义齿受力时会形成应力集中,萌生 裂纹,过早出现疲劳断裂。另外,修复体表面的小气孔一旦形成还会使菌斑附着,食物残渣 聚集,影响患者的口腔卫生,临床使用空气环境的剩余钢一定要慎重。

  2. 伸长率:伸长率是衡量合金塑性的主要指标。塑性变形的实质是合金内部的晶粒发 生了拉长的不可恢复的变形,每个晶粒在拉长时必然会受到它周围晶粒的约束和障碍,各晶 粒必须相互协调,相互适应才能发生变形。若合金晶粒结构较均匀一致,彼此适应力强,断 裂前可有较大的塑性形变量,伸长率高。

  如果铸造可摘义齿的合金塑性差, 临床上根据需要调整卡环时很困难, 且易产生加工硬化现象,随着变形量的增大,金属的塑性变形抗力迅速增大,塑性显著下降[8] 。再使用这种修复体,固位不良,还可出现部分断裂,产生其它对口腔软硬组织的不良影 响。因此临床上不应再使用空气第二代的钴铬合金铸造各种修复体。

  3. 硬度:空气环境,合金反复熔铸的高温,可使空气中的碳、氮等成分在合金表面产 生气相反应,生成活性碳原子、氮原子,而后向合金内部扩散。碳虽是微量,却影响较大, 它可与钴、铬形成多种碳化物,氮也极易与合金中的铝、铬、钼等形成硬度高而且非常稳定 的氮化物,这些成分的存在提高了合金的硬度和耐磨性。

 
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