RU2151588C1

RU2151588C1 - Denture alloy

Info

Publication number: RU2151588C1
Application number: RU99125301/02A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Волков; А.П. Шишов; С.Р. Ашмарин; кова И.В. Треть; И.В. Третьякова; В.С. Дуб; ховский А.Н. Р; А.Н. Ряховский
Original assignee: Волков Виталий Георгиевич; Шишов Анатолий Петрович; Ашмарин Сергей Рудольфович; Третьякова Ирина Владимировна; Дуб Владимир Семенович; Ряховский Александр Николаевич
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2000-06-27

Abstract

FIELD: stomatology. SUBSTANCE: alloy is composed of, wt.%: carbon, 0.4-0.5; silicon, 0.10-1.0; manganese, 0.01-0.60; chromium, 28.0-30.0; molybdenum, 4.5-6.0; vanadium, 0.01-0.3; niobium, 0.01-0.3; and cobalt, the balance. Content of chromium in relation to sum of vanadium and niobium concentrations varies from 50 to 150. EFFECT: increased load-bearing of denture with optimal combination of strength, elasticity, plasticity, hardness, and good repeatability of these characteristics. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к коррозионностойким сплавам на основе кобальта, предназначенных для отливки высоконагруженных зубных протезов съемного и несъемного типов, шинирующих аппаратов и др. стоматологических изделий, для которых необходима повышенная прочность, упругость и пластичность. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to corrosion-resistant cobalt-based alloys intended for casting highly loaded dentures of removable and non-removable types, splinting apparatuses and other dental products that require increased strength, elasticity and ductility.

Известна сталь, применяемая для зубных протезов 25Х18Н9C2 (см. ТУ 14-123553-78, ТУ 3М311047, 1983 г.). Known steel used for dentures 25X18H9C2 (see TU 14-123553-78, TU 3M311047, 1983).

Однако присутствие никеля в материалах, непосредственно контактирующих с человеческим организмом, крайне нежелательно, т.к. никель вызывает в организме аллергические и канцерогенные реакции и способствует развитию целого ряда заболеваний. However, the presence of nickel in materials directly in contact with the human body is extremely undesirable, because Nickel causes allergic and carcinogenic reactions in the body and contributes to the development of a number of diseases.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому объекту является сплав на основе кобальта, содержащий в следующем процентном отношении, мас. %:
углерод - 0,14
кремний - 0,67
марганец - 0,60
молибден - 5,4
хром - 27,3,
описанный в патенте Японии N 63-41976 (см. таблица 1 - прототип).The closest technical solution to the proposed facility is an alloy based on cobalt, containing in the following percentage, wt. %:
carbon - 0.14
silicon - 0.67
Manganese - 0.60
molybdenum - 5.4
chrome - 27.3,
described in Japanese patent N 63-41976 (see table 1 - prototype).

В ортопедической стоматологии для изготовления литых индивидуальных протезов широко применяются сплавы системы кобальт-хром-молибден-углерод, дополнительно легированные другими элементами. Эти сплавы должны отвечать установленным медико-биологическим и санитарно-гигиеническим нормам и обладать необходимым уровнем и воспроизводимостью физико-технических свойств, определяющих качество и эксплуатационные характеристики протеза. In prosthetic dentistry, alloys of the cobalt-chromium-molybdenum-carbon system, additionally alloyed with other elements, are widely used for the manufacture of cast individual prostheses. These alloys must meet established biomedical and sanitary-hygienic standards and have the necessary level and reproducibility of physical and technical properties that determine the quality and performance of the prosthesis.

Литейные свойства сплава должны обеспечивать получение бездефектных тонкостенных отливок с заданными геометрическими размерами. Сплав должен хорошо обрабатываться абразивным инструментом и полироваться. The casting properties of the alloy should provide defect-free thin-walled castings with specified geometric dimensions. The alloy must be well machined with an abrasive tool and polished.

