Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Прочность и механизм разрушения при кручении ультрамелкозернистой аустенитной стали медицинского назначения

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-11-832-838

Полный текст:

Аннотация

Изучены прочность и механизм разрушения при кручении аустенитной коррозионностойкой стали 08Х18Н9 с ультрамелкозер-нистой (УМЗ) и крупнозернистой (КЗ) структурой, широко применяемой в медицине для производства пластин, шурупов, стержней для костного остеосинтеза и других медицинских изделий. Структура КЗ стали исследована с помощью металлографического микроскопа Axiovert 40 МАТ, а тонкая структура УМЗ стали - с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEM-2100. Проведены испытания на кручение цилиндрических образцов диаметром 10 мм при температуре 20 °С на установке МК-50. Исследована поверхность изломов с помощью растрового электронного микроскопа JEOL JCM-6000. Анализ диаграмм «крутящий момент - угол кручения» показал, что по сравнению с КЗ сталью предел прочности (τk ) и предел текучести (τ0,3) УМЗ стали возрастают в 1,3 - 3,8 раза, а относительный сдвиг (g) снижется в 2,4 раза. Высокие значения прочностных свойств при кручении УМЗ стали позволяют обеспечить высокий крутящий момент без разрушения изделия. Следовательно, по сравнению с КЗ сталью УМЗ сталь 08Х18Н9 является более перспективным материалом для изготовления медицинских шурупов и других медицинских изделий, испытывающих в процессе скручивания значительные нагрузки. На поверхности всех изломов выявлено три области: волокнистая центральная часть, переходная (средняя) часть и относительно гладкая периферийная часть. Разрушение начинается с образования ямок сдвига в средней и периферийной областях, которые при дальнейшем вращении образца полностью затираются (в случае КЗ стали), или сохраняются (в случае УМЗ стали). Окончательное разрушение происходит под действием нормальных напряжений в центральной части образца.

Об авторах

Г. В. Клевцов
Тольяттинский государственный университет
Россия

Клевцов Геннадий Всеволодович – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой нанотехнологий, материаловедения и механики.

445667, Самарская обл., Тольятти, Белорусская ул., 14.



Р. З. Валиев
Уфимский государственный авиационный технический университет
Россия

Валиев Руслан Зуфарович – доктор физико-математических наук, профессор, директор НИИ физики перспективных материалов.

450000, Республика Башкортостан, Уфа, ул. К. Маркса, 12.



М. В. Фесенюк
АО «ПО «Стрела»
Россия

Фесенюк Максим Викторович - кандидат технических наук, начальник отдела.

460005, Оренбург, ул. Шевченко, 26.



Н. A. Клевцова
Тольяттинский государственный университет
Россия

Клевцова Наталья Артуровна – доктор технических наук, профессор кафедры нанотехнологий, материаловедения и механики.

445667, Самарская обл., Тольятти, Белорусская ул., 14.



М. Н. Тюрьков
Тольяттинский государственный университет
Россия

Тюрьков Максим Николаевич - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры нанотехнологий, материаловедения и механики.

445667, Самарская обл., Тольятти, Белорусская ул., 14.



М. М. Абрамова
Уфимский государственный авиационный технический университет
Россия

Абрамова Марина Михайловна – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник НИИ физики перспективных материалов.

450000, Республика Башкортостан, Уфа, ул. К. Маркса, 12.



Г. И. Рааб
Уфимский государственный авиационный технический университет
Россия

Рааб Георгий Иосифович – доктор технических наук, руководитель лаборатории «Технологии интенсивной пластической деформации (ИПД)» НИИ физики перспективных материалов.

450000, Республика Башкортостан, Уфа, ул. К. Маркса, 12.



Список литературы

1. Semenova I.P., Klevtsov G.V., Klevtsova N.A, Dyakonov G.S., Matchin A.A., Valiev R.Z. Nanostructured titanium for maxillofacial mini-implants // Advanced Engineering Materials. 2016. Vol. 18. No. 7. P. 1216-1224. http://doi.org/10.1002/adem.201500542

2. Попков А.В. Биосовместимые имплантаты в травматологии и ортопедии // Гений Ортопедии. 2014. № 3. С. 94-99.

3. Fujishiro T., Moojen D.J., Kobayashi N., Dhert W.J., Bauer T.W. Perivascular and diffuse lymphocytic inflammation are not specific for failed metal-on-metal hip implants // Clinical Orthopaedics and Related Research. 2011. Vol. 469. No. 4. P. 1127-1133. http://doi.org/10.1007/s11999-010-1649-1

4. Valiev R.Z., Zhilyaev A.P., Langdon T.G. Bulk Nanostructured Materials: Fundamentals and Applications. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2014. 440 р.

