口腔材料学第八章铸造合金

第八章铸造合金CastingAlloys口腔材料教研室

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主要内容

第一节金属材料基础（Basictheoryofmetal）一.金属的一般性质（generalcharacterofmetal）二.金属键（metallicbond）三.结晶结构

(crystalstructure)四.合金

(alloy)五.熔融与凝固

(fusingandconcretion)六.相图的基本知识

(basicknowledgeofphasediagram)

第二节贵金属铸造合金（Noblemetalcastingalloys）

第三节非贵金属铸造合金（Basemetalcastingalloys）2一.金属的一般性质（generalcharacterofmetal）

第一节金属材料基础（Basictheoryofmetal）1.固体状态时呈结晶状。2.具有金属光泽。3.是电和热的良导体。4.密度大。5.不透明。6.受力时，塑性变形较大，富有延展性。7.离子化时形成阳离子，易被氧化，氧化物多数显碱性。8.合金化可改变性能。9.通过热处理可以改变组织形态，改变性能。3金属键（metallicbond）

由金属正离子和自由电子之间相互作用（吸引与排斥）而产生的结合。

金属键没有方向性，没有饱和性，所以金属原子结合在一起总是趋于最紧凑、最致密的状态。

1.金属的延展性2.金属的导电性3.金属的导热性4.金属的不透明性5.金属具有金属光泽二.金属键（metallicbond）金属键可以解释4三.结晶结构(crystalstructure)晶格（Crystallattice）：

描述原子在晶体中排列方式的空间格子。晶胞（Crystalcell）：

晶格中，最小单元的空间格子。图6-1晶体晶胞晶格铝锰合金X射线衍射图像5图45三种典型的金属晶体结构体心立方（Body-centeredcubic）面心立方（Face-centeredcubic）密排六方（Hexagonalclose-packed）Cr、

a-Fe、d-Fe、Mo、W、V、b-Ti等Al、

g-Fe、

Cu、Ag、Au、Pb、Ni等Zn、Mg、Be、Cd、a-Ti、a-Co等只有一种晶格结构的金属:Al、Cu、Pb、Zn、Ag具有多种晶格结构的金属:Fe、Mn、Ti、Co、Sn6晶胞中的原子数2

4

6

7四.合金(alloy)合金(alloy)：两种或两种以上的金属，或者金属与

非金属熔合而成的物质。相(phase)：合金中化学成分、晶体结构和性能相同的部分。相与相之间有明显的界面。组元(constituent)：组成合金的独立的最基本的单元。

组元可以是纯金属或非金属，也可以是稳定的化合物。8

合金中的组元互相溶解，在固态下形成的均匀固相。（一）固溶体(solidsolution)无限固溶：溶质与溶剂能够以任何比例互溶。有限固溶:溶质只能按照一定比例与溶剂互溶。☆保持晶格不变的组元称为溶剂（solvent）晶格消失的组元称为溶质（solute）合金的组织结构☆

固溶度与溶质和溶剂之间的晶格类型以及原子的大小

等因素有关。9

置换固溶体（substitutionalsolidsolution）溶质原子在固溶体中占据节点位置。间隙固溶体（interstitialsolidsolution）溶质原子位于晶格的间隙中。固溶体的分类溶剂原子溶质原子置换固溶体溶剂原子溶质原子间隙固溶体Au-Ag合金、Ag-Pd合金、H、B、C、N、O元素10

化合物是合金组元间发生相互作用而生成的一种新相,其晶格类型和性能完全不同于任一组元。金属间化合物(intermetalliccompound)（二）化合物(compound)合金中的化合物可以由金属元素和非金属元素组成；这种化合物一般都硬而脆，使合金的硬度、强度提高，韧性下降。化合物的性质

金属组元间形成的化合物。例如：银汞合金中的Ag3Sn相是Ag与Sn组成的金属间化合物。用于制作正畸丝的Ni-Ti合金是金属间化合物。11熔化

(melt):金属从固态转变成液态的现象。五.熔融与凝固(fusingandconcretion)纯金属有确定的熔点；合金只有熔化温度范围，没有确定的熔点。凝固

(solidification):金属从液态转变成固态的过程金属是否都有各自的熔点？金属凝固的过程金属结晶的过程12

熔化从晶界开始，因为晶界是最后凝固的，即熔点较低，所以熔化时首先熔化。

晶界存在一些杂质。晶界熔化后可起助熔作用。

纯金属结晶过程结晶（Crystallize）：金属凝固形成晶体的过程。晶核（CrystalNucleus）：液态金属中首先形成的极微小晶体。晶粒（Crystal

）：由晶核长成的形状不规则的晶体。晶界（Grainboundary）：晶粒与晶粒之间的界面。13

纯金属的实际结晶温度

Tn总是低于其平衡结晶温度Tm

的现象。过冷（supercooling

）△T=Tm－Tn过冷度

△T金属结晶的过冷现象

从液相转变为固相时，熔融物结晶所放出的热量。结晶潜热（heatofcrystallization

）平衡结晶温度固态液态结晶14六.相图的基本知识(basicknowledgeofphasediagram)相图

(phasediagram)、状态平衡相图（equilibriumphasediagram)

