CN107142396A - Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法 - Google Patents

Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法，牙弓丝的材料为Ni-Ti-Cu合金，材料的重量百分比为：Ni 50.14％，Ti 43.54％，Cu 6.26％。采用真空自耗电弧熔炼制备Ni-Ti-Cu铸锭，再经锻造、轧制、拉丝和定型制备Ni-Ti-Cu牙弓丝。本发明的优点是：马氏体相变体再取向所需的应力较低，意味着马氏体变体的再取向容易进行，并降低马氏体状态下的形变应力或者屈服强度；Cu的添加可以提高母相B2的屈服强度，从而加大母相和马氏体相的屈服强度差异，增强其相变循环行为；Ni-Ti-Cu合金超弹性的应力滞后比较小，是一种良好的超弹性材料；Ni-Ti-Cu中的Cu含量为5～10at.％以取代Ni，还可大幅度降低原材料成本。

Description

Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法
技术领域
本发明涉及一种牙弓丝的制备方法，尤其涉及一种Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法。
背景技术
世界各国在口腔正畸临床中使用最广泛的是固定矫正器，而矫治弓丝是矫正器的主要功能部分。在矫治过程中正是通过矫治弓丝在形变过程中产生持续而又具有一定大小的弹力控制牙齿的移动，达到矫治的目的。可见，矫治弓丝材料对口腔正畸过程和效果有着极重要的影响。因此，研制和发展新的符合正畸临床所需的弓丝材料成为正畸临床医师和材料科学工作者的共同任务。目前市场上主要使用的矫形丝有不锈钢丝和NiTi形状记忆合金丝。由于NiTi丝具有形状记忆效应和超弹性，在治疗过程中能提供温和而持久的矫治力，成为正畸用牙弓丝的首选产品。但是，NiTi合金的相变温度对Ni含量非常敏感，Ni含量变化0.1at％,马氏体逆转变终止温度Af将变化10～20℃，这极其不利于NiTi牙弓丝的产品稳定性。第三元素Cu的加入可抑制NiTi合金相变温度对成分的敏感性，且使相变滞后明显变窄。与NiTi合金相比，NiTiCu合金马氏体相变体再取向所需的应力较低，意味着马氏体变体的再取向容易进行，并降低马氏体状态下的形变应力或者屈服强度；Cu的添加可以提高母相B2的屈服强度，从而加大母相和马氏体相的屈服强度差异，增强其相变循环行为；NiTiCu合金超弹性的应力滞后比较小，是一种良好的超弹性材料；NiTiCu中的Cu含量为5～10at.％以取代Ni，还可大幅度降低原材料成本。因此，采用真空自耗电弧熔炼制备NiTiCu铸锭，再经锻造、轧制、拉丝和定型制备NiTiCu牙弓丝，以取代现有的NiTi合金。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法，以取代现有的NiTi牙弓丝。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法，其特征在于，合金重量百分成分为：Ni 50.14％，Ti 43.54％，Cu 6.26％，杂质含量为碳≤0.05％、氢≤0.005％、氧≤0.05％、氮≤0.05％。
一种Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法，其步骤包括真空自耗电弧熔炼，锻造、轧制、拉拔和定型。
所述真空自耗电弧熔炼中，所用的原材料为海绵钛、电解镍和电解铜粉，压制在一起，形成圆柱状电极，熔炼电压为30～40V，电流在900A～500A范围，真空度不低于10-2Pa，获得铸锭坯料。
所述锻造中，加热温度在1000～1050℃之间，保温190～300分钟。
所述轧制中，加热温度在900～1000℃之间，保温20～40分钟。
所述拉拔中，包括热拔和冷拔，热拔加热温度在700～800℃之间，拉伸速度为0.5～1.2m/s；冷拔单道次变形量为10％～15％，当累计变形量为30％～40％时，进行700～800℃去应力退火。
所述定型中，定型温度在500～550℃之间，保温5～10分钟，水淬火。
本发明的NiTiCu形状记忆合金牙弓丝利用真空自耗电弧熔炼。利用海绵钛、电解镍、铜粉按一定比例配料，合金料经过压制成电极，再经真空自耗电弧熔炼二次或三次成铸锭，然后经过锻造、轧制、拉拔和定型等冷、热加工形成牙弓丝。
本发明与现有技术相比具有如下优点：马氏体相变体再取向所需的应力较低，意味着马氏体变体的再取向容易进行，并降低马氏体状态下的形变应力或者屈服强度；Cu的添加可以提高母相B2的屈服强度，从而加大母相和马氏体相的屈服强度差异，增强其相变循环行为；NiTiCu合金超弹性的应力滞后比较小，是一种良好的超弹性材料；NiTiCu中的Cu含量为5～10at.％以取代Ni，还可大幅度降低原材料成本。
具体实施方式
以下对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
实施例1
以海绵钛、电解镍、电解铜粉为原材料，总重量为5千克，各组分的设计质量分别为：钛：2.177千克，镍：2.51千克，铜：0.313千克。原材料中碳为0.05％、氢为0.005％、氧为0.05％、氮为0.05％。将原材料混合压制成5千克的电极，经过二次真空自耗电弧炉熔炼成圆柱铸锭，熔炼使用真空度不低于10-2Pa，电流在900A～500A范围，电压为30～40V。铸锭在1000℃下保温230分钟锻造开坯。接着在900℃进行逐步锻造，形成直径为28mm的圆棒。然后进行900℃轧制，形成直径为4mm的粗丝。之后在700℃下进行拉拔，拉拔速度为0.7m/s，单道次变形量为10％，经过系列拉拔后获得直径为0.8mm的细丝。随后，去除氧化皮，进行冷拔，拉拔速度为0.5m/s，单道次变形量为10％，经系列拉拔后获得直径为0.53mm的细丝。再进行去除氧化皮后，在500℃下保温10分钟进行定型处理，随后水淬火。去除氧化后，即获得直径为0.02英寸的圆形牙弓丝。
实施例2
以海绵钛、电解镍、电解铜粉为原材料，总重量为5千克，各组分的设计质量分别为：钛：2.177千克，镍：2.51千克，铜：0.313千克。原材料中碳为0.05％、氢为0.005％、氧为0.05％、氮为0.05％。将原材料混合压制成5千克的电极，经过二次真空自耗电弧炉熔炼成圆柱铸锭，熔炼使用真空度不低于10-2Pa，电流在900A～500A范围，电压为30～40V。铸锭在1000℃下保温230分钟锻造开坯。接着在900℃进行逐步锻造，形成直径为28mm的圆棒。然后进行900℃轧制，形成直径为4mm的粗丝。之后在700℃下进行拉拔，拉拔速度为0.7m/s，单道次变形量为10％，经过系列拉拔后获得直径为0.5mm的细丝。随后，去除氧化皮，进行冷拔，拉拔速度为0.5m/s，单道次变形量为10％，经系列拉拔后获得直径为0.32mm的细丝。再进行去除氧化皮后，在500℃下保温10分钟进行定型处理，随后水淬火。去除氧化后，即获得直径为0.012英寸的圆形牙弓丝。
实施例3
以海绵钛、电解镍、电解铜粉为原材料，总重量为5千克，各组分的设计质量分别为：钛：2.177千克，镍：2.51千克，铜：0.313千克。原材料中碳为0.05％、氢为0.005％、氧为0.05％、氮为0.05％。将原材料混合压制成5千克的电极，经过二次真空自耗电弧炉熔炼成圆柱铸锭，熔炼使用真空度不低于10-2Pa，电流在900A～500A范围，电压为30～40V。铸锭在1000℃下保温230分钟锻造开坯。接着在900℃进行逐步锻造，形成直径为28mm的圆棒。然后进行900℃轧制，形成直径为4mm的粗丝。之后在700℃下进行拉拔，拉拔速度为0.7m/s，单道次变形量为10％，经过系列拉拔后获得直径为0.7mm的细丝。随后，去除氧化皮，进行方形模具热拔，拉拔速度为0.5m/s，拉拔至0.56mm×0.56mm。去除氧化皮，进行冷拔至0.43mm×0.43mm。再进行去除氧化皮后，在500℃下保温10分钟进行定型处理，随后水淬火。去除氧化后，即获得0.016英寸×0.016英寸的方形牙弓丝。
实施例4
以海绵钛、电解镍、电解铜粉为原材料，总重量为5千克，各组分的设计质量分别为：钛：2.177千克，镍：2.51千克，铜：0.313千克。原材料中碳为0.05％、氢为0.005％、氧为0.05％、氮为0.05％。将原材料混合压制成5千克的电极，经过二次真空自耗电弧炉熔炼成圆柱铸锭，熔炼使用真空度不低于10-2Pa，电流在900A～500A范围，电压为30～40V。铸锭在1000℃下保温230分钟锻造开坯。接着在900℃进行逐步锻造，形成直径为28mm的圆棒。然后进行900℃轧制，形成直径为4mm的粗丝。之后在700℃下进行拉拔，拉拔速度为0.7m/s，单道次变形量为10％，经过系列拉拔后获得直径为1.0mm的细丝。随后，去除氧化皮，进行方形模具热拔，拉拔速度为0.5m/s，拉拔至0.8mm×0.7mm。去除氧化皮，进行冷拔至0.64mm×0.54mm。再进行去除氧化皮后，在500℃下保温10分钟进行定型处理，随后水淬火。去除氧化后，即获得0.025英寸×0.021英寸的方形牙弓丝。

