DE19704530C2 - Verwendung einer nickelfreien, austenitischen Kobaltbasislegierung - Google Patents

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%

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.