DE2621789C2 - Verfahren zur Wärmebehandlung einer Kobalt-Gußlegierung - Google Patents
Verfahren zur Wärmebehandlung einer Kobalt-GußlegierungInfo
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Description
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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung einer Gußlegierung als
Werkstoff für chirurgische Implantate und dentale Prothetik, der 20 bis 40% Chrom, 2 bis 12% Molybdän, bis zu
2% Silizium, bis zu 5% Mangan, bis zu 1% Kohlenstoff und 0,1 bis 1% Stickstoff, Rest Kobalt mit den üblichen
herstellungsbedingten Verunreinigungen enthält.
Zum Stand der Technik gehört es, als metallischen Werkstoff für chirurgische Implantate nichtrostende
Stähle, Co-Cr-Mo-Legierungen, Co-Cr-W-Ni-Legierungen, unlegiertes Titan oder Ti-Al-V-Legierungen zu
verwenden. Für die Dental-Prothetik kommen überwiegend die schon genannten Co-Cr-Mo-Legierungen, Co-Cr-Ni-Mo-Legierungen
und Co-Ti-Cr-Legierungen sowie sowohl Edelmetalle als auch deren Legierungen zum Einsatz. Für den Einsatz im menschlichen Körper
müssen an alle metallischen Werkstoffe hohe Anforderungen gestellt werden. Sie sollen nicht nur gute
mechanische Eigenschaften und besondere Korrosionsbeständigkeit aufweisen, sondern auch so beschaffen
sein, daß sie unter den im menschlichen Körper vorhandenen Bedingungen keine toxischen Gewebereaktionen
verursachen. Auch sollten sich diese metallisehen Werkstoffe leicht zu komplizierten körpergerechten
Formen verarbeiten lassen und nicht zu teuer sein.
Die bekannten metallischen Werkstoffe werden diese Forderungen nicht immer ausreichend gerecht. So sind
z. B. bei chirurgischen Implantaten und Zahnprothe- so sen, die aus diesen Werkstoffen bestehen, gelegentlich
Brüche aufgetreten, die auf ungenügende Duktilität und Dauerbelastbarkeit zurückzuführen sind. Auch sind bei
ihrem Einsatz Korrosionsangriffe und toxische Gewebereaktionen beobachtet worden. Die Anwendung
von Edelmetallen ist entsprechend teuer.
Eine eingehende Untersuchung des Aushärtungsverhaltens von stickstofffreien Kobalt-Chrom-Legierungen,
d?e bei 12000C lösungsgeglüht, danach in Wasser
abgeschreckt und zwischen 2 und 100 Stunden bei 600, 700, 800 und 10000C ausgelagert worden sind, ist in
Kobalt, Nr. 27, Juni 1965, S. 55 ff., beschrieben. Der
Zusammenfassung dieser Veröffentlichung kann man entnehmen, daß eine verstärkte Ausscheidung stabiler
Carbide, die bei einer Hochtemperaturbehandlung der Legierung bei Temperaturen über 10000C einsetzt, eine
Erhöhung der Härte mit sich bringt Diese Ausscheidungen befinden sich überwiegend auf den Korngrenzen
und verschlechtern dadurch die Duktilität und die Dauerbelastbarkeit des Werkstoffes entscheidend, was
für medizinische Zwecke nicht zulässig ist
Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Implantat-Gußlegierungen auf Kobalt-Chrom-Molybdän-Basis
ist es bereits vorgeschlagen worden, über den üblicherweise als Verunreinigung vorliegenden
Stickstoffgehalt hinaus den Gehalt an Stickstoff zu erhöhen, jedoch die Summe des Gehalts an Kohlenstoff
und Stickstoff auf 0,7% zu beschränken (DT-AS 22 25 577). Es ist ferner bekannt (Technische Rundschau
Sulzer, 1974, S. 235), daß man durch eine geeignete Wärmebehandlung die Eigenschaften von stickstofffreien
Co-Cr-Mo-Legierungen beeinflussen kann. Solche Wärmebehandlungen haben jedoch bei den herkömmlichen
Legierungen dieser Art den Nachteil, daß die Verbesserung der Duktilität (Bruchdehnung) mit
einer Verschlechterung der Festigkeitswerte (0,2-Dehngrenze, Zugfestigkeit, Härte) verbunden ist Bei stickstoffhaltigen
Co-Cr-Mo-Legierungen waren bei Anwendung einer Wärmebehandlung ähnliche Ergebnisse
zu erwarten.
Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, daß bei
der Anwendung einer Wärmebehandlung bei Gußlegierungen, die aus 20 bis 40% Co, 2 bis 12% Mo, bis zu 2%
Si, bis zu 5% Mn, bis 1% C und 0,1 bis 1% N, Rest Kobalt,
bestehen, mechanische Eigenschaften erreicht werden können, die günstiger sind als die der bisher bekannten
Legierungen, und zwar dann, wenn nach dem Erschmelzen der Legierung diese bzw. die daraus gegossenen
Teile für chirurgische Implantate und dentale Prothetik einem Lösungsglühen bei über 10000C unterzogen
und danach so rasch abgeschreckt wird bzw. werden, daß die Rückbildung von Ausscheidungen im
Gefüge verhindert wird. Vorteilhafterweise wird die Wärmebehandlung in einer Schutzgasatmosphäre und
vorzugsweise das Lösungsglühen bei Temperaturen um 12000C vorgenommen. Zweckmäßigerweise beträgt die
Dauer des Lösungsglühens etwa 1 Stunde.
Insbesondere zeichnet sich die wärmebehandelte Gußlegierung durch eine jeweils hohe Zugfestigkeit,
Dauerbiegewechselfestigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Spaltkorrosionsbeständigkeit, aus.
Nach der Erfindung sind z. B. die in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengestellten Legierungen der
erfindungsgemäßen Wärmebehandlung unterzogen worden. Dabei haben sich die in Tabelle 2 angegebenen
mechanischen Eigenschaften erzielen lassen.
Chemische Zusammensetzung
% Mo % Cr
% Mo % Cr
% Mn
% Si
%C
%N
%Co
33
32
0,85
0,85
0,85
0,20
0,19
0,19
0,25
0,24
0,24
Rest
Rest
Rest
Fortsetzung
Nr.
Chemische Zusammensetzung % Mo % Cr
%Mn
% C
%N
%Co
9 10 11
6,75
6,75
6,75
9 10 11
31
27
30
31,5
24
27
22
20
18
Nr. Mechanische Eigenschaften
(N/mm2) (N/mm2) (
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
680 615 620 635 670 655 645 680 625 625 590
1110 1030 1180 1160 1180 1125 1040 1100 980 1010 1000
30,8 25,0 27,5 33,0 25,0 30,8 18,5 21,7 12,5 14,5 14,0
1
1
1
1,4
1
1
1,4
Härte (HB)
285 321 285 310 306 313 317 321 309 299 309
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,19
0,21
0,20
0,23
0,18
0,19
0,18
0,17
0,18
0,21
0,20
0,23
0,18
0,19
0,18
0,17
0,18
0,25 0,21 0,23 0,26 0,16 0,20 0,14 0,12 0,10
Rest Rest Rest Rest Rest Rest Rest Rest Rest
Aus der Tabelle 2 ergibt sich, daß durch die Anwendung der Erfindung bei etwa gleichen 0,2-Dehngrenzen
gegenüber den Legierungen nach der DT-AS 22 25 577 deutlich bessere Zugfestigkeit erreicht werden. Auffallend
ist besonders die hohe Duktilität (Bruchdehnung), die Werte erreicht, die mehr als 30% betragen. Auch
2"> haben empfindliche elektrochemische Untersuchungen
gezeigt, daß Legierungen der angegebenen Zusammensetzung nach der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung
eine hohe Beständigkeit gegenüber gleichmäßiger Flächenkorrosion und Lochkorrosion besit-
jn zen, ganz besonders aber jedoch eine für die medizinische
Anwendung erwünschte hohe Beständigkeit gegen Spaltkorrosion.
Die bei Gußlegierungen der angegebenen Art der vorgeschlagenen Wärmebehandlung festgestellten Verbesserungen
sowohl hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften als auch der Widerstandsfähigkeit gegen
Korrosionsangriffe lassen diese auch geeignet für andere Zwecke erscheinen, bei denen es auf hohe
Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit ankommt.
Claims (3)
1. Verfahren zur Wärmebehandlung einer Gußlegierung als Werkstoff für chirurgische Implantate
und dentale Prothetik, der 20 bis 40% Chrom, 2 bis 12% Molybdän, bis zu 2% Silizium, bis zu 5% Mangan,
bis zu 1% Kohlenstoff und OJ bis 1% Stickstoff, Rest Kobalt mit den üblichen herstellungsbedingten
Verunreinigungen enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung nach dem Erschmelzen zur Homogenisierung des Gefüges einem Lösungsglühen
bei Temperaturen über 10000C unterzogen und danach rasch abgeschreckt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Lösungsglühen bei 12000C.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Lösungsglühens
etwa eine Stunde beträgt.
10
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