Structure of porous samples of Co-Cr-Mo alloy

• Autorzy: Oksiuta Z. , Dąbrowski J. R. , Ratuszek W.

Warianty tytułu

PL

Struktura porowatych próbek ze stopu Co-Cr-Mo

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of structural examination of porous Co-Cr-Mo alloy for bio-implants samples received after different stages of technological powder metallurgy (PM) process. The material tests were conducted on the powder obtained using the water atomization process and subsequent annealing in hydrogen, followed by green compacts sintering, rotary cold repressing (on PXW100A press), as well as the final heat treatment. The powder particles of the Co-Cr-Mo alloy, after water atomisation, have a dendritic alpha-Co phase structure with a small volume of the hexagonal phase. The annealing in hydrogen atmosphere develops the isothermal epsilon-martensite transformation (fcc→hcp). The process of the green compacts sintering at the temperature of 1150°C shows a homogenous alpha-Co fine-grained structure, but the mechanical properties of samples are not satisfactory. The rotary cold repressing process causes an increase in the density and a rise in the strength parameter and hardness of samples, but the volume of the hcp-phase structure increases to 90%. The volume of the hcp-phase structure consistently increases together with the number of the repressing rotations. The temperature of the final heat treatment exerts favourable changes on the phase structure and the mechanical properties of samples. The samples after solution treatment at the temperatures ranging from 1150°C to 1250°C obtained a homogenous alpha-Co structure, good ductility and the highest mechanical properties.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań strukturalnych próbek otrzymanych ze stopu Co-Cr-Mo na bio-implanty, metodą metalurgii proszków (MP), po różnych etapach procesu technologicznego. Badaniom poddano materiał wyjściowy - proszek po rozpyleniu wodą i wyżarzaniu w wodorze, następnie badano próbki po spiekaniu, doprasowaniu obwiedniowym na zimno oraz końcowej obróbce cieplnej. Bezpośrednio po rozpyleniu wodą cząstki proszku stopu Co-Cr-Mo mają dendrytyczną strukturę roztworu stałego alpha-Co (RSC) oraz niewielkie ilości fazy epsilo-Co. Proces wyzarzania proszku w wodorze w temperaturze 1000C powoduje, na skutek izotermicznej przemiany martenzytycznej, zwiekszenie udziału objetościowego fazy heksagonalnej. Po spiekaniu w temperaturze 1150°C i wolnym chłodzeniu wraz z piecem próbki, o porowatosci ok. 30%, posiadaja jednorodną strukturę alpha-Co, drobne ziarno stosunkowo słabe właściwości mechaniczne. Proces doprasowania spowodował znaczące zwiększenie gęstości, podwyzszenie wartości umownej granicy plastyczności oraz mikrotwardości, przy czym udział fazy heksagonalnej zwiekszył się wraz ze zwiekszeniem stopnia odkształcenia próbek.

Słowa kluczowe

EN

porosity; martensite transformation; Co-Cr-Mo

PL

porowatość; przemiana martenzytyczna; stop Co-Cr-Mo

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 49, iss. 4
• Strony: 949--960
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Oksiuta Z.

• Politechnika Białostocka, Wydział Mechaniczny, ul. Wiejska 45C, 15-351 Białystok

autor

Dąbrowski J. R.

• Politechnika Białostocka, Wydział Mechaniczny, ul. Wiejska 45C, 15-351 Białystok

autor

Ratuszek W.

• AGH Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30

Bibliografia

• [1] S. H. Teoh, Fatigue of biomaterials: a review, International Journal of Fatigue 22, 825-837 (2000)
• [2] B. S. Becker, J. D. Bolton, M. Youseffi, Production of porous sintered Co-Cr-Mo alloys for possible surgical implants application. Pari I: Compaction, sintering behaviour and properties. Powder Met. 3 201-208 (1995).
• [3] P. Huang, H. F. Lopez, Effects of grain size on development of athermal and strain induced ε-manensite in Co-Cr-Mo implant alloy. Mat. Sci. Techn. 15 157-163 (1999).
• [4] P. Huang, H. F. Lopez, Athermal ε-inurtensite in Co-Cr-Mo alloy: grain size effects. Mai. Letters 39 249-253 (1999).
• [5] Z. Bojar, Analiza wpływu struktury na odporność korozyjną i mechanizm pękania stopów kobaltu typu Vitalium. Rozprawa habilitacyjna WAT. Warszawa (1992).
• [6] L. Z. Zhuang, E. W. Langer, Effects of cooling rale control during the solidification process on the microstructure and mechanical properties of cast Co-Cr-Mo alloy used for surgical implants. J. Mat. Sci. 24 381-388, 4324-1330 (1989) .
• [7] A. T. Clemow, B. L Daniell, Solution treatment behaviour of Co-Cr-Mo alloy. Journal of Biomed. Mat. Research 2 265-279 (1979).
• [8] T. Kilner, M. R. Pilliar, G. C. Weatherly, C. Allibert, Phase identification and incipient melting in a cast Co-Cr surgical implant alloy. J Biomed. Mat. Res. 16 63-79 (1982).
• [9] L. Z. Zhuang, E. W. Langer, Effects of range the stress intensity factor on the appearence of localized fatigue fracture in cast Co-Cr-Mo alloy used for surgical implants. Materials Science and Engineering A 1029-12 (1988).
• [10] W. Ratuszek, Przemiany fazowe w kobalcie i jego stopach. Materiały niepublikowane. AGH, Kraków, 2000.
• [11] W. B. Pearson, Handbook of lattice spacing and structures of metals, Pergamon Press 2 (1967).
• [12] K. Rajan, B. Vander Sande, Room temperature strengthening mechanisms Co-Cr-Mo-C alloy. J Mat. Scie. 17 769-778 (1982).
• [13] P. Huang, H. P Lopez, Strain induced ε martensitc in Co-Cr- Mo alloy: grain size effects. Mat. Letters. 39 (1999) 244-248 (1999).
• [14] N. Cong Dahn, D. Morphy, K. Rajan, Kinetics of the martensitic fec-hcp transformation in Co-Cr-Mo alloy powders. Acta Metali. 32, 9 1317-1322 (1984).
• [15] J. R. Dąbrowski, J. Frydrych, H. Frydrych, W. Ratuszek, Effect of sintering on structure and properties of Vitalium type sintered materials. Archives of Metallurgy 46 1 81-92 (2001) .
• [16] L. Wojnar, J. R. Dabrowski, Z. Oksiuta, Porosity structure and mechanical properties of vitalium-type alloy for implants. Materials Characterization 46 221-225 (2001).
• [17] Z. Oksiuta, J. R. Dąbrowski, Rotary cold repressing and heat treatment of sintered materials from Co-Cr-Mo alloy powder. Powder Metallurgy 45. I 63-66 (2002).