Согласно международному стандарту ISO 6871 (часть 1), для обеспечения конструкционной прочности зубных протезов предел текучести (σ₀₂) и относительное удлинение (δ) сплава при испытаниях литых образцов на растяжение должны превышать соответственно 500 МПа и 1,5%. Эти значения предела текучести и относительного удлинения являются минимально допустимыми для всех типов протезов, отливаемых из кобальтовых сплавов. Для высоконагруженных зубопротезных конструкций, например бюгельных, как показала стоматологическая практика, оптимальные значения предела текучести находятся в интервале 600 - 670 МПа, относительное удлинение должно быть не менее 6%. Имеются также дополнительные требования к свойствам рассматриваемых материалов: твердость (HV10) должна превышать 400 ед., модуль упругости Юнга - 200000 н/мм.According to the international standard ISO 6871 (Part 1), to ensure the structural strength of dentures, the yield strength (σ ₀₂ ) and elongation (δ) of the alloy during tensile testing of cast specimens should exceed 500 MPa and 1.5%, respectively. These values of yield strength and elongation are the minimum acceptable for all types of prostheses cast from cobalt alloys. For highly loaded dental prosthetics, for example clasp, as dental practice has shown, the optimal values of yield strength are in the range of 600 - 670 MPa, the relative elongation should be at least 6%. There are also additional requirements for the properties of the materials under consideration: hardness (HV10) must exceed 400 units, Young's modulus of elasticity - 200,000 n / mm.

Сплав, описанный в выложенной заявке Японии N 62-146232 в литом состоянии обладает следующими свойствами. The alloy described in Japanese Patent Laid-Open No. 62-146232 in a cast state has the following properties.

Предел прочности (σ_в), МПа - 684
Предел текучести (σ₀₂), МПа - 540
Относительное удлинение (δ),% - 6,7
Твердость (HV10) - 295
Как видно из приведенных данных, сплав не отвечает требованиям, предъявляемым к сплавам для высоконагруженных протезов. Недостатками сплава являются, кроме того, плохая воспроизводимость механических свойств и полируемость.Tensile Strength (σ _in ), MPa - 684
Yield Strength (σ ₀₂ ), MPa - 540
Elongation (δ),% - 6.7
Hardness (HV10) - 295
As can be seen from the above data, the alloy does not meet the requirements for alloys for highly loaded prostheses. The disadvantages of the alloy are, in addition, poor reproducibility of mechanical properties and polishability.

Цель изобретения - создание сплава для отливки высоконагруженных протезов с оптимальным сочетанием прочности, упругости, пластичности, твердости и хорошей воспроизводимостью этих характеристик. The purpose of the invention is the creation of an alloy for casting highly loaded prostheses with an optimal combination of strength, elasticity, ductility, hardness and good reproducibility of these characteristics.

Поставленная цель достигается тем, что в сплав на основе кобальт, содержащий углерод, кремний, хром, молибден и марганец дополнительно введен ванадий и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод - 0,4 - 0,5
кремний - 0,1-1,0
марганец - 0,01 -0,60
хром - 28,0-30,0
молибден - 4,5 - 6,0
ванадий - 0,01 -0,30
ниобий - 0,01 - 0,30
кобальт - остальное,
а отношение содержания хрома к сумме концентраций ванадия и ниобия описывается выражением:
[%Cr] : ([%Nb]+[%V]) = 50 - 150.This goal is achieved by the fact that vanadium and niobium are additionally introduced into the cobalt-based alloy containing carbon, silicon, chromium, molybdenum and manganese in the following ratio of components, wt.%:
carbon - 0.4 - 0.5
silicon - 0.1-1.0
Manganese - 0.01 -0.60
chrome - 28.0-30.0
molybdenum - 4.5 - 6.0
vanadium - 0.01 -0.30
niobium - 0.01 - 0.30
cobalt - the rest,
and the ratio of the chromium content to the sum of the concentrations of vanadium and niobium is described by the expression:
[% Cr]: ([% Nb] + [% V]) = 50 - 150.

