非平衡固溶的氮對316L奧氏體不銹鋼板力學(xué)性能和耐蝕性能的影響
時間:2019-06-13
作者:無錫不銹鋼板
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目前,用于骨折內(nèi)部固定的人工植入材料仍以奧氏體無錫不銹鋼居多,如AISI 304、AISI 316L等。因為該材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐蝕性能和成形性能,且成本較低。但植入的固定板由于過大的彎曲會造成斷裂。在無其它選擇的情況下只能增加固定板的厚度。但這對周圍的軟組織有不利影響。因此為保證足夠的強度需開發(fā)新的材料。本研究擬對316L奧氏體無錫不銹鋼采用固溶氮化處理(即高溫氣體氮化處理HTGN)的方法來改進材料的力學(xué)性能和耐蝕性能。氮的固溶能產(chǎn)生以下有利作用:1)強度提高,而塑性降低較少;2)馬氏體相變傾向減??;3)耐蝕性能,尤其是耐點蝕性能提高;4)對人體無害。固溶氮化處理是獲得高氮奧氏體無錫不銹鋼的簡單而有效的方法。但由于奧氏體狀態(tài)時固溶氮量很高。要達到完全平衡的固溶狀態(tài)需要很長的時間,尤其是板料較厚時。因此在實際生產(chǎn)中往往采用不完全固溶(即部分固溶)的方法。這就需要了解非平衡固溶的氮對材料性能的影響。在研究中采用不同的固溶時間來獲得不同的非平衡固溶氮量。然后考察處理時間對材料的力學(xué)性能和耐蝕性能的影響。
試驗用鋼的化學(xué)成分(wt.%)為:0.015C、0.46Si、0.79Mn、0.032P、0.001S、12.27Ni、17.0Cr、2.82Mo和0.014N。試驗用錠在900℃熱軋成10mm厚的板料,然后再冷軋成0.6mm厚的薄板。薄板試樣經(jīng)電解拋光后在1200℃進行高溫氣體氮化處理。氮氣壓力為0.1MPa。處理時間最長達36ks。試驗結(jié)果表明,對于0.6mm厚的試樣,達到氮完全平衡固溶需4.8ks,此時氮含量為0.46 wt.%。當(dāng)固溶時間增長,屈服強度很快(不到1ks)就能達到550MPa(這說明僅就達到一定屈服強度的角度而言,不需要很長的處理時間);而抗拉強度是逐步提高的,完全固溶時達900MPa,此時的均勻延伸率也達到最大。完全固溶和部分固溶的材料都顯示了很好的耐點蝕性能。這說明,只要材料表面吸收了足夠的氮原子,就能改善其耐蝕性能。因此固溶氮化處理的316L奧氏體無錫不銹鋼可能成為制作固定板的高效新材料。但為達到醫(yī)學(xué)應(yīng)用,還須作長期毒輔作用和耐受性等方面的進一步研究。