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嘉峪檢測網 2019-01-25 16:19
隨著現代醫(yī)學的發(fā)展，鎳鈦合金因其優(yōu)良的生物相容性、力學性能、腐蝕抗力、形狀記憶效應和超彈性等特點，在醫(yī)學領域廣泛應用于人體植入類醫(yī)療器械。
某鎳鈦合金產品在生產過程中有極少數產品里的鎳鈦絲發(fā)生斷裂。該鎳鈦合金產品的生產工藝為：編織→熱處理定型→清洗→自檢→裝配→檢查。先對其失效情況進行分析并提出相應的改進措施。
01、化學成分分析
對斷裂鎳鈦絲進行化學成分分析，結果見表1。
表1 斷裂鎳鈦絲的化學成分（質量分數）
可見其化學成分符合GB 24627－2009《醫(yī)療器械和外科植入物用鎳-鈦形狀記憶合金加工材》的技術要求。
02、力學性能試驗
對鎳鈦絲的原材料進行力學性能試驗，結果見表2。
表2 斷裂鎳鈦絲的力學性能試驗結果
可見其力學性能滿足GB 24627－2009技術要求。
03、潔凈度測試
對斷裂鎳鈦絲進行潔凈度測試，結果見表3，可見其潔凈度符合GB 24627－2009技術要求。
表3 斷裂鎳鈦絲潔凈度測試結果
04、宏觀分析
鎳鈦合金產品由鎳鈦絲編織而成，鎳鈦絲的斷裂發(fā)生在絲材穿過固定鋼套拐彎的波峰處，斷裂鎳鈦絲的斷口宏觀形貌如圖1所示。
圖1 鎳鈦絲斷裂位置及斷口宏觀形貌
斷口可見裂紋源區(qū)、纖維區(qū)和剪切唇區(qū)，斷口略呈杯錐狀，杯錐底垂直于主應力，較小的錐面平行于最大切應力，與主應力呈45°，有明顯塑性變形，屬宏觀韌性斷裂。
05、顯微硬度測試
對斷裂鎳鈦絲波峰（變形量較大區(qū)域）與直線段（未變形區(qū)域）分別進行顯微硬度測試，結果分別為361 HV0.2和331 HV0.2?？梢娮冃瘟枯^大區(qū)域的硬度略高于未變形區(qū)域的，說明變形導致材料局部產生加工硬化。
06、斷口微觀分析
將斷裂鎳鈦絲浸泡在乙醇溶液中經超聲振蕩清洗后，使用JSM-6510型掃描電鏡對斷口及裂紋源區(qū)進行觀察。斷裂鎳鈦絲的裂紋源起始于絲材表面，如圖2所示；裂紋擴展區(qū)斷口微觀形貌為拉長韌窩，纖維區(qū)為等軸扁平韌窩，如圖3所示；斷口裂紋源區(qū)側面存在許多微裂紋，如圖4所示。
圖2 鎳鈦絲斷口低倍形貌
圖3 鎳鈦絲斷口高倍形貌
圖4 鎳鈦絲裂紋源區(qū)側面微觀形貌
01、斷口特征
鎳鈦絲的斷裂發(fā)生在絲材穿過固定鋼套彎曲波峰處，宏觀斷口附近有明顯的塑性變形，斷口略呈杯錐狀，杯錐底垂直于主應力，錐面平行于最大切應力，與主應力呈45°。微觀斷口由裂紋源區(qū)、纖維區(qū)及剪切唇區(qū)組成，裂紋源起始于絲材表面的微裂紋，裂紋迅速向內擴展，擴展區(qū)微觀形貌為拋物線狀韌窩，絲材心部為纖維狀區(qū)域，微觀形貌為等軸扁平韌窩，剪切唇區(qū)為拋物線狀韌窩。綜上可見，該鎳鈦絲斷口呈典型的過載塑性斷裂特征。
02、應力來源
對產品生產過程進行分析，在編織鎳鈦絲的波峰或波谷區(qū)域時，采用邊加熱邊編織的方式，用熱風槍消除波峰彎曲應力，如圖5所示，但絲材在穿過固定鋼套的彎曲位置時，個別產品的加熱效果稍差，無法很好地消除彎曲應力，導致該區(qū)域絲材存在較大的彎曲加工硬化應力。
圖5 熱吹風去應力處理形貌
鎳鈦產品生產過程中，鎳鈦絲穿過固定鋼套彎曲區(qū)域時，由于加熱消除加工硬化應力的效果較差，導致鎳鈦絲在承受較大的彎曲應力時，發(fā)生過載塑性斷裂。
建議在編織鎳鈦絲時，在彎曲量較大的區(qū)域增加熱吹風時間，以確保完全消除加工硬化應力。
來源：理化檢驗物理分冊
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