正畸不銹鋼絲的控制再結(jié)晶韌化強(qiáng)化技術(shù)

王國慶

摘 要：目的 介紹了一種冷拉不銹鋼絲的控制再結(jié)晶韌化強(qiáng)化技術(shù)。方法 分析正畸不銹鋼絲的生產(chǎn)及臨床應(yīng)用時(shí)，強(qiáng)度為2000 MPa，韌性在工藝性能試驗(yàn)條件下反復(fù)彎曲7～12次即斷裂的現(xiàn)狀。設(shè)計(jì)采用控制再結(jié)晶熱處理細(xì)化晶粒韌化強(qiáng)化方法。結(jié)果 使正畸不銹鋼絲的強(qiáng)度提高到2200 MPa，韌性在工藝性能試驗(yàn)條件下反復(fù)彎曲達(dá)14～18次。結(jié)論 本技術(shù)提供的操作方法簡單可行，生產(chǎn)費(fèi)用低，在工程上容易實(shí)現(xiàn)，能夠在國內(nèi)生產(chǎn)出口腔正畸超強(qiáng)韌絲。

關(guān)鍵詞：不銹鋼絲 控制再結(jié)晶 韌化 強(qiáng)化

中圖分類號：TG3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-02

隨著醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，新興口腔正畸醫(yī)科已迅速發(fā)展起來，正畸器材成為涉及人口最多（70%少年）的一種醫(yī)療器械。正畸鋼絲是這個(gè)器械中最重要的材料之一，在正畸治療中，牙體移動(dòng)、控制、牙弓改變需要力的作用，而正畸鋼絲則是起力的產(chǎn)生、力的施加、力的儲(chǔ)存等功能。該正畸鋼絲是由彈性不銹鋼絲制成，但該鋼絲不僅要求超高彈性，還要求有一定的韌性，以便在正畸治療過程中能制作

各種力的功能曲。

國際上將該材料作為一種尖端材料，并已開發(fā)成一種超強(qiáng)韌的正畸鋼絲，強(qiáng)度達(dá)到2400 MPa，韌性工藝彎曲試驗(yàn)達(dá)20次，并占有了我國國內(nèi)的主要市場。我公司前期生產(chǎn)的正畸鋼絲和國內(nèi)其他企業(yè)生產(chǎn)的彈性不銹鋼絲相當(dāng)，強(qiáng)度為2000 MPa，韌性工藝彎曲次數(shù)7～12次，達(dá)不到臨床使用的要求，無法和進(jìn)口正畸鋼絲競爭。為了趕上國際先進(jìn)和滿足國內(nèi)迫切需要，我們采用合金化強(qiáng)化、合金化相變形變強(qiáng)化、控制再結(jié)晶熱處理，細(xì)化晶粒韌化強(qiáng)化等方案來開發(fā)這一醫(yī)用材料，現(xiàn)在通過該文來報(bào)告控制再結(jié)晶熱處理細(xì)化韌化強(qiáng)化的工藝和方法[1]，該方法已使正畸鋼絲韌性達(dá)到彎曲14～18次，強(qiáng)度達(dá)到2200 MPa，接近和趕上了國際水平，并獲得了大量應(yīng)用和

出口。

2 材料和方法

2.1 材料

選用304H奧氏體不銹鋼絲作為試驗(yàn)用材（國內(nèi)牌號為07Cr19Ni10），經(jīng)杭州西湖生物材料有限公司正畸絲生產(chǎn)車間加工成正畸不銹鋼方絲和正畸不銹鋼方弓絲（以及圓絲、圓弓絲），如圖1、圖2所示，圖1為正畸不銹鋼方絲，圖2為正畸不銹鋼方

弓絲。

圖1 正畸方絲結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 預(yù)成型方弓絲結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 方法和步驟

本方法是將固溶處理后的304 H奧氏體粗絲經(jīng)3～5次冷拉、冷軋，拉成臨床可用的冷加工強(qiáng)化細(xì)絲，已強(qiáng)化至2000 MPa以上，然后用圖3、圖4所示裝置實(shí)行控制再結(jié)晶韌化強(qiáng)化熱處理。圖3是一個(gè)可控硅電氣加熱裝置，實(shí)現(xiàn)瞬間均勻加熱的機(jī)制，其裝置由電源部分（2），控制部分（1），不銹鋼絲夾持加熱及水冷卻部分（3）（6）三部分組成，（5）是可精確讀秒的定時(shí)器，（7）為時(shí)間繼電器，（4）為可快速下降裝置；圖4是所述裝置的可控硅電源電路示意圖，該可控硅線路根據(jù)所處理不銹鋼絲電阻和絲徑、絲長設(shè)計(jì)計(jì)算功率，并使功率可調(diào)，通常對于直徑0.5～1.5 mm的不銹鋼絲所用功率為8～

15 kW。

該技術(shù)裝置的操作步驟為：根據(jù)不銹鋼絲規(guī)格，通過調(diào)節(jié)時(shí)間繼電器的旋鈕來調(diào)節(jié)時(shí)間繼電器的時(shí)間，將不銹鋼絲置于導(dǎo)電性能非常好的夾持器中通電，開動(dòng)時(shí)間繼電器，由雙向可控硅（9）和雙向觸發(fā)二極管（8）快速供電，在0.2 s～2 min內(nèi)瞬間加熱到不銹鋼絲的再結(jié)晶形核溫度，晶粒迅速微細(xì)化，一般為900 ℃左右，由時(shí)間繼電器延時(shí)動(dòng)作，又迅速斷電，繼而鋼絲迅速轉(zhuǎn)入其下方水槽中，使鋼絲快速冷卻，使得冷拉硬化的不銹鋼絲不能完全再結(jié)晶，也不能再結(jié)晶長大，產(chǎn)生再結(jié)晶形核晶粒細(xì)化，從而提高不銹鋼絲的韌性、

