CS271620B1

CS271620B1 - Method of splints and fixatives production of titanium-nickel alloy

Info

Publication number: CS271620B1
Application number: CS886567A
Authority: CS
Inventors: Peter Ing Filip; Karel Akademik Mazanec; Josef Mudr Pech; Miloslav Ing Csc Proksa
Original assignee: Peter Ing Filip; Mazanec Karel; Josef Mudr Pech; Proksa Miloslav
Priority date: 1988-10-03
Filing date: 1988-10-03
Publication date: 1990-10-12
Also published as: CS656788A1

Description

(57) Způsob výroby dlah a fixačních prvků ze slitiny titanu a niklu, která se taví v kelímcích ze spektrálně Čistého grafitu, odlévá do formy ze spektrálně čistého grafitu, odlitky se žíhají při homogenizační teplotě 950 až 1050 °C po dobu alespoň 2krát více sekund než je maximální rozměr odlitku v mm, ochlazují při teplotě 400 až 600 °C rychlostí 100 až 300 °C . min¹, kovají při teplotě 800 až 850 °C, přičemž maximální rozdíl mezi výškami polotovaru je dán vztahem t_p = K.t_n_y kde К = 0,84 .exp(6,08'⁴ . T), T = 500 až 800 °c’ a následně válcují s maximálním úběrem 50 % při dováleovací teplotě 800 °C na plech, přičemž poslední úběry jsou v rozsahu 20 až 30 % při dováleovací teplotě 500 až 800 °C, případně žíhá při teplotě 300 až 500 °C po dobu 600 až 7 200 s.

Dlahy a fixační prvky charakteristické projevy tvarové paměti lze využít v traumatologii, rehabilitaci, eventuálně ve stomatologii. Jejich vhodné únavové vlastnosti spojené s pseudoelastickým chováním vytvářejí předpoklady₅pro dlouhodobé a opakované využívání.

CS 271620 Bl

Vynález se týká způsobu výroby dlah a fixačních prvků ze slitiny titanu a niklu, při kterém se slitina taví v grafitových kelímcích, odlévá, kalí, žíhá, ochlazuje, ohřívá na teplotu kování a ková na polotovary, které se válcují na plech, z nichž se stříhají výrobky.

Dosud se dlahy a fixační prvky vyrábějí převážně z nelegované nízkouhlíkové oceli, popřípadě z některé slitiny hliníku, běžným způsobem. Ocelové dlahy se zpravidla vyrábějí z taženého drátěného polotovaru nebo z válcovaných plechů a pásků v případě použití hliníkových slitin. Ve zcela speciálních případech jsou dlahy vyráběny z kovových materiálů s jinou kompozicí, například z mosazi. Pro fixační prvky určené pro implantaci jsou používány legované chromniklové austenitické oceli. Nevýhodou takto’vyrobených dlah je nesnadná formovatelnost, pro jejich naformování je třeba dalších nástrojů a jsou vyrobeny pouze pro jedno použití.

Uvedené nedostatky podstatně snižují způsob výroby dlah a fixačních prvků ze slitiny titanu a niklu, při kterém se slitina taví v grafitových kelímcích, odlévá, kalí, žíhá, ochlazuje, ohřívá na teplotu kování a ková na polotovary, které se válcují na plechy, ze kterých se stříhají výrobky, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že se slitina taví v kelímcích ze spektrálně čistého grafitu, odlévá do formy ze spektrálně čistého gra fitu, odlitky se žíhají při homogenizační teplotě 950 až 1 050 °C po dobu, alespoň 2krát více sekund než je maximální rozměr odlitku v mm, ochlazují při teplotě 400 až 600 °C rychlostí 100 až 300 °C.min“^, kovají při teplotě 800 až 850 °C, přičemž maximální rozdíl mezi výškami polotovaru je dán vztahem t ^s.K*t_n_p kde К = 0,84.exp.(6,08.10“^T), T = = 500,až 800 °C, a následně válcují s maximálním úběrem 50 % při doválcovací teplotě 800°C na plech, přičemž poslední úběry jsou v rozsahu 20 až 30 % při doválcovací teplotě 500 až 800 °C, popřípadě žíhá při teplotě 300 až 500 °C po dobu 600 až 7 200 s. Při tepelném zpracování, po kterém následuje ochlazení na pokojovou teplotu se provádí odstranění okují ponořením do vodného roztoku kyseliny fluorovodíkové a dusičné v poměru 1 objemový díl kyseliny fluorovodíkové, 3 objemové díly kyseliny dusičné a 4 objemové díly vody. Části dlah a fixačních prvků se zpevňují válcováním nebo kováním s maximální deformací 5 %.

