本發(fā)明屬于有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁致伸縮牙科專(zhuān)用TC4合金棒材的制備工藝。
背景技術(shù)：
牙科使用的金屬?gòu)?0世紀(jì)20年代的汞合金及金屬牙冠等開(kāi)始，60年代主要使用金、銀、鈀合金，70年代以后不銹鋼成為牙齒矯正用永久性和可拆卸器械最常用材料，90年代鈦鑄造技術(shù)得以推廣應(yīng)用。在用于人體硬組織修復(fù)的金屬材料中，鈦的彈性模量與人體組織最接近，約為80～110GPa，這可以減輕金屬種植體與骨組織之間的機(jī)械不適應(yīng)性。鈦的熱導(dǎo)率是所有牙科修復(fù)材料中最低的，熱導(dǎo)率低可以減輕對(duì)帶齒冠、牙齒牙髓的熱刺激，對(duì)牙齒修復(fù)很重要。
牙科用鈦材質(zhì)方面，原多為純鈦，但其強(qiáng)度不足，難以研磨，存在耐磨性差，易產(chǎn)生鑄造缺陷及質(zhì)量不穩(wěn)定等。鈦合金強(qiáng)度較高，最常用的是TC4合金，目前可做牙冠、冠釘、固定橋、烤瓷橋、粘結(jié)橋、義齒卡環(huán)、基托、連接裝置和加強(qiáng)裝置、幾乎義齒所有金屬部件都可用鈦制作。
由于鈦合金良好的耐腐蝕性、無(wú)毒、無(wú)磁性，TC4牌號(hào)無(wú)疑為磁致伸縮牙科綜合治療儀工作頭的首選材料。磁致伸縮牙科治療工作頭用于口腔臨床治療中做齦上潔治，齦下刮治及根管蕩洗，采用超聲高頻共振所產(chǎn)生的巨大超聲流沖擊振動(dòng)、清除牙垢，而非傳統(tǒng)的機(jī)械式運(yùn)動(dòng)刮鑿牙垢，獨(dú)有的42000HZ的振動(dòng)頻率和0.02mm的微小振動(dòng)直徑，其工作面與牙表面始終保持平衡，在牙表面做獨(dú)有的環(huán)形運(yùn)動(dòng)拋光牙面、牙根、不傷及牙齦、治療工作頭可深入牙齦14mm、清除牙周袋結(jié)石、配合抗菌素沖洗，令牙周袋深度減少；同時(shí)由于工作頭較牙釉質(zhì)軟，對(duì)牙沖擊小，更不會(huì)對(duì)牙齒造成第二次傷害，達(dá)到非手術(shù)治療牙周病的非凡優(yōu)勢(shì)。
傳統(tǒng)的金屬材料(銅、鋁、不銹鋼、鈦及鈦合金)均無(wú)法滿(mǎn)足磁致伸縮牙科治療工作頭的振動(dòng)要求。即是同一TC4牌號(hào)的材料其化學(xué)成份、力學(xué)性能、高倍組織形態(tài)等所有參數(shù)完全一致，也不能保證其實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種磁致伸縮牙科專(zhuān)用TC4合金棒材的制備工藝，采用該工藝制備的TC4合金棒材進(jìn)而制作成牙科振動(dòng)工作頭，其振動(dòng)特性是目前其它金屬材料無(wú)法取代的，且材料性能穩(wěn)定、強(qiáng)度、塑性匹配良好。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種磁致伸縮牙科專(zhuān)用TC4合金棒材的制備工藝，包括以下步驟：
步驟一、熔煉鑄錠
選用“0級(jí)”海綿鈦為原料，純AL豆和AL85V顆粒為合金元素，按TC4牌號(hào)的名譽(yù)合金成份配料，壓制電極，經(jīng)真空自耗電弧爐三次熔煉成Φ300*Lmm鑄錠；
步驟二、開(kāi)坯鍛造
所述鑄錠經(jīng)電爐加熱至β相區(qū)，保溫使之完全燒透，在2500t油壓機(jī)大壓力下、多向鍛造，變形至120mm*120mm*Lmm方棒坯；
步驟三、熱軋制
將上述方棒坯在電阻爐內(nèi)加熱(α+β兩相區(qū))，熱軋至Φ45*Lmm，切斷、修理表面缺陷再熱軋至17*Lmm以上規(guī)格棒坯；
步驟四、熱拉伸
上述棒坯經(jīng)電爐加熱(相變點(diǎn)以下溫度)，經(jīng)多模次拉拔至Φ12.5*Lmm以上規(guī)格，總拉拔變形量不小于40％；
步驟五、切斷校直、磨光
校直在斜棍校直機(jī)上進(jìn)行，直線(xiàn)度不低于0.3％；
磨光在無(wú)心磨床上進(jìn)行，磨削至棒材成品要求尺寸Φ12±0.02*3000mm；
步驟六、成品熱處理
