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，強(qiáng)度為2000 MPa，韌性在工藝性能試驗條件下反復(fù)彎曲7～12次即斷裂的現(xiàn)狀。設(shè)計采用控制再結(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。正畸鋼絲是這個器械中最重要的材料之一，在正畸治療中，牙體移動、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所示裝置實行控制再結(jié)晶韌化強(qiáng)化熱處理。圖3是一個可控硅電氣加熱裝置，實現(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器，（7）為時間繼電器，（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)計計算功率，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)時間繼電器的旋鈕來調(diào)節(jié)時間繼電器的時間，將不銹鋼絲置于導(dǎo)電性能非常好的夾持器中通電，開動時間繼電器，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，由時間繼電器延時動作，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)為合閘到斷開的時間（s），縱座標(biāo)為強(qiáng)度和工藝試驗機(jī)180 °的反復(fù)彎曲次數(shù)，圖中表明鋼絲韌性隨加熱時間延長，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)計的快速電加熱裝置，以及運(yùn)用再結(jié)晶理論所設(shè)計的控制再結(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、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)代替了原來的位錯和畸變使得韌性大幅提升[2-3]，但圖中表明這個時間很短，只零點幾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)化韌化的效果也會更好；

（2）由于加熱裝置是非恒溫裝置，隨著加熱時間的延長，工件會被繼續(xù)升溫，很難進(jìn)行再結(jié)晶動力學(xué)觀察。本工藝的表現(xiàn)在幾秒的很短時間內(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)計的控制再結(jié)晶的熱處理，獲得了又一個工程應(yīng)用。

5 結(jié)語

（1）本方法實施后，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)晶熱處理方案將會獲得較好效果，也會擴(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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