Содержание углерода в сплаве не должно быть меньше 0,4%, это необходимо для обеспечения требуемого уровня твердости, а при увеличении содержания углерода более 0,5% ухудшается обрабатываемость металла и снижается пластичность. Главное звено в достижении поставленной цели - введение ванадия и ниобия. Именно ванадий и ниобий обеспечивают получение требуемого сочетания прочностных и пластических характеристик, поэтому введение их в количестве менее 0,01% не дает желаемого результата. Увеличение же содержания ванадия и ниобия выше 0,3% приводит к снижению пластичности, а в случае ниобия ухудшается также и полируемость материала. Отношение содержания хрома к сумме концентраций ванадия и ниобия, равное 50-150, регулирует в сплаве содержание основных легирующих элементов с точки зрения получения заданной структуры и, как следствие этого, пластичности. При значении отношения менее 50, уровень пластичности ниже требуемого уровня, для значений выше 150 - при хороших показателях прочности и твердости очень низкие значения δ и ψ.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Сплавы выплавляли в вакуумной индукционной печи и отливали из них мерные шихтовые заготовки. Полученные заготовки переплавляли в высокочастотной литейной установке и жидкий металл заливали в нагретые керамические формы центробежным способом по технологии, принятой в стоматологических поликлиниках. Отлитые образцы испытывали в литом состоянии по методикам, рекомендованным в стандарте ИСО 6871.The carbon content in the alloy should not be less than 0.4%, this is necessary to ensure the required level of hardness, and with an increase in carbon content of more than 0.5%, the workability of the metal worsens and ductility decreases. The main link in achieving this goal is the introduction of vanadium and niobium. It is vanadium and niobium that provide the required combination of strength and plastic characteristics, so their introduction in an amount of less than 0.01% does not give the desired result. An increase in the content of vanadium and niobium above 0.3% leads to a decrease in ductility, and in the case of niobium, the polishability of the material also deteriorates. The ratio of the chromium content to the sum of the concentrations of vanadium and niobium, equal to 50-150, regulates the content of the main alloying elements in the alloy from the point of view of obtaining a given structure and, as a consequence of this, ductility. If the ratio is less than 50, the plasticity level is lower than the required level, for values above 150 - with good strength and hardness indicators, very low values of δ and ψ.
The invention is illustrated by the following examples. Alloys were smelted in a vacuum induction furnace and measured charge billets were cast from them. The obtained billets were remelted in a high-frequency foundry and liquid metal was poured into heated ceramic molds by the centrifugal method according to the technology adopted in dental clinics. Cast samples were tested in the molded state according to the methods recommended in ISO 6871.

Химический состав и свойства, предложенных и известных сплавов, приведены соответственно в табл. 1 и 2. The chemical composition and properties of the proposed and known alloys are given respectively in table. 1 and 2.

Как видно из представленных данных, прочностные, пластические свойства и твердость предложенного сплава превышают уровень свойств прототипа и отвечает всем требованиям, предъявляемым к кобальтовым сплавам для высоконагруженных зубопротезных конструкций. As can be seen from the data presented, the strength, plastic properties and hardness of the proposed alloy exceed the level of properties of the prototype and meets all the requirements for cobalt alloys for highly loaded denture designs.

Согласно результатам проведенных испытаний предложенный сплав обладает высокой коррозионной стойкостью и полностью соответствует санитарно-токсикологическим и медико-биологическим требованиям, предъявляемым к кобальтовым сплавам. According to the results of the tests, the proposed alloy has high corrosion resistance and fully complies with the sanitary-toxicological and biomedical requirements for cobalt alloys.

Claims

An alloy for cobalt-based dentures containing carbon, silicon, manganese, chromium and molybdenum, characterized in that it additionally contains vanadium and niobium in the following ratio, wt.%:
Carbon - 0.4 - 0.5
Silicon - 0.10 - 1.0
Manganese - 0.01 - 0.60
Chrome - 28.0 - 30.0
Molybdenum - 4.5 - 6.0
Vanadium - 0.01 - 0.3
Niobium - 0.01 - 0.3
Cobalt - Else
and the ratio of the chromium content to the sum of the concentrations of vanadium and niobium is determined by the expression
[% Cr]: ([% V] + [% Nb]) = 50 - 150.