用于表示材料的平衡相与成分和温度之间的关系。相图可以表示各种浓度的合金在各种温度下的组织状态。基本的二元和合金相图

匀晶相图共晶相图包晶相图合金合金15二元合金的状态平衡图时间温度温度成分六.相图的基本知识(basicknowledgeofphasediagram)相图制作方法a16二元合金相图（binaryalloyphasediagram）的基本形式匀晶相图

（isomorphousphasediagram)共晶相图

（eutecticphasediagram）包晶相图

（peritecticphasediagram）17（一）匀晶相图（isomorphousphasediagram）匀晶系统

（isomorphoussystem)

组元在液态和固态均能无限固溶的合金系统。

在非平衡结晶状态下，固化后的合金成分来不及扩散，所以固溶体结晶内的成分也是不平衡的。下曲线：液相线（liquidus）上曲线：固相线（solidus）TAg-Au,Ag-Pd,Cr-MoCu-Ni，Fe-Ni18（二）共晶相图（eutecticphasediagram

）共晶转变

（eutecticreaction）

从液体中同时结晶出两个或两个以上固相的过程。TTc②①C1C2gAg-Cu,Sn-Pb,Pb-SbAcb:液相线adeb:固相线df:

B在A中的溶解度曲线eg:

A在B中的溶解度曲线水平线dce：共晶转变线c点：共晶点19（二）共晶相图（eutecticphasediagram

）共晶转变

（eutecticreaction）

从液体中同时结晶出两个或两个以上固相的过程。C点为共晶点

温度低于c点，成分相当于c点的液相同时结晶出成分与d点相对应的a相，以及成分与e点相对应的b相。两个相的混合物。TTc②①C1C2gAg-Cu,Sn-Pb,Pb-Sb亚共晶组织20（二）共晶相图（eutecticphasediagram

）共晶产物C1:a+bⅡTTc②①C1C2gC2:(a+b)+b

+aII

C0:(a+b)21（三）包晶相图（peritecticphasediagram）包晶转变

（peritecticreaction）

液相与先析出的固相作用形成另一新固相的转变。adb:液相线aceb:固相线cf:

B在A中的溶解度曲线Eg:

A在B中的溶解度曲线水平线dce：包晶转变线c点：包晶点Fe-C,Cu-Zn,Cu-SiAl-Mn,Ag-Sn,Ag-PtT②①

gB%C0C1C2a

Ⅱ

+

bⅡ22（三）包晶相图（peritecticphasediagram）包晶转变

（peritecticreaction）

液相与先析出的固相作用形成另一新固相的转变。c点为包晶点

温度低于c点，液相和b相全部消失，只剩下新生成的a相。

继续冷却，由于B组分在a相中的溶解度随温度下降而减小，将不断地从a中析出次生相b

。ⅡT②①

gB%C0C1C2a

Ⅱ

+

bⅡ23（三）包晶相图（peritecticphasediagram）包晶产物C1:a+bⅡC2:a+b+aⅡ+bⅡ

C0:a+bⅡT②①

gB%C0C1C2a

Ⅱ

+

bⅡ24主要铸造贵金属合金

第二节贵金属铸造合金（Noblemetalcastingalloys）主要贵金属元素金（gold）、铂（platinum）、钯（palladium）、铱（iridium）铑（rhodium）、锇（osmium）、钌（ruthenium）铸造用金合金（goldcastingalloy）铸造用金银钯合金（gold-silver-palladiumcastingalloy）铸造用银合金（silverbasedcastingalloy）铸造用银钯合金（silver-palladiumcastingalloy）25

第二节贵金属铸造合金（Noblemetalcastingalloys）

在干燥的空气中有良好的金属质表面。易与硫反应，形成硫化物；在加热及铸造、焊接的过程中不易发生氧化、失泽和腐蚀。贵金属的特性26AuAgCuPdPtZn其他金铂合金65～775～161～61～1120K83.55～69～2018K75.04～99～10616K67.79～1414～16314K58.38～2712～193～62～5烤瓷金合金77～881～311～281～84～161～7In、Sn（wt%）一.铸造用金合金（goldcastingalloy）（二）组成27一.铸造用金合金（goldcastingalloy）（三）各组分的影响组元熔点(℃)作用金1064最好的化学稳定性、延展性。随其它元素添加颜色趋白，熔点提高，延展性下降。银962对强度、硬度、延展性、熔点的影响小，降低铜红色。铜1083使合金具有通过热处理改变机械性能的性质。使颜色发红，硬度、强度增加，熔点降低。铂钯1755使合金的熔点上升，降低热膨胀系数，使合金的颜色变白，铂可提高合金的弹性模量。锌420一般作为氧化剂使用。可降低熔点，增加流动性。28一.铸造用金合金（goldcastingalloy）（四）热处理1.软化热处理

