[发明专利]含氮Co-Cr-Mo合金的晶粒微细化方法及含氮Co-Cr-Mo合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种用做人工膝、股关节用移植材料及齿科用移植材料实际效果好的含氮Co-Cr-Mo合金的晶粒微细化方法以及由该方法制得的含氮Co-Cr-Mo合金。

背景技术

由于Co-Cr-Mo合金具有优异的机械特性、耐磨损性及耐蚀性，因此将其作为人工膝、股关节用移植材料及用于齿科的移植材料使用实际效果很好。其产品主要通过铸造法成型加工制得。Co-Cr-Mo合金中具有代表性的ASTM标准F75合金，其组织主要由枝状晶体组织构成，所述枝状晶体组织主要包括富Co的γ(F.C.C.)相、在富Cr条件下含有Co和Mo的M₂₃C₆碳化物相及富Cr、Mo的σ相。该铸造材料具有多种铸造缺陷，如质硬且脆的析出物、偏析、缩孔或气泡，这些缺陷的存在成为了加工时产生损坏、裂纹的原因，从而导致材料的力学可靠性受到损害。

因此，通过实施均质化热处理来改善韧性及延展性，但因热处理引起的析出物的消失会导致铸造材料的晶粒粗大化，存在屈服强度和疲劳强度受损的问题。为了解决该问题，一般采用可调节铸造材料热处理过程的热锻造。通过热锻造来瓦解铸造材料具有的内部缺陷，并破坏枝状晶体组织，因此能够改善力学可靠性。并且，由于热锻造时所表现出的动态再结晶，能够获得微细组织(例如，参见专利文献1)。

除此之外，通过在Co-Cr-Mo合金中添加氮元素，使得阻碍可塑性的质硬且脆的σ相消失，能够制得具有γ相、且γ相的相比例以体积分数计占80％以上的晶体结构的生物体用Co基合金，能够获得可塑性优异的合金(例如，参见专利文献2)。这时，为了使晶粒微细化、提高可塑性，也需要进行热锻造。

现有技术文献

专利文献1特开2002-363675号公报

专利文献2特开2008-111177号公报

发明内容

但是，专利文献1及专利文献2中所描述的方法存在如下问题，即当热锻造时被导入的塑性应变不均匀时，难以使锻造品的整个截面形成均匀且微细的晶粒组织。例如，如图10所示，当通过热锻加工制成圆棒材料时，锻造时所导入的塑性应变在表面附近与中心部位不同时，能够确认制成的圆棒材料的表面附近与中心部处的晶体粒径不同。并且，Co-Cr-Mo合金的热锻造中，还存在需要详细把握被加工物的温度，需要操作人员具有高级专业技术的问题。

本发明着眼于上述问题而完成，其目的在于提供一种含氮Co-Cr-Mo合金的晶粒微细化方法以及含氮Co-Cr-Mo合金，所述晶粒微细化方法不实施利用再结晶的热锻造类的加工，仅通过热处理就能够容易地得到均匀且微细的晶粒组织。

为实现上述目的，本发明的含氮Co-Cr-Mo合金的晶粒微细化方法，其特征在于，将包括Cr：26-35重量％、Mo：2-8重量％、N：0.1-0.3重量％、余量为Co的含氮Co-Cr-Mo合金经固溶处理后，在670-830℃下保持一定时间进行恒温时效处理，通过恒温时效效果形成由ε相与Cr氮化物构成的多相组织；冷却后，加热至870～1100℃的温度范围内进行逆相变处理，通过逆相变由ε相和Cr氮化物的多相组织逆相变为γ单相。

本发明的含氮Co-Cr-Mo合金的晶粒微细化方法与基于利用再结晶的热锻造使晶粒微细化的方法不同，其不实施加工，仅通过利用逆相变的热处理就能够容易地得到均匀且微细的晶粒组织。通过该晶粒微细化，能够提高含氮Co-Cr-Mo合金的力学可靠性。并且，由于仅通过热处理就能够实施，因此即使操作人员没有高级的专业技术也能够得到均匀且微细的晶粒组织。

本发明的含氮Co-Cr-Mo合金的晶粒微细化方法，因为不实施加工，因此与适合材料的形状及大小无关，即使是小型材料、具有复杂形状的材料、现成的产品等也可以进行晶粒微细化。并且，由于不需要大型的锻造装置、也不需要操作人员具有锻造技术，因此具有优异的广泛应用性。本发明的含氮Co-Cr-Mo合金的晶粒微细化方法，与如何制得无关，能适用于通过恒温时效处理形成由ε相和Cr氮化物构成的多相组织的含氮Co-Cr-Mo合金，富于实用性。并且，本发明的含氮Co-Cr-Mo合金的晶粒微细化方法，通过逆相变处理实质上逆相变为γ单相即可，也可以混入2-5％左右的其他相。

本发明的含氮Co-Cr-Mo合金的晶粒微细化方法，如果在高于1100℃的高温下进行逆相变处理，随着保持时间的延长，会引起晶粒的显著粗大化，因此，为了获得微细的晶粒组织，需要在1100℃以下进行逆相变处理。本发明的含氮Co-Cr-Mo合金的晶粒微细化方法，在恒温时效处理后进行急冷，进一步优选为在逆相变处理后也进行急冷。