上述棒材成品退火要求在真空狀態(tài)下進(jìn)行，避免材料表面污染和有害氣體雜質(zhì)增量。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有的有益效果：采用本工藝制備的TC4合金棒材進(jìn)而制作成牙科振動(dòng)工作頭(醫(yī)療二類(lèi)器械)，其振動(dòng)特性是目前其它金屬材料無(wú)法取代的，且材料性能穩(wěn)定、強(qiáng)度、塑性匹配良好。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
一種磁致伸縮牙科專(zhuān)用TC4合金棒材的制備工藝，包括以下步驟：
步驟一、熔煉鑄錠
選用“0級(jí)”海綿鈦為原料，純AL豆和AL85V顆粒為合金元素，按TC4牌號(hào)的名譽(yù)合金成份配料，壓制電極，經(jīng)真空自耗電弧爐三次熔煉成Φ300*Lmm鑄錠；
步驟二、開(kāi)坯鍛造
所述鑄錠經(jīng)電爐加熱至β相區(qū)，保溫使之完全燒透，在2500t油壓機(jī)大壓力下、多向鍛造，變形至120mm*120mm*Lmm方棒坯；
步驟三、熱軋制
將上述方棒坯在電阻爐內(nèi)加熱(α+β兩相區(qū))，熱軋至Φ45*Lmm，切斷、修理表面缺陷再熱軋至17*Lmm以上規(guī)格棒坯；
步驟四、熱拉伸
上述棒坯經(jīng)電爐加熱(相變點(diǎn)以下溫度)，經(jīng)多模次拉拔至Φ12.5*Lmm以上規(guī)格，總拉拔變形量不小于40％；
步驟五、切斷校直、磨光
校直在斜棍校直機(jī)上進(jìn)行，直線(xiàn)度不低于0.3％；
磨光在無(wú)心磨床上進(jìn)行，磨削至棒材成品要求尺寸Φ12±0.02*3000mm；
步驟六、成品熱處理
上述棒材成品退火要求在真空狀態(tài)下進(jìn)行，避免材料表面污染和有害氣體雜質(zhì)增量。
上述材料試驗(yàn)如下：
實(shí)驗(yàn)材料為采用“0”級(jí)專(zhuān)用海綿鈦、純AL豆和AL85V顆粒為合金元素，按牌號(hào)名譽(yù)合金成分配料，壓制電極組焊，經(jīng)真空自耗電弧爐三次熔煉成Φ300*L mm合金鑄錠。用金相法測(cè)其(α+β)/β相變點(diǎn)(TB)。鑄錠經(jīng)過(guò)表面扒皮，裁去帽口錠底，電爐加熱至β相區(qū)，在2500噸油壓機(jī)開(kāi)坯鍛造，表面缺陷修磨，進(jìn)而加熱至兩相區(qū)。經(jīng)過(guò)兩次軋制成Φ17*L棒坯，上述棒坯經(jīng)電爐加熱(相變點(diǎn)以下溫度)，經(jīng)多模次拉拔至Φ12.5*L mm以上規(guī)格，總拉拔變形量不小于40％；再進(jìn)行退火、校直、磨光、熱處理、取樣測(cè)得棒材力學(xué)性能。
結(jié)果與討論：
1.TC4鈦合金相變點(diǎn)及鑄錠化學(xué)成分
TC4鈦合金的相變點(diǎn)為980℃，TC4鈦合金鑄錠的化學(xué)成分分析見(jiàn)表1。表中數(shù)據(jù)為鑄錠取掉帽口錠底，在距離兩端各300mm處取樣實(shí)測(cè)分析值，符合外科植入物用鈦及鈦合金加工材GB/T13810標(biāo)準(zhǔn)要求，成分較為均勻，特別鐵、氧含量適中，鐵含量不大于0.2％，氧含量不大于0.13％。
表1. TC4鑄錠化學(xué)成分
2. TC4合金成品棒力學(xué)性能
棒材力學(xué)性能檢測(cè)見(jiàn)表2，表中數(shù)據(jù)為經(jīng)真空熱處理后的成品狀態(tài)性能測(cè)試，符合GB/T13810標(biāo)準(zhǔn)要求，數(shù)值相對(duì)集中，抗拉強(qiáng)度在970～1000MPa范圍，顯微組織評(píng)級(jí)在A2之內(nèi)。
表2. TC4成品棒力學(xué)性能
結(jié)論
1)牙科工作頭用TC4棒材既要求較高的力學(xué)性能，又防止疲勞脆斷，控制好錠坯雜質(zhì)元素Fe和O的含量是重要的。
2)棒材拉拔均勻化變形不小于40％，顯微組織晶粒度的控制是實(shí)現(xiàn)工作頭振動(dòng)的關(guān)鍵。
通過(guò)本發(fā)明的工藝制備的TC4合金棒材進(jìn)而制作成牙科振動(dòng)工作頭，其振動(dòng)特性是目前其它金屬材料無(wú)法取代的，且材料性能穩(wěn)定、強(qiáng)度、塑性匹配良好。
上述實(shí)施例，只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述內(nèi)容所做的等同變化，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。