Ocena mikrostruktury odkuwki trzpienia endoprotezy stawu biodrowego ze stopu Ti6Al4V

• Autorzy: Krawczyk J. , Dąbrowski R. , Rożniata E. , Łukaszek-Sołek A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.5.25

Warianty tytułu

EN

Evaluation of the microstructure of a Ti6Al4V alloy hip joint endoprosthesis stem forging

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy oceniono jednorodność mikrostruktury finalnej odkuwki trzpienia endoprotezy. Ocena ta została wykonana na podstawie danych dotyczących symulacji numerycznej procesu kucia, eksperymentalnych badań cieplno-mechanicznych stopu Ti6Al4V oraz kinetyki przemian fazowych tego stopu. Mikrostrukturę w odkuwce odniesiono do pomiarów twardości. Oceniono również zmiany mikrostruktury w warstwie wierzchniej odkuwki. Kucie prowadzono w zakresie α + β z finalną obróbką cieplną w temperaturze 900°C. Odkuwka odznacza się niewielką niejednorodnością mikrostruktury. Zwiększenie przekroju odkuwki sprzyja niejednorodności oraz zmniejszeniu twardości. Odkuwka wykazuje słaby efekt tzw. „zabielenia” warstwy wierzchniej. Ze względu na mikrostrukturę oraz twardość należy uznać, że proces kształtowania trzpienia endoprotezy został wykonany poprawnie.

EN

The paper evaluates the homogeneity of the final microstructure of a forging of an endoprosthesis stem. The evaluation was performed on the basis of the data referring to a numerical simulation of the forging process, the experimental thermomechanical studies of the Ti6Al4V alloy as well as the phase transformations of this alloy. The microstructure of the forging was referred to the hardness measurements. Also assessed were the microstructure changes in the surface layer of the forging. The forging process was conducted within the range α + β, with the final thermal treatment at the temperature of 900°C. The forging characterized in a slight heterogeneity of the microstructure. An increase of the section of the forging favoured heterogeneity as well as a decrease of hardness. The forging exhibited a weak effect of the, so-called, „whitening” of the surface layer. In light of the obtained microstructure and hardness, one should assume that the endoprosthesis stem forming process was performed correctly.

Słowa kluczowe

PL

trzpień endoprotezy; Ti6Al4V; mikrostruktura; jednorodność; twardość

EN

endoprosthesis stem; Ti6Al4V; microstructure; homogeneity; hardness

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 5
• Strony: 318--323
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Krawczyk J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

autor

Dąbrowski R.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

autor

Rożniata E.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

autor

Łukaszek-Sołek A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Bibliografia

