DE19704530C2 - Verwendung einer nickelfreien, austenitischen Kobaltbasislegierung - Google Patents
Verwendung einer nickelfreien, austenitischen KobaltbasislegierungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer nickelfreien,
austenitischen Kobaltbasislegierung mit hoher Korrosionsbe
ständigkeit und guter Umformbarkeit als Werkstoff für Be
darfsgegenstände des täglichen Gebrauchs.
Für Bedarfsgegenstände des täglichen Gebrauchs, bei denen un
ter anderem Korrosionsbeständigkeit, gute Umformbarkeit und
Nichtmagnetisierbarkeit gefordert werden, werden üblicher
weise austenitische rostfreie Stähle eingesetzt. Diese Stähle
sind Legierungen, die neben Eisen als Hauptbestandteil noch
Chrom, Nickel und Molybdän enthalten.
Für höchste Ansprüche an die Korrosionsbeständigkeit werden
austenitische Legierungen auf Kobaltbasis eingesetzt. Da die
se Legierungen alle Nickel enthalten, besteht die Gefahr des
Auftretens einer sogenannten Nickelallergie, wenn die daraus
hergestellten Bedarfsgegenstände mit der Haut in Berührung
kommen. Insbesondere besteht diese Gefahr einer Nickelaller
gie bei Brillengestellen, Ohrsteckern, Armbanduhren sowie bei
medizinischen Implantaten.
Um die Gefahr des Auftretens einer Nickelallergie prinzipiell
auszuschließen, besteht daher seit langem der Wunsch nach der
Schaffung einer nickelfreien Legierung, die die wesentlichen
Eigenschaften der aus der eingangs genannten austenitischen
rostfreien Stähle aufweist.
Nickelfreie austenitische Legierungen auf Eisenbasis sind be
kannt. Beispielsweise gibt es nickelfreie, stickstofflegierte
Stähle auf Eisen-Mangan-Chrom(Molybdän)-Basis mit 0,5 bis 1,5
Gew.-% Stickstoff, wobei der hohe Stickstoffgehalt durch Auf
stickung unter Druck eingebracht wird. Diese Legierungen sind
beispielsweise in "Ergebnisse der Werkstoff-Forschung", Band 4,
Verlag Thubal-Kain, 1991 eingehend beschrieben. Ein weiterer
Vertreter dieser nickelfreien stickstofflegierten Stähle ist
der Werkstoff 1.4456 (Fe-18Cr-18Mn-2Mo-0,9N). Der Mangange
halt hat hier keine austenitisch stabilisierende Wirkung,
sondern er dient nur zur Erhöhung der Stickstofflöslichkeit.
Diese nickelfreien Legierungen haben jedoch den großen Nach
teil, daß sie nicht gleichzeitig die Forderung nach hoher
Korrosionsbeständigkeit, Unmagnetisierbarkeit und guter Um
formbarkeit erfüllen.
Bei den stickstofflegierten Eisen-Mangan-Chrom(Molybdän)-
Stählen wirkt sich der hohe Mangangehalt negativ auf die Kor
rosionsbeständigkeit aus. Der stickstofflegierte Stahl 1.4456
weist ebenfalls keine befriedigende Korrosionsbeständigkeit
auf.
