ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH STOPU CHROMO

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI
MECHANICZNYCH STOPU
CHROMO-KOBALTOWEGO
W ZALEśNOŚCI OD
TECHNOLOGII ODLEWANIA
Joanna Wasylów
Błędy
podczas
projektowania,
modelowania
i odlewania szkieletu koryguje się w kolejnych próbach
zakładania i zdejmowania gotowej protezy szlifując
i doginając ramiona klamrowe, a gdy metal ma obniŜone
własności mechaniczne prowadzi to często do złamania
ramienia bądź do znacznego obniŜenia jego trwałości
zmęczeniowej.
Odłamanie się nawet najdrobniejszego elementu
klamry niemal zawsze prowadzi do spadania protezy
z utrzymujących ją zębów, co czyni ją praktycznie
nieuŜyteczną, ponadto połknięcie odłamanego fragmentu
grozi pokaleczeniem przewodu pokarmowego, co ma
istotny wpływ na bezpieczeństwo eksploatacyjne.
Cel pracy
Celem pracy jest analiza właściwości mechanicznych
stopu Heraenium EH firmy Heraeus Kulzer stosowanego
do wykonywania protez szkieletowych w zaleŜności od
technologii odlewania.
Zakres pracy
W swojej pracy podjęłam się badania wpływu
technologii topienia na właściwości stopu Heraenium EH,
który jest stopem kobaltowo-chromowo-molibdenowym
stosowanym do odlewania protez szkieletowych. Do
odlania próbek zastosowałam trzy róŜne technologie
odlewnicze stosowane w technice dentystycznej tj. piec
indukcyjny z osłoną próŜniową, piec indukcyjny bez osłony
(w atmosferze powietrza) oraz piec ciśnieniowo-próŜniowy
z osłoną argonu, którego głównym zastosowaniem jest
topienie tytanu. Próbki odlano zachowując wszystkie etapy
technologiczne stosowane przy wykonywaniu zębowych
protez szkieletowych.
Plan badań eksperymentalnych
Dobór materiału
stop chromo-kobaltowy Heraenium EH
osłona argonu
w piecu
ciśnieniowo próŜniowym
osłona próŜni
w piecu
indukcyjnym
bez osłony
(powietrze)
w piecu
indukcyjnym
Zginanie I
Zginanie II
Rodzaje badań
ObciąŜenie ramion
klamrowych
Badania
mikroskopowe
Twardość
Wykonawstwo próbek
-
Proces zamiany modelu woskowego w odlew
metalowy jest skomplikowany, dlatego większość jego
etapów odbywa się w laboratorium protetycznym.
W odlewnictwie mają zastosowanie następujące etapy:
wykonanie modelu,
wykonanie formy odlewniczej przez zalanie modelu masą
ogniotrwałą,
wypalanie wosku,
topienie tworzywa na odlew,
zalewanie formy metalem,
uwolnienie modelu z masy ogniotrwałej,
oczyszczanie odlewów.
Próbki umocowane w pierścieniu odlewniczym.
Pierścień odlewniczy z umieszczonym w nim modelem.
Topienie i odlewanie metali
Po całkowitym związaniu masy przystępuje się do
wypalania pierścienia. Wypalanie słuŜy kilku celom –
usuwa wilgoć z formy odlewniczej, wypala matrycę
woskową, pozostawiając wolną przestrzeń w formie
odlewniczej, rozszerza formę, rekompensując kurczenie się
metalu w czasie stygnięcia. Następną czynnością jest
stopienie metalu i wtłoczenie go do formy odlewniczej.
Topienie metali lub ich stopów to proces ich przejścia w
stan ciekły. Do tego, aby moŜna było stopić metal jest
potrzebne urządzenie, które wytworzy wysoką temperaturę,
a następnie pozwoli wprowadzić stopiony metal do formy.
