Общество с ограниченной ответственностью "Медар-Сервис"
Приоритеты:
подача заявки: 2003-03-31
публикация патента: 27.02.2004
Изобретение относится к области металлургии, в частности к коррозионно-стойким сплавам на основе кобальта, предназначенным для отливки каркасов бюгельных и цельнолитых зубных протезов, а также других изделий, для которых необходимы высокие прочность, твердость, упругость и пластичность. Техническим результатом изобретения является увеличение выхода годного при горячем переделе до 75-80% при сохранении высокого уровня механических и литейных свойств, а также коррозионной стойкости. Сплав содержит углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, железо, кобальт и неизбежные примеси, иттрий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,35-0,50, кремний 0,6-1,3, марганец 0,3-0,8, хром 27,5-30,0, молибден 4,0-6,0, никель не более 0,6, железо не более 0,4, иттрий 0,001-0,020, бор 0,001-0,020, кобальт и неизбежные примеси остальное, при этом содержания углерода, хрома, молибдена, а также кремния и марганца связаны следующими зависимостями: [%C]+[%Cr]+[%Мо]=32,536,0, [%Si]+[%Mn]=1,02,0. 2 табл.
Формула изобретения
Сплав на основе кобальта для зубного протезирования, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, железо, отличающийся тем, что для повышения горячей деформируемости он дополнительно содержит иттрий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:Углерод 0,35-0,50Кремний 0,6-1,3Марганец 0,3-0,8Хром 27,5-30,0Молибден 4,0-6,0Никель Не более 0,6Железо Не более 0,4Иттрий 0,001-0,020Бор 0,001-0,020Кобальт и неизбежные примеси Остальноепри этом суммарное содержание углерода, хрома и молибдена, а также кремния и марганца связаны следующими зависимостями:[%С]+[%Сr]+[%Мо]=32,536,0;[%Si]+[%Mn]=1,02,0.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области металлургии, в частности к коррозионно-стойким сплавам на основе кобальта, предназначенным для отливки каркасов бюгельных и цельнолитых зубных протезов, а также других изделий, для которых необходимы высокие прочность, твердость, упругость и пластичность.Известен сплав для зубных протезов, содержащий, мас.%:Углерод 0-0,3Кремний 1,0-2,0Марганец 0-1,5Хром 20-35Молибден 2,0-8,0Железо 0,3-2,0Церий и/или иттрий 0,3-1,5Кобальт и неизбежные примеси Остальное(Патент ФРГ № 3436118, МПК С 22 С 19/07, опубл. 30.05.1985 г.).Этот сплав имеет следующие механические свойства:Предел текучести, 0,2, МПа 350-570Относительное удлинение 5, % 4,1-16,4Твердость по Виккерсу HV 10 270-310В соответствии с международным стандартом ISO 6871-1-94 “Стоматологические литейные сплавы на металлической основе. Часть 1. Сплавы на основе кобальта” и Российским стандартом ГОСТ Р 51389-99 “Заготовки из коррозионно-стойких сплавов на основе кобальта для ортопедической стоматологии” для обеспечения надежности зубных протезов предел текучести сплавов в литом состоянии должен быть не менее 500 МПа при удлинении не менее 3,0%. Кроме того, в вышеупомянутых стандартах указаны следующие требования к химическим составам: Cr+Со+Ni85%, при этом Сr25%, а Мо4%.Однако, как показала практика ортопедической стоматологии, для каркасов бюгельных протезов предел текучести кобальтового сплава должен быть не менее 600 МПа, а твердость по Виккерсу не менее 350 HV 10.Как следует из приведенных выше свойств, данный сплав не отвечает современным требованиям, предъявляемым к стоматологическим сплавам для высоконагруженных бюгельных протезов.Кроме того, содержание железа до 2,0% может привести к увеличению усадки сплава при литье и не обеспечит получение точной отливки ажурных каркасов бюгельных протезов.Известен сплав для зубных протезов на основе кобальта, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:Углерод 0,4-0,5Кремний 0,1-1,0Марганец 0,01-0,6Хром 28-30Молибден 4,5-6,0Ванадий 0,01-0,3Ниобий 0,01-0,3Кобальт Остальноепри этом отношение содержания хрома к сумме концентраций ванадия и ниобия определяется выражением[%Ск]:([%V]+[%Nb])=50150(Патент РФ №2151588 МПК А 61 К 6/04 С 22 С 19/07, опубл. 27.06.2000 г.).Данный сплав в соответствии с описанием изобретения имеет следующие механические свойства:Предел прочности в, МПа ~840Предел текучести, 0,2, МПа ~665Относительное удлинение, , % ~7,6Твердость HV 10 ~420Этот сплав имеет повышенный уровень механических характеристик по сравнению с первым аналогом и близок по химическому составу к предлагаемому объекту изобретения.Из описания этого аналога следует- сплав поставляется в мерных заготовках, получаемых непосредственно методом литья в вакуумной индукционной печи,- содержит в своем составе упрочняющие добавки ванадия и ниобия.Однако при производстве зубопротезного сплава по другой технологической схеме с использованием деформации при металлургическом переделе, как предполагает объект изобретения, а именно: выплавка слитка в вакуумной индукционной печи, его горячая пластическая деформация методом свободной ковки или прокатки на пруток с последующей резкой прутка на небольшие мерные заготовки, удобные для литья зубных протезов, - в этом случае легирование сплава ванадием и ниобием - будет затруднять пластическую деформацию металла в горячем состоянии, что неизбежно приведет к снижению выхода годного при металлургическом переделе.Кроме того, в составе сплава не указано (не оговорено) содержание таких элементов как никель и железо, которые являются спутниками кобальта в шихте и непременно присутствуют в его составе как примеси.Известно, что никель в сплаве может привести к возникновению в организме пациента аллергических реакций, а железо - к увеличению усадки сплава при отливке зубных протезов.