強(qiáng)度。

圖3 可控硅電氣加熱裝置設(shè)備原理圖

3 結(jié)果

經(jīng)過控制再結(jié)晶熱處理后的正畸鋼絲，其韌性和強(qiáng)度的變化如圖5所示，圖中橫座標(biāo)為合閘到斷開的時(shí)間（s），縱座標(biāo)為強(qiáng)度和工藝試驗(yàn)機(jī)180 °的反復(fù)彎曲次數(shù)，圖中表明鋼絲韌性隨加熱時(shí)間延長，加速提高，強(qiáng)度在開始階段略有提升后就開始下降，強(qiáng)度到達(dá)6 s后即逐漸持平，韌性到8 s后也逐漸

持平。

圖中顯示開始1～2 s的時(shí)間段韌性強(qiáng)度變化雙雙都有提高，而韌性提高特別明顯，圖中以陰影線部分表示這一特性區(qū)域，該特性區(qū)顯示上述裝置和工藝對已冷加工強(qiáng)化的正畸絲有降低脆性，增加寶貴的韌性的效果，這一韌性增加還能促進(jìn)原冷加工強(qiáng)化的進(jìn)一步應(yīng)用。

4 討論

（1）由圖5顯示的控制再結(jié)晶熱處理結(jié)果，證明了前述設(shè)計(jì)的快速電加熱裝置，以及運(yùn)用再結(jié)晶理論所設(shè)計(jì)的控制再結(jié)晶熱處理工藝在工程上能夠?qū)崿F(xiàn)，圖中陰影線區(qū)域應(yīng)該就是再結(jié)晶大量形核階段，大批微細(xì)晶核出現(xiàn)，大量晶界面積和孿晶對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于原來應(yīng)力，位錯(cuò)、畸變、強(qiáng)化的降低，使強(qiáng)度略有升高。而韌性由于微細(xì)晶粒的出現(xiàn)代替了原來的位錯(cuò)和畸變使得韌性大幅提升[2-3]，但圖中表明這個(gè)時(shí)間很短，只零點(diǎn)幾s到2 s，隨后強(qiáng)度即開始下降，需要在工程上控制住這部分不出現(xiàn)，處理的目的就能達(dá)到。當(dāng)前在工程上實(shí)現(xiàn)該工藝的條件，首先是工件對象能冷加工充分強(qiáng)化的，如奧氏體不銹鋼冷拉鋼絲，同時(shí)是要能夠?qū)崿F(xiàn)快速加熱和快速冷卻的條件，以及工程上能制造出這種快速加熱、快速冷卻裝置，具備這三者可以實(shí)現(xiàn)這一工藝。另外對這一處理結(jié)果水平有影響還有合金化元素，雜質(zhì)含量的性質(zhì)，也就是對形核率形核速度影響的因素都會(huì)在不同程度上影響處理的結(jié)果，形核率高，強(qiáng)化韌化的效果也會(huì)更好；

（2）由于加熱裝置是非恒溫裝置，隨著加熱時(shí)間的延長，工件會(huì)被繼續(xù)升溫，很難進(jìn)行再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)觀察。本工藝的表現(xiàn)在幾秒的很短時(shí)間內(nèi)，從圖5的強(qiáng)度和韌性來看，10 s內(nèi)工件已完成了再結(jié)晶形核，再結(jié)晶和再結(jié)晶長大[4]。該文嚴(yán)格遵循工程應(yīng)用這一主題，把主攻方向放在不完全再結(jié)晶控制的工程工藝上，實(shí)現(xiàn)了獲得圖5中陰影區(qū)域的工藝方法和工程裝置。使運(yùn)用再結(jié)晶理論設(shè)計(jì)的控制再結(jié)晶的熱處理，獲得了又一個(gè)工程應(yīng)用。

5 結(jié)語

（1）本方法實(shí)施后，正畸鋼絲的強(qiáng)度達(dá)到了2200 MPa，韌性工藝彎曲次數(shù)達(dá)到了14～18次；

（2）本技術(shù)提供的操作方法簡單可行，生產(chǎn)費(fèi)用低，在工程上容易實(shí)現(xiàn)，能夠在國內(nèi)生產(chǎn)出口腔正畸超強(qiáng)韌絲；

（3）本開發(fā)技術(shù)已在我公司正畸超強(qiáng)韌鋼絲的多種規(guī)格上獲得了實(shí)際應(yīng)用，每一次加熱處理的鋼絲長度為5 m，已應(yīng)用不同的鋼絲規(guī)格有圓絲0.30 mm、0.35 mm、0.4 mm、0.45 mm、0.5 mm，方絲0.40 mm×0.40 mm、0.40 mm×0.56 mm、0.43 mm×0.56 mm、0.46 mm×0.56 mm、0.48 mm×0.56 mm等。它的工程意義，除了正畸鋼絲，對于其他冷拉強(qiáng)化不銹鋼絲仍可探討采用這一工藝的可能；

（4）奧氏體不銹鋼絲不能相變強(qiáng)化，也不能熱形變強(qiáng)化，現(xiàn)在工程上只有使用冷加工強(qiáng)化，對于這種情況，使用該文控制再結(jié)晶熱處理方案將會(huì)獲得較好效果，也會(huì)擴(kuò)大冷拉不銹鋼絲的應(yīng)用范圍，創(chuàng)造更優(yōu)更強(qiáng)韌的不銹鋼絲產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

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