• [1] Marciniak J.: Biomateriały. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice (2002).
• [2] Świeczko-Żurek B.: Biomateriały. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk (2009).
• [3] Grosman F., Hetmańczyk M., Balin A., Toborek J.: Mechaniczne i materiałowe uwarunkowania rozwoju endoprotezoplastyki. Inżynieria Materiałowa 3-4 (1994) 73÷76.
• [4] Balin A.: Mechaniczne i materiałowe uwarunkowania stabilności i trwałości endoprotezy stawu biodrowego — studium zagadnienia. Inżynieria Materiałowa 2 (1998) 44÷52.
• [5] Fan N., Chen G. X.: Numerical study of squeaking suppresses for ceramic– on–ceramic hip endoprosthesis. Tribology International 48 (2012) 172÷181.
• [6] Fan N., Chen G. X., Qian L. M.: Analysis of squeaking on ceramic hip endoprosthesis using the complex eigenvalue method. Wear 271 (2011) 2305÷2312.
• [7] Ouenzerfi G., Massi F., Renault E., Berthier Y.: Squeaking friction phenomena in ceramic hip endoprosthesis: Modeling and experimental validation. Mechanical Systems and Signal Processing 58-59 (2015) 87÷100.
• [8] Ścigała K., Będziński R., Filipiak J., Chlebus E., Dybała B.: Application of generative technologies in the design of reduced stiffness stems of hip joint endoprosthesis. Archives of Civil and Mechanical Engineering 11 (3) (2011) 753÷767.
• [9] Konrads C., Wente M. N., Plitz W., Rudert M., Hoberg M.: Implantatschädigung durch Einsatz eines Hochfrequenzmessers. Analyse von vier Hüftendoprothesenschaftbrüchen. Orthopäde 43 (2014) 1106÷1110.
• [10] Mann M. A., Tanzer D., Tanzer M.: Severe metal-induced osteolysis many years after unipolar hip endoprosthesis. Clinical Orthopaedics and Related Research 471 (2013) 2078÷2082.
• [11] Bała P., Krawczyk J., Pawłowski B., Lipski A.: Analiza zmian mikrostruktury odkuwki ze stopu Ti-6Al-4V wywołanych lokalnym nagrzaniem do temperatury występowania fazy β. Inżynieria Materiałowa 4 (2012) 280÷283.
• [12] Krawczyk J., Karaś M., Łukaszek-Sołek A., Bała P., Śleboda T., Bednarek S.: Mikrostruktura odkuwek narzędzi chirurgicznych ze stopu tytanu. Inżynieria Materiałowa 4 (2012) 288÷291.
• [13] Świerczyńska-Machura D., Kieć-Świerczyńska M., Kręcisz B., Pałczyński C.: Alergia na składowe implantów. Alergia Astma Immunologia 9 (3) (2004) 128÷132.
• [14] Wallstabe R., Klinger C.: Cause of an implant fracture: Material or fabrication failure? Engineering Failure Analysis 25 (2012) 261÷270.
• [15] Mierzejewska Ż. A., Oksiuta Z.: Failure analysis of a femoral hip stem made of stainless steel after short time of exposure. Acta Mechanica et Automatica 8 (3) (2014) 146÷150.
• [16] Richter B. I., Kellner S., Menzel H., Behrens P., Denkena B., Ostermeier S., Hurschler Ch.: Mechanical characterization of nacre as an ideal-model for innovative new endoprosthesis materials. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery 131 (2011) 191÷196.
• [17] Fuis V., Janicek P., Houfek L.: Stress and reliability analyses of the hip joint endoprosthesis ceramic head with macro and micro shape deviations. IFMBE Proceedings vol. 23, Chwee Teck Lim, James C. H. Goh (Eds.). ICBME 2008 (2009) 1580÷1583.
• [18] Arbuthnot J. E., Cheung G., Balain B., Denehey T., Higgins G., Trevett M. C.: Replacement arthroplasty of the first metatarsophalangeal joint using a ceramic-coated endoprosthesis for the treatment of hallux rigidus. The Journal of Foot & Ankle Surgery 47 (6) (2008) 500÷504.
• [19] Dąbrowski R.: Analiza temperatur krytycznych oraz zmian twardości i mikrostruktury stopu Ti6Al4V przy chłodzeniu z zakresu dwufazowego α + β i jednofazowego β. Rudy i Metale Nieżelazne 55 (10) (2010) 708÷716.
• [20] Bylica A., Sieniawski J.: Tytan i jego stopy. PWN, Warszawa (1985).
• [21] Sińczak J., Bednarek S., Łukaszek-Sołek A., Chyła P., Wojtaszek M., Augustyn-Pieniążek J.: Kucie endoprotezy stawu biodrowego. Inżynieria Materiałowa 3 (187) (2012) 138÷141.
• [22] Krawczyk J., Łukaszek-Sołek A., Wojtaszek M.: Rola warunków odkształcenia w kształtowaniu się mikrostruktury stopu Ti6Al4V. Rudy i Metale Nieżelazne 58 (11) (2013) 619÷626.
• [23] Wieczerzak K.: Analiza wykresów CTPc wybranych dwufazowych stopów na osnowie tytanu. Praca dyplomowa magisterska, promotor R. Dąbrowski, AGH, Kraków (2014).
• [24] Łukaszek-Sołek A., Krawczyk J., Bała P., Sińczak J., Bednarek S., Lipski A.: Analiza przyczyn występowania wad kuźniczych w wyrobach ze stopu tytanu. Inżynieria Materiałowa 3 (187) (2012) 142÷145.