Наиболее близким аналогом по совокупности элементов является сплав для зубных протезов на основе кобальта, содержащий следующие компоненты, мас.%:Углерод 0-0,4Кремний 0,1-5,0Марганец 0,01-8,0Хром 25-35Молибден 1,0-8,0Ниобий 0,1-5,0Никель 0-0,3Железо 0-1,0Кобальт и неизбежные примеси ОстальноеСплав может дополнительно содержать медь в количестве 0,1-5,0 мас.% (Международная заявка WO 85/04576, МПК А 61 К 6/04, опубл. 24.10.1985 г. - прототип).Свойства сплава следующие:Предел текучести, 0,2, Н/мм2 560-680Относительное удлинение, , % 5-11Твердость HV 10 290-410Данный сплав, так же как и предыдущий, обладает достаточно высоким уровнем механических свойств, однако тоже содержит в своем составе ниобий и может содержать медь до 5% каждого, которые снижают высокотемпературную технологическую пластичность сплава при металлургическом переделе от слитка на пруток.Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании сплава на основе кобальта для зубных протезов, сочетающего следующий комплекс свойств:- высокотемпературную технологическую пластичность, обеспечивающую хорошую деформируемость металла при металлургическом переделе (от слитка до прутка) с использованием методов ковки и/или прокатки;- высокие литейные и механические, в том числе прочностные, характеристики;- коррозионную стойкость и нетоксичность.Техническим результатом изобретения является увеличение выхода годного при горячем переделе до 75-80% при сохранении высокого уровня механических и литейных свойств, а также коррозионной стойкости.Указанный технический результат достигается тем, что сплав для зубного протезирования, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, железо, кобальт и неизбежные примеси, согласно изобретению дополнительно содержит иттрий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:Углерод 0,35-0,50Кремний 0,6-1,3Марганец 0,3-0,8Хром 27,5-30,0Молибден 4,0-6,0Никель Не более 0,6Железо Не более 0,4Иттрий 0,001-0,020Бор 0,001-0,020Кобальт и неизбежные примеси Остальноепри этом содержания углерода, хрома, молибдена, а также кремния и марганца, связаны следующими зависимостями:[%С]+[%Сr]+[%Мо]=32,536,0[%Si]+[%Mn]=1,02,0При содержании углерода менее 0,35% снижается твердость сплава, а увеличение содержания углерода свыше 0,5% приводит к его охрупчиванию и ухудшению обрабатываемости.Снижение содержания кремния менее 0,6% не обеспечивает коррозионную стойкость и литейные свойства сплава, а увеличение содержания кремния свыше 1,3% нецелесообразно, так как может привести к образованию легкоплавких эвтектик и охрупчиванию сплава.Содержание марганца менее 0,3% не обеспечивает жидкотекучесть сплава, а свыше 0,8% - ухудшает его механические характеристики.Хром при его содержании в сплаве менее 27,5% не обеспечивает необходимую твердость и высокую коррозионную стойкость сплава, а свыше 30% - снижает характеристики пластичности.Содержание молибдена в количестве менее 4% - не соответствует требованиям стандартов на стоматологические кобальтовые сплавы (см. выше), а в количестве свыше 6% увеличивает температуру плавления сплава.Содержание в сплаве никеля более 0,6% может привести к возникновению аллергических реакций при использовании зубных протезов пациентами, особо чувствительными к никелю.Железо в количестве более 0,4% увеличивает усадку сплава при литье.Микролегирование бором и иттрием в количествах менее 0,001% неэффективно, а свыше 0,020% нецелесообразно, но в указанных пределах от 0,001 до 0,020% каждого обеспечивают получение литой структуры сплава с относительно чистыми границами зерен, что дополнительно увеличивает способность сплава к горячей пластической деформации и тем самым увеличивает выход годного при металлургическом переделе.Сумма легирующих элементов углерода, хрома и молибдена менее 32,5% не обеспечивает получение высоких прочностных характеристик, а свыше 36,0% - приводит к снижению горячей деформируемости и выхода годного при металлургическом переделе сплава.Легирование кремнием и марганцем в сумме менее 1,0% - неэффективно, а свыше 2,0% ухудшает деформируемость сплава в горячем состоянии.Изобретение иллюстрируется следующими примерами:Сплавы отливали со строгим режимом технологии в вакуумно-индукционной печи на чистой шихте с разливкой в слиток. Слиток после высокотемпературного нагрева ковали на молоте на пруток, который впоследствии резали на мерные заготовки по ~15 грамм. Из этих заготовок центробежно-литым способом по технологии, принятой в зубопротезных лабораториях стоматологических клиник, отливали в соответствии с ИСО 6871-1-94 и ГОСТ Р 51389-99 образцы, которые затем испытывали по методикам, рекомендованным в вышеупомянутых стандартах.Химический состав и свойства предложенных и известного сплавов приведены соответственно в таблицах 1 и 2. Прочностные и пластические свойства предложенных сплавов соответствуют уровню свойств прототипа (см. таблицу 2).Горячая пластическая деформация сплава от слитка до прутка показала, что выход годного для предложенных составов №1-3 составил 75-80%, что на 30% выше этого же показателя для известного сплава (прототипа).Проведенные коррозионные, санитарно-химические и токсикологические испытания предложенного сплава показали, что он полностью отвечает всем современным требованиям, предъявляемым к сплавам для зубного протезирования.Таким образом, предложенный сплав по механическим характеристикам не уступает прототипу и по технологичности при металлургическом переделе его превосходит.