均匀加热，使组织成为单项固溶体，急冷后使修复体软化。硬度、拉伸强度、比例极限下降，延伸率提高；

处理方法：700±10℃

加热10分钟后，水冷。2.硬化热处理

合金中的结晶析出物阻碍晶格滑移，使合金硬化，强度提高。

例：700-800℃加热10分钟，300℃-400℃保温15分钟，炉内冷却。29合金类型强度用途规定非比例拉伸强度（MPa）断裂延伸率（%）Ⅰ低强度

用于承受应力很小的铸件嵌体等修复体≥80≥18Ⅱ中等强度

用于承受中等应力的铸件嵌体、高嵌体全冠≥180≥10Ⅲ高强度

用于承受高应力的铸件高嵌体、桥、冠和鞍基≥270≥5Ⅳ超高强度

用于承受很高应力和薄横截面的铸件鞍基、舌颚杆、卡环、套筒冠、铸造单冠和活动义齿支架。≥360≥3中华人民共和国医药行业标准YY0620-2008《牙科学铸造金合金》金含量≥60%贵金属总量≥70%（五）铸造用金合金的分类30规定非比例延伸强度（MPa）断裂延伸率（%）软态硬态最小软态最小硬态最小合金类型最小最大Ⅰ80180—18—Ⅱ180240—12—Ⅲ240——12—Ⅳ300—450103中华人民共和国医药行业标准YY0626-2008《贵金属含量25%～75%的牙科铸造合金》中华人民共和国国家标准GBXXXX-XXXX《牙科学固定和活动修复用金属材料》31合金类型软硬程度用途屈服强度（MPa）延伸率（%）Ⅰ软soft嵌体等修复体＜14018Ⅱ中medium嵌体及贴面140～20018Ⅲ硬hard冠、短跨度固定局部义齿201～34012Ⅳ极硬extrahard薄壁冠、长跨度固定局部义齿、可摘局部义齿＞34010四种型号金合金的性能(美国ANSI/ADA)32二.铸造用金银钯合金（gold-silver-palladiumcastingalloy）金Au银Ag钯Pd铜Cu锌Zn2048～582010～180～3成分（wt%）拉伸强度（MPa）延伸率（%）硬度HB软化状态510～53015～20140～165硬化状态770～8604～5250～266性能33三.铸造用银钯合金（silver-palladiumcastingalloy）种类组成（%）AgPdCuInZnAg-Pd-In48～6710～250～416～200～5Ag-Pd-Cu55～5825～298～18—0～8

银钯铟合金延伸率不足10%，用于制作嵌体和单冠。银钯铜合金的拉伸强度约为300～580MPa，用于制作嵌体、桥体。质量受铸造技术影响较大。34四.铸造用银合金（silvercastingalloy）银钯铟合金组成（%）AgPdInZnSn61～790～107～240～120～6银锡锌合金组成（%）Ag——ZnSn65～75——9～209～25银铜合金组成（%）AgCu80～9010～2035

第三节非贵金属铸造合金（Basemetalcastingalloys）一.镍铬铸造合金（Ni-Crbasemetalcastingalloy）

合金以镍为主要成分（35%～86%），另含有铬、铜、锰、硅等。铬含量小于30%可以形成固溶体。铬含量35%以上可以形成共晶。合金中的铬含量为7%～19%。镍铬合金属于高熔合金。通过合金化，使熔点下降至

1230℃～1330℃。（一）组成36一.镍铬铸造合金（Ni-Crbasemetalcastingalloy）编号NiCrCuMnSiA71.5818.88——5.07B51.5615.3810.0721.041.95C78.2312.390.870.470.32D86.2110.90——2.89E76.607.9811.082.212.13F35.417.0123.8327.52—(wt%)编号硬度（Hv）屈服强度（MPa）拉伸强度（MPa）延伸率（%）A3165597321.0B2373484162.4C2083304166.4D2113345544.1E1442453437.9F282—2100.3（二）性能铸造用镍铬合金的性能铸造用镍铬合金的组成（一）组成37一.镍铬铸造合金（Ni-Crbasemetalcastingalloy）（三）铸造与打磨

铸造收缩率较高，可达1.8～2.3%（金合金＜1.7%），宜使用磷酸盐包埋材料。

流动性较差，易导致与包埋材料烧结、表面粗糙、铸道不畅等缺陷。在惰性气体保护下铸造，防止合金元素氧化。铸件打磨比较容易，应精心依次打磨抛光，避免表面发生腐蚀、变色。38二.钴铬铸造合金（Cobalt-Chromiumbasemetalcastingalloy）（一）组成

添加镍元素，增加延展性，降低硬度。加入钼元素，防止晶间腐蚀。添加锰、铝、硅等脱氧剂。钴cobalt40～85铬chromium10～28镍nickel3～28锰manganese0～7钼molybdenum0～9钛titanium0～9(%)钴铬合金的主要成分39二.钴铬铸造合金（Cobalt-Chromiumbasemetalcastingalloy）（二）性能合金屈服强度（MPa）拉伸强度（MPa）延伸率（%）密度（g/cm3）硬度（Hv）弹性模量（MPa）Co-Cr460～640520～8206～157.5～7.6330～465145～220金合金（极硬）340（最小）622101919590～100Ni-Cr5597321.