Aus der DE 37 15 449 A1 sowie der JP 56-186736 A sind ferner
nickelfreie austenitische Kobaltbasislegierungen, bestehend
aus
10-18% | Chrom |
4-6% | Titan und/oder Niob |
0-3% | Mangan |
0-3% | Aluminium |
0-2% | Kupfer |
4-8% | Molybdän + ½ Wolfram |
5-20% | Eisen |
0-1% | Silizium |
0-0,1% | Kohlenstoff + Stickstoff |
Rest Kobalt und üblichen herstellungsbedingten Verunrei
nigungen bekannt. Diese Legierungen weisen eine hervorragende
Korrosionsbeständigkeit sowie eine gute Umformbarkeit auf und
sind unmagnetisch. Ferner läßt sich eine solche Legierung
leicht zu komplizierten Formen vergießen und gegebenenfalls
weiterverarbeiten. Diese Legierung ist im Prinzip eine Ko
balt-Chrom-Molybdän-Nickel-Legierung, bei der das Nickel, das
im wesentlichen die Austenitstabilität bewirkt, durch Eisen
und Titan und/oder Niob ersetzt werden kann. Dies ist in so
fern überraschend, als Titan bei Niob eine
austenitdestabilisierende Wirkung zeigen. Kobalt-Chrom-
Molybdän-Titan-Legierungen sind im Prinzip schon länger be
kannt. Beispielsweise wird die Legierung "Dentitan" mit 24
Gew.-% Chrom, 4 Gew.-% Molybdän, 2,5 Gew.-% Titan, Rest Ko
balt als Gußlegierung in der Dentaltechnik eingesetzt. Diesen
Legierungen fehlt jedoch der Eisengehalt der erfindungsgemä
ßen Legierung und damit die für eine gute Kaltverformbarkeit
erforderlich Austenitstabilität.
Diese Legierungen wurden in den obengenannten Dokumenten als
Werkstoffe für industrielle Anwendungen vorgeschlagen. Über
raschenderweise hat sich gezeigt, daß diese Werkstoffe sich
aufgrund ihrer hervorragenden Duktilität, Korrosionsbestän
digkeit gegen Gewebe- und Körperflüssigkeiten und guten Ver
gießbarkeit auch als Werkstoff für Bedarfsgegenstände des
täglichen Gebrauchs, insbesondere als Werkstoff in der
Schmuck- und Brillenindustrie sowie als Werkstoff für Zahn
prothesen und allgemein chirurgische Implantate eignen.
Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Legierung aus
12-15% | Chrom |
4,5-5,5% | Titan und/oder Niob |
0-1,5% | Mangan |
0-1,5% | Aluminium |
0-1% | Kupfer |
5-7% | Molybdän + ½ Wolfram |
10-15% | Eisen |
0-0,5% | Silizium |
0-0,05% | Kohlenstoff + Stickstoff |
Rest Kobalt und herstellungsbedingten Verunreinigungen be
steht.
Für den vorgesehenen Zweck als Knetlegierung müssen die Le
gierungselemente geeignet abgestimmt sein. Es wurde gefunden,
daß die Gehalte an Chrom + Molybdän + ½ Wolfram + Titan/Niob
maximal 28 Gew.-% betragen dürfen, wobei der Gehalt an Ti
tan/Niob im Bereich von 4 bis 6 Gew.-%, der Gehalt an Chrom
im Bereich 10 bis 20 Gew.-%, der Gehalt an Molybdän + ½ Wolf
ram im Bereich 4 bis 8 Gew.-% liegen muß. Die angegebenen Be
reiche von Chrom und Molybdän/Wolfram sind notwendig, um eine
hohe Korrosionsbeständigkeit zu erreichen, während die ange
gebenen Gehalte von Titan bzw. Niob die Einstellung eines
einphasigen austenitischen Gefüges bewirken. Nur in diesem
Gefügezustand wird die gewünschte gute Kalt- und Warmverform
barkeit gewährleistet.
Übersteigt der Gehalt an Chrom + Molybdän + ½ Wolfram + Ti
tan/Niob 28 Gew.-%, ist die Gefügestruktur der erzielten Le
gierung in der Mehrheit hexagonal und die gute Kaltverform
barkeit ist nicht mehr gegeben. Die so erzielten Legierungen
sind duktil, weisen eine hervorragende Korrosionsbeständig
keit gegen Gewebe- und Körperflüssigkeiten auf und lassen
sich leicht zu komplizierten Formen vergießen und weiterver
arbeiten, wie z. B. zu Brillengestellen, so daß sich diese Legie
rung neben der Verwendung als Werkstoff in der Schmuck- und
Brillenindustrie auch als Werkstoff für Zahnprothesen und all
gemein chirurgische Implantate im besonderen Maße eignet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem Ausführungs
beispiel näher erläutert:
Eine Legierung mit der Zusammensetzung 12 Gew.-% Eisen, 12
Gew.-% Chrom, 4 Gew.-% Molybdän, 4 Gew.-% Wolfram sowie 5
Gew.-% Titan, Restkobalt wird unter Vakuum in einem Hochfre
quenzofen erschmolzen und bei 1150°C zu Stäben mit einem
Durchmesser von 7 mm warm verformt. Daraufhin wurden die ge
wonnenen Stäbe eine Stunde lang bei 1000°C homogenisiert und
auf einen Durchmesser von 3,5 mm kaltgezogen.
