Investigation of failures in stainless steel orthopaedic implant device

Abstract

Failure investigation was carried out on a failed orthopaedic total knee prosthesis removed from a patient. In this prosthesis the weld joint between two sections was found to be weak and hence its capacity to withstand the load bearing forces are not completely balanced and evenly distributed. As a result bending and torsional stresses due to dynamic and cyclic loading had been concentrated on the welded section of the prosthesis. Moreover, the welded construction contained deficiencies such as delta ferrite, heat affected zone and macro cavities. However, the grain size, inclusion content and chemical composition of the prosthesis were within the limits recommended by ASTM standard. Therefore, the failure of the total knee prosthesis was a result of improper welding at the critical site. Gegenstand der Untersuchung ist eine Knie-Vollprothese, die einem Patienten infolge Versagens entnommen wurde. Es zeigte sich, daß bei dieser Prothese die Schweißnaht zwischen zwei Bereichen zu schwach war und folglich der Beanspruchung nicht mehr standhielt. Das Ungleichgewicht der Kräfte und die unterschiedliche Lastverteilung resultierten schließlich in einer Konzentration der Biege- und Torsionsspannungen aufgrund von dynamischer und zyklischer Belastung im geschweißten Bereich der Prothese. Weitere Unzulänglichkeiten der geschweißten Konstruktion lagen im Deltaferrit, der Wärmeeinflußzone und den Makrolunkern. Jedoch lagen Korngröße, Einschlußgehalt und chemische Zusammensetzung der Prothese innerhalb der im ASTM-Standard ausgewiesenen Grenzen. Das Versagen der Knie-Vollprothese ist also auf unzulängliches Schweißen an den kritischen Stellen zurückzuführen.