ارزیابی تاثیر متغیرهای ریخته گری دقیق بر ساختار میکروسکوپی و رفتار سایشی آلیاژ زیستی پایه کبالت f-75

آلیاژ پایه کبالت f-75 astm از جمله مواد زیست سازگار با مقاومت سایشی و خوردگی بالا می باشد که در ساخت انواع کاشتنی های جراحی کاربرد وسیعی دارد. در این پژوهش تأثیر متغیرهای ریخته گری دقیق شامل دمای پیشگرم قالب، جنس قالب و دمای بارریزی بر ساختار میکروسکوپی و رفتار سایشی این آلیاژ مورد ارزیابی قرار گرفت. نمونه ها با استفاده از روش ریخته گری دقیق با قالب توپرتهیه شد و سپس تحت عملیات حرارتی انحلالی در دمای 1220 درجه سانتیگراد به مدت 1 و 4 ساعت و عملیات حرارتی پیرسازی در دمای 850 درجه سانتیگراد به مدت 7 و 10 ساعت قرار گرفت. برای مشخصه یابی نمونه ها از متالوگرافی نوری و الکترونی، پراش پرتو ایکس، آنالیز حرارتی تفاضلی و آزمایش سایش وسختی سنجی ماکرو استفاده گردید. تأثیر متغیرهای فوق بر ریزساختار آلیاژ به کمک نرم افزار شبیه سازی procast نیز مورد ارزیابی قرار گرفت و فواصل بین بازوهای دندریتی به عنوان معیار مقایسه انتخاب شد. نتایج نشان داد که با تغییر جنس قالب، فواصل بین بازوهای دندریتی ثانویه، ساختار دانه بندی، کسر حجمی کاربیدها و نسبت کسر حجمی کاربیدهای بلوکی به یوتکتیکی موجود در ریزساختار به میزان کمی تغییر یافت. همچنین تغییر زیادی در رفتار سایشی و سختی آلیاژ دیده نشد. بر اساس نتایج شبیه سازی، چهار دمای پیشگرم قالب 550، 700، 850 و 1000 درجه سانتیگراد انتخاب شد. افزایش دمای پیشگرم قالب باعث کاهش محسوسی در رسوبات کاربیدی در مرزدانه ها، افزایش متوسط اندازه دانه از حدود 50 میکرون به 150 میکرون، افزایش فواصل بین بازوهای دندریتی ثانویه، بهبود رفتار سایشی شد. تغییر دمای بارریزی از 1430 تا 1490 درجه سانتیگراد منجر به خشن شدن دندریت ها و افزایش فواصل بین بازوهای دندریتی ثانویه از 62 تا 72 میکرون گردید. سیکل عملیات حرارتی انحلال باعث حذف کاربیدهای یوتکتیکی ، توزیع مناسب و پخش شدن کاربیدهای بلوکی و رشد دانه ها شد. با انجام عملیات حرارتی پیرسازی، استحاله برشی تبدیل ساختار کریستالی فاز زمینه از مکعبی با وجوه مرکزدار (fcc) به شش وجهی فشرده (hcp) رخ داد که باعث بهبود رفتار سایشی آلیاژ گردید. کسر حجمی فاز استحاله یافته با زمان و دمای پیرسازی ارتباط داشت. با توجه به نتایج تجربی و مدل شبیه سازی، دوغاب سرامیکی با درصد سیلیکای کمتر برای قالبگیری، دمای پیشگرم قالب 1000 درجه سانتیگراد و دمای بارریزی 1470 درجه سانتیگراد به عنوان شرایط بهینه ریخته گری دقیق آلیاژ پایه کبالت زیستی f-75 انتخاب گردید.