Wykorzystane do badań próbki zostały odlane w:
- piecu indukcyjnym bez osłony,
- piecu indukcyjnym w osłonie próŜni,
- piecu ciśnieniowo-próŜniowym w osłonie argonu.
Po odlaniu formy studzone są w temperaturze
pokojowej, następnie odlew wybija się z masy ogniotrwałej
i piaskuje. Końcowym etapem jest odcięcie kanałów
odlewowych przy pomocy specjalnej tarczy. W celu
uniknięcia wpływu obróbki mechanicznej na strukturę
próbek robi się to powyŜej zbiorniczków retencyjnych.
Próbki odlane i oczyszczone z masy ogniotrwałej przed odcięciem kanałów .
Próbki prostokątne odlane w trzech róŜnych osłonach po odcięciu kanałów.
Próbki klamrowe odlane w trzech róŜnych osłonach po odcięciu kanałów.
Po odcięciu kanałów w próbkach klamrowych
konieczne było umieszczenie ich zakończeń w tworzywie
akrylowym. Miało to na celu ułatwienie zamocowania próbek
w uchwytach maszyny wytrzymałościowej.
Omówienie wyników badań
Zginanie I
ZaleŜność sztywności na zginanie od rodzaju
odlewania/osłony dla siły obciąŜającej 390 N
sztywność [Nmm2]
8900
8831,52
8800
8700
8643,62
8597,88
8600
8500
osłona argonu
osłona próŜni
bez osłony
(powietrze)
rodzaj odlewania/osłony
ObciąŜanie ramion klamrowych
ZaleŜność sztywności ramienia klamrowego od
rodzaju odlewania/osłony
sztywność ramienia
klamrowego [N/mm]
30
22,5
25
17,5
20
15
12,5
10
5
0
osłona argonu
osłona próŜni
bez osłony
(powietrze)
rodzaj odlewania/osłony
Zginanie II
ZaleŜność modułu Young'a od rodzaju
odlewania/osłony
146769
moduł Young'a [MPa]
160000
140000
120000
114719
112215
100000
80000
60000
osłona argonu
osłona próŜni
bez osłony
(powietrze)
rodzaj odlewania/osłony
Twardość
ZaleŜność twardości próbek od rodzaju
odlewania/osłony
twardość Rockwella
[HRC]
32
30
30
29,2
28
25,7
26
24
22
20
osłona argonu
osłona próŜni
bez osłony
(powietrze)
rodzaj odlewania/osłony
Badania mikroskopowe
Zdjęcie metalograficzne próbki odlanej w osłonie argonu
w piecu ciśnieniowo-próŜniowym.
Zdjęcie metalograficzne próbki odlanej w osłonie próŜni
w piecu indukcyjnym.
Zdjęcie metalograficzne próbki odlanej bez osłony
(powietrze) w piecu indukcyjnym.
Wnioski
1.
2.
Przeprowadzone badania eksperymentalne pozwalają
na sformułowanie następujących wniosków końcowych:
najkorzystniejsze z punktu widzenia własności
mechanicznych jest odlewanie indukcyjne w osłonie
próŜniowej – potwierdziły to trzy róŜne metody
badawcze,
z
zastosowanych
metod
badawczych
(analiza
mikroskopowa, zginanie I płytek, zginanie II klamer,
badanie twardości) najwięcej informacji dostarczyło
zginanie ramion klamrowych,
3.
4.
5.
przeprowadzone badania modułu Young’a wskazują na
istotne róŜnice w odniesieniu do danych podawanych
przez producenta. Największą wartość modułu Young’a
równą 146769 MPa osiąga próbka odlana w piecu
indukcyjnym w osłonie próŜni,
badanie twardości lub mikrotwardości moŜe stanowić
szybką i skuteczną metodę oceny poprawności
wykonania ramion klamrowych,
otrzymane wartości sztywności ramion klamrowych za
pomocą metody uproszczonego zginania są zgodne
z wartościami literaturowymi.