5. Валиев Р.З. Создание наноструктурных металлов и сплавов с уникальными свойствами, используя интенсивную пластическую деформацию // Российские нанотехнологии. 2006. Т. 1. № 1-2. С. 208-217.

6. Прочность и механизмы разрушения объемных наноструктури-рованных металлических материалов / Г.В. Клевцов, Е.В. Боб-рук, И.П. Семенова, Н.А. Клевцова, Р.З. Валиев. Уфа: РИК УГАТУ, 2016. 240 с.

7. Tsuji N., Ueji R., Minamino Y., Saito Y. A new and simple process to obtain nano-structured bulk low-carbon steel with superior mechanical property // Scripta Materialia. 2002. Vol. 46. No. 4. P. 305-310. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(01)01243-X

8. Hohenwarter A., Pippan R. Fracture of ECAP-deformed iron and the role of extrinsic toughening mechanism // Acta Materialia. 2013. Vol. 61. No. 8. P. 2973-2983. http://doi.org/10.1016/j.actamat.2013.01.057

9. Song R., Ponge D., Raabe D., Speer J.G., Matlock D.K. Overview of processing, microstructure and mechanical properties of ultrafine grained bcc steels // Materials Science and Engineering: A. 2006. Vol. 441. No. 1-2. P. 1-17. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.08.095

10. Estrin Y., Vinogradov A. Fatigue behavior of light alloys with ultrafine grain structure produced by severe plastic deformation: An overview // International Journal of Fatigue. 2010. Vol. 32. No. 6. P. 898-907. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2009.06.022

11. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей. М.: Металлургия, 1982. 184 с.

12. Odnobokova M., Belyakov A., Enikeev N., Molodov D.A., Kai-byshev R. Annealing behavior of 304L stainless steel processed by large deformations of cold and warm rolling // Materials Science and Engineering: A. 2017. Vol. 689. P. 370-383. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.02.073

13. Бондаренко А.В., Пелеганчук В.А., Распопова Е.А., Пече-нин С.А. Разрушение имплантов при накостном остеосинтезе переломов длинных костей // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2004. Т. 11. № 2. С. 41-43. https://doi.org/10.17816/vto200411241-43

14. Lau T.W., Leung F., Chan C.F. Wound complication of minimally invasive plate osteosynthesis in distal tibia fractures // International Orthopaedics. 2008. Vol. 32. No. 5. P. 697-703. http://doi.org/10.1007/s00264-007-0384-z

15. Livani B., Belangero W.D., Castro de Medeiros R. Fractures of the distal third of the humerus with palsy of the radial nerve: management using minimally-invasive percutaneous plate osteosynthesis // The Journal of Bone and Joint Surgery. British volume. 2006. Vol. 88-B. No. 12. P. 1625-1628. http://doi.org/10.1302/0301-620X.88B12.17924

16. Xia L., Zhou J., Zhang Y., Mei G., Jin D. Meta-analysis of reamed versus unreamed intramedullary nailing for the treatment of closed tibial fractures // Orthopedics. 2014. Vol. 37. No. 4. P. 332-338. http://doi.org/10.3928/01477447-20140401-52

17. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. М.: МИСиС, 1998. 400 с.

18. Мейснер С.Н., Котенко М.В., Копысова В.А., Яременко А.И., Раткин И.К. Особенности повреждения имплантатов из металлических сплавов // ЭНИ Забайкальский медицинский вестник. 2016. № 1. С. 59-68.

19. Kleweno C.P., Jawa A., Wells J.H., O'Brien T.G., Higgins L.D., Harris M.B., Warner J.J. Midshaft clavicular fractures: Comparison of intramedullary pin and plate fixation // Journal of Shoulder and Elbow Surgery. 2011. Vol. 20. No. 7. P. 1114-1117. https://doi.org/10.1016/j.jse.2011.03.022

20. Zehir S., Zehir R., §ahin E. Comparison of novel intramedullary nailing with miniinvasive plating in surgical fixation of displaced midshaft clavicle fractures // Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 2015. Vol. 135. No. 3. P. 339-344. https://doi.org/10.1007/s00402-014-2142-1


Рецензия

Для цитирования:


Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Фесенюк М.В., Клевцова Н.A., Тюрьков М.Н., Абрамова М.М., Рааб Г.И. Прочность и механизм разрушения при кручении ультрамелкозернистой аустенитной стали медицинского назначения. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2021;64(11):832-838. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-11-832-838

For citation:


Klevtsov G.V., Valiev R.Z., Fesenyuk M.V., Klevtsova N.A., Tyur'kov M.N., Abramova M.M., Raab G.I. Strength and fracture mechanism during torsion of ultrafine-grained austenitic steel for medical applications. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2021;64(11):832-838. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-11-832-838

Просмотров: 88


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)