Hlavní výhoda způsobu výroby dlah a fixačních prvků podle vynálezu spočívá v snadné deformovatelnosti a přizpůsobení dlah a fixačních prvků do požadovaných tvarů. Tepelně mechanickým zpracováním lze modifikovat substrukturní charakteristiky a v kombinaci s legováním vytvořit podmínky pro tvarově pamělové projevy v požadovaných teplotních rozsazích a při vhodných silových nárocích. V oblasti fixace se ukázalo jako velice perspektivní využití pseudoelastických vlastností těchto materiálů. V případě pseudoelastického projevu je materiál, zatížený při dané konstantní teplotě, schopen bezprostředně po odtížení nabýt svůj výchozí tvar, přičemž velikost realizované deformace může dosahovat hodnot 10%. Tento jev souvisí s realizací napětově indukované martenzitické fázové přeměny, která je vzhledem к nestabilitě nízkoteplotní fáze při dané teplotě vratná bezprostředně po odstra nění působícího napětí. Velikost síly potřebné pro indukovanou fázovou přeměnu je závislá na stavu vysokoteplotní matrice, především potom na hustotě dislokací, velikosti krystalitů a množství koherentních precipitátů. V kombinaci se změnou nosného průřezu lze účelně dozovat velikost sil, které působí na poraněné části, což vytváří základní předpoklady pro tak zvanou fyziologickou fixaci.

Nutnou podmínkou pro využití fixačních prvků je požadavek poměrně snadné deformovatelnosti bez nebezpečí, aby naformovaný tvar byl deformován zbytkovou flexí fixované části. Výchozí struktura dlah nebo fixačních prvků musí proto obsahovat optimální množství martenzitu s vhodnou hustotou dislokací v matrici. Nízká napětí potřebná pro přeorientaci martenzitu umožnf poměrně snadnou deformaci a přizpůsobení fixačních elementů do požadova ných tvarů. Opti/nální hustota dislokací v matrici na jedné straně modifikuje rozvoj příCS 271620 Bl tomných martenzitických desek a v kombinaci se změnou průřezu brání nežádoucí zbytkové flexi, na straně druhé ovlivňuje rozvoj napěíové indukované fázové přeměny a tedy pnutí potřebná pro deformaci. Obdobnou roli ve struktuře sehrává také velikost krystalitů a množství koherentně vyloučených precipitátú. Dosažení vhodných parametrů je u jednotlivých chemických složení závislé na stupni deformace, teplotě tváření a teplotě a době případného následného žíhání.

Způsob výroby dlah a fixačních prvků způsobuje jejich pseudoelastické vlastnosti. Pseudoelastický jev souvisí s napětově indukovanou martenzitickou fázovou přeměnou, která je vyvolána vnější aplikovanou silou. Bezprostředně po odtížení je tato přeměna následována, při konstantní teplotě, krystalograficky vratnou transformací, přičemž dochází ke znovuobnovení výchozího tvaru. Toto chování je částečnou analogií pružné deformace gumy, proto bývá někdy v literatuře označováno jako gumové chování. Rozsah vratné deformace dosahuje až 10 %.

Vhodné únavové vlastnosti, spojené s pseudoelastickým chováním, vytvářejí předpoklacý pro dlouhodobé a opakované' používání fixačních prvků z těchto materiálů. Při zatížení R/l^= = 0,6, kde Rm je mez pevnosti materiálu a R je aplikované pnutí, přesahuje únavová životnost vysoko konvenčně smluvenou hodnotu 10? cyklů.