Es ergaben sich folgende mechanische Eigenschaften:
Eine Härte im weichen Zustand: 350 HV
Eine Härte im 75%ig kaltverformtem Zustand: 490 HV
Zugfestigkeit 75% kaltverformt: 1900 MPa
Streckgrenze 75% kaltverformt: 1370 MPa
Dehnung 75% kaltverformt: 1,5%
Eine Härte im weichen Zustand: 350 HV
Eine Härte im 75%ig kaltverformtem Zustand: 490 HV
Zugfestigkeit 75% kaltverformt: 1900 MPa
Streckgrenze 75% kaltverformt: 1370 MPa
Dehnung 75% kaltverformt: 1,5%
Darüber hinaus wurde gefunden, daß die mechanischen Eigen
schaften durch eine Wärmebehandlung im Bereich von 450 bis
750°C und einer Dauer von 0,5 bis 12 Stunden weiter gestei
gert werden können.
Härte im weichen Zustand ausgehärtet (2 Std./500°C): 380 HV
Härte 75% kaltverformt ausgehärtet (2 Std./500°C): 650 HV.
Claims (6)
1. Verwendung einer nickelfreien, austenitischen Kobaltbasis
legierung mit hoher Korrosionsbeständigkeit und guter Kalt
verformbarkeit, die aus (in Gew.-%)
10-18% Chrom
4-6% Titan und/oder Niob
0-3% Mangan
0-3% Aluminium
0-2% Kupfer
4-8% Molybdän + ½ Wolfram
5-20% Eisen
0-1% Silizium
0-0,1% Kohlenstoff + Stickstoff
Rest Kobalt und üblichen herstellungsbedingten Verunrei
nigungen besteht, als Werkstoff für Bedarfsgegenstände des
täglichen Gebrauchs.
2. Verwendung einer nickelfreien, austenitischen Kobaltbasis
legierung mit hoher Korrosionsbeständigkeit und guter Kalt
verformbarkeit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sie aus
12-15% Chrom
4,5-5,5% Titan und/oder Niob
0-1,5% Mangan
0-1,5% Aluminium
0-1% Kupfer
5-7% Molybdän + ½ Wolfram
10-15% Eisen
0-0,5% Silizium
0-0,05% Kohlenstoff + Stickstoff
Rest Kobalt und üblichen herstellungsbedingten Verunreinigun
gen besteht.
3. Verwendung einer nickelfreien, austenitischen Kobaltbasis
legierung mit hoher Korrosionsbeständigkeit und guter Kalt
verformbarkeit nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Le
gierung nach Glühen bei Temperaturen oberhalb 1000°C und Ab
schrecken auf Raumtemperatur austenitisches Gefüge aufweist.
4. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis
3 als Werkstoff für medizinische Implantate.
5. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis
3 als Werkstoff für Armbanduhren.
6. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis
3 als Schmuckmetall.
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- 1998-02-03 JP JP53355298A patent/JP2001512529A/ja active Pending
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- 1998-02-03 EP EP98909320A patent/EP0963453A1/de not_active Withdrawn
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DE3715449A1 (de) * | 1986-05-12 | 1987-11-19 | Exxon Production Research Co | Ausscheidungsgehaertete legierung auf nickelbasis mit verbessertem widerstand gegen spannungskorrosionsbruch und deren verwendung |
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Publication number | Publication date |
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