Claims (6)

1.一种Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法，其特征在于合金重量百分成分为：Ni 50.14％，Ti 43.54％，Cu 6.26％，杂质含量为碳≤0.05％、氢≤0.005％、氧≤0.05％、氮≤0.05％，其步骤包括真空自耗电弧熔炼，锻造、轧制、拉拔和定型，利用真空自耗电弧熔炼，海绵钛、电解镍、铜粉按一定比例配料，合金料经过压制成电极，再经真空自耗电弧熔炼二次或三次成铸锭，然后经过锻造、轧制、拉拔和定型等冷、热加工形成牙弓丝。
2.根据权利要求1所述的一种Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法，其特征在于，所述真空自耗电弧熔炼，所用的原材料为海绵钛、电解镍和电解铜粉，压制在一起，形成圆柱状电极，熔炼电压为30～40V，电流在900A～500A范围，真空度不低于10-2Pa，获得铸锭坯料。
3.根据权利要求1所述的一种Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法，其特征在于，所述锻造，加热温度在1000～1050℃之间，保温190～300分钟。
4.根据权利要求1所述的一种Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法，其特征在于，所述轧制，加热温度在900～1000℃之间，保温20～40分钟。
5.根据权利要求1所述的一种Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法，其特征在于，所述拉拔包括热拔和冷拔，热拔加热温度在700～800℃之间，拉伸速度为0.5～1.2m/s；冷拔单道次变形量为10％～15％，当累计变形量为30％～40％时，进行700～800℃去应力退火。
6.根据权利要求1所述的一种Ni-Ti-Cu合金牙弓丝的制备方法，其特征在于，所述定型，定型温度在500～550℃之间，保温5～10分钟，水淬火。
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