Způsob výroby dlah a fixačních prvků je blíže vysvětlen v následujících příkladech. Příklad 1

Pro dynamickou fixaci přetržených šlach ruky byla připravena sada dlah ze slitiny ti tanu, niklu a chrómu. Polotovar byl předkován při teplotě 850 °C na pásky s různou výškou (určenou výše uvedeným vztahem t = k.t_n_p v jednotlivých délkových úsecích. Tyto pásky byly dále válcovány za tepla a kaleny při doválcovacích teplotách 700 °C do vody. Následně byly materiály válcovány za studená s úběry 5 %, přičemž konečná výška dlah byla 0,7 mm. takto připravené elementy byly dodatečně žíhány při teplotách 400 nebo 500 °C po dobu 600 s a po přizpůsobení na požadovaný tvar byla výsledná síla v pružné části dlahy 12 N nebo 7 N v závislosti na použité teplotě žíhání. Rozsah vratné deformace byl 6,5 %.

P ř í к 1 a d 2 '

Pro léčení šlachového aparátu ruky byla vyrobena dlaha ze slitiny titanu¹a niklu, přičemž obsah niklu činil 50,5 mol %. Polotovar (plech) pro dlahu byl z doválcovací teploty 500 °C zakalen do vody, přičemž poslední úběr Činil 27 5» a konečná síla dlahy byla 0,7 mm . Takto připravená dlaha působí na dynamicky fixovanou část silou 15 N při rozsahu deformace 8 %. Před aplikací, obdobně jako v předcházejícím nebo v dalších uvedených příkladech, může být dlaha přizpůsobena (namodelována) do požadovaného tvaru v rukou ošetřujícího per sonálu.

Příklad 3

Pro účely léčení poúrazové kontraktury byly připraveny dlahy ze slitiny titanu, niklu a železa. Plech pro dlahy byl válcován při 800 °C a z této teploty byl ochlazen do vody a deformován za studená s úběry 5 %, přičemž konečná síla byla 0,7 mm, Po vyhotovení požadovaných tvarů byly dlahy dále žíhány při teplotách 400, 500 a 600 °C po dobu 1 200 s s následným ochlazením do vody. Takto připravené fixační prvky tvoří sadu s různou velikostí síly působící na kontrakturu v různých fázích léčení (60 N, 45 N, 20 N pro jednotlivé výše uvedené teploty žíhání), přičemž rozsah vratné deformace činí 6 až 8 %.

Příklad 4

Pro léčení Šlachového aparátu ruky byla vyrobena fixační dlaha ze slitiny titanu, niklu a mědi. Plech pro dlahy byl po doválcování při teplotě 750 °C ochlazen do vody. Po následné pětiprocentní deformaci za studená byly polotovary pro dlahy žíhány při teplotách 500 °C po dobu 1 500 s. Velikost zpětné síly byla 25 N při rozsazích vratné deformace do 7 % a síle dlah 0,7 mm.

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Claims

1. Způsob výroby dlah a fixačních prvků ze slitiny titanu a niklu, při kterém se slitina taví v grafitových kelímcích, odlévá, kalí, žíhá, ochlazuje, ohřívá na teplotu kování a ková na polotovary, které se válcují na plechy, ze kterých se stříhají výrobky, vyznačující se tím, že se slitina taví v kelímcích ze spektrálně čistého grafitu, odlévá do formy ze spektrálně čistého grafitu, odlitky se žíhají při homogenizační teplotě 950 až 1 050 °C po dobu alespoň 2krát více sekund než je maximální ixyzměr odlitku v mm, ochlazují při teplotě 400 až 600 °C rychlostí 100 až 300 °C.min“¹, kovají při teplotě 800 až 850 °C, přičemž maximální rozdíl mezi výškami polotovaru Je dán vztahem t_n = = K.t_n_p kde К = 0,84.exp(6,08.10^.T), T = 500 až 800 °C a následně válcují s maxi málním úběrem 50 % při doválcovací teplotě 800 °C na plech, přičemž poslední úběry jsou v rozsahu 20 až 30 % při doválcovací teplotě 500 až 800 °C a následně žíhá při teplotě 300 až 500 °C po dobu 600 až 7 200 s.

2. Způsob výroby dlah a fixačních prvků podle bodu 1, vyznačující se tím, že při tepelném zpracování, po kterém následuje ochlazení na pokojovou teplotu, se provádí odstranění okují ponořením do vodného roztoku kyseliny fluorovodíkové a dusičné v poměru 1 objemo vý díl kyseliny fluorovodíkové, 3 objemové díly kyseliny dusičné a 4 objemové díly vody.