非平衡固溶的氮對(duì)316L奧氏體不銹鋼板力學(xué)性能和耐蝕性能的影響
時(shí)間：2019-06-13
作者：無(wú)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?shī)W氏體無(wú)錫不銹鋼居多，如AISI 304、AISI 316L等。因?yàn)樵摬牧暇哂袃?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(guò)大的彎曲會(huì)造成斷裂。在無(wú)其它選擇的情況下只能增加固定板的厚度。但這對(duì)周圍的軟組織有不利影響。因此為保證足夠的強(qiáng)度需開發(fā)新的材料。本研究擬對(duì)316L奧氏體無(wú)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(lái)改進(jìn)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(qiáng)度提高，而塑性降低較少；2）馬氏體相變傾向減?。?）耐蝕性能，尤其是耐點(diǎn)蝕性能提高；4）對(duì)人體無(wú)害。固溶氮化處理是獲得高氮奧氏體無(wú)錫不銹鋼的簡(jiǎn)單而有效的方法。但由于奧氏體狀態(tài)時(shí)固溶氮量很高。要達(dá)到完全平衡的固溶狀態(tài)需要很長(zhǎng)的時(shí)間，尤其是板料較厚時(shí)。因此在實(shí)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(duì)材料性能的影響。在研究中采用不同的固溶時(shí)間來(lái)獲得不同的非平衡固溶氮量。然后考察處理時(shí)間對(duì)材料的力學(xué)性能和耐蝕性能的影響。
試驗(yàn)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(yàn)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(jìn)行高溫氣體氮化處理。氮?dú)鈮毫?.1MPa。處理時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)36ks。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于0.6mm厚的試樣，達(dá)到氮完全平衡固溶需4.8ks，此時(shí)氮含量為0.46 wt.%。當(dāng)固溶時(shí)間增長(zhǎng)，屈服強(qiáng)度很快（不到1ks）就能達(dá)到550MPa（這說(shuō)明僅就達(dá)到一定屈服強(qiáng)度的角度而言，不需要很長(zhǎng)的處理時(shí)間）；而抗拉強(qiáng)度是逐步提高的，完全固溶時(shí)達(dá)900MPa，此時(shí)的均勻延伸率也達(dá)到最大。完全固溶和部分固溶的材料都顯示了很好的耐點(diǎn)蝕性能。這說(shuō)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(wú)錫不銹鋼可能成為制作固定板的高效新材料。但為達(dá)到醫(yī)學(xué)應(yīng)用，還須作長(zhǎng)期毒輔作用和耐受性等方面的進(jìn)一步研究。