镍钛矫正弓丝的弯制与加热定形
作者：姚 森 秦葵庆 林朝朗
单位：姚森、林朝朗 361003厦门，解放军174医院口腔正畸中心；秦葵庆 北京有色金属研究总院二○二研究室
关键词：镍钛丝；弯制；热处理
临床口腔医学杂志990309 提 要 目的 提出一种弯制镍钛丝的方法，以期对这种高弹性形状记忆钢丝重新定形、加弯制司匹氏曲度及多种微小弯曲。方法 利用点焊-加热三用机的加热装置配合热处理钳等，对镍钛丝进行通电加热，从而达到弯制后定形的目的。结论 当给镍钛丝加上比Af点高60℃以上的温度时，则相变引起的形状恢复应力超过丝材本身的屈服应力，合金形状记忆特性被部分影响。利用该方法可再次确定镍钛丝的形状，对提高矫治疗效极其有利。
Bending and Heat-molding of Ni-Ti Orthodontic Wires
, 百拇医药
Yao Sen, et al.
Center of Orthodontics, 174 Hospital of PLA, Xiamen 361003,Abstract objective Aim of this paper is to introduce a bending method for Ni-Ti orthodontic wire, in roder to remold, put Spee’s curves and other micro-bends to this super-elasticity and shape memory alloy wire.Method To electrify-heat the Ni-Ti wire. with a Heat Treat Device and two Pliers which connected to the Device, in order to bend and remold the Ni-Ti wire.Conclusion When the Ni-Ti wire was heated over 60℃ than point Af, the shape recovery stress caused by the transformation is larger than the bend stress of alloy wire itself, and shape memory characteristic of the alloy was affected partly, so the Ni-Ti wire shape can be changed by the method, this will be useful to satisfying orthodontic results.
, 百拇医药
Key words Ni-Ti wrie Bend Heat treatment
材料与方法
仪器与材料
仪器：西安天隆新技术研究所研制的FS-4000齿科点焊-加热三用机(包括加热装置及热处理钳)。
镍钛丝：北京有色金属研究总院生产的预成弓型镍钛丝(批号：970305)：
圆丝：
.016”；方丝：.018”×.025”。
镍钛丝的弯制
1. 镍钛丝弓型的重新调节
, 百拇医药
镍钛矫正弓丝在出厂时已被制作成了一定的弓型，其宽度不一定与每个患者的牙弓宽度相匹配，不利于矫治的进行，应该对镍钛丝的弓型宽度重新进行调节〔1、2〕。具体的方法是：将预成弓型的镍钛丝夹在点焊加热三用机的加热板上，调节镍钛丝的宽度与患者牙弓宽度相匹配。将点焊-加热三用机的功率调节至最大，点按加热开关，给镍钛丝加热，使镍钛丝瞬间即将变红(但尚未变红)(温度约为360℃〔3〕)。镍钛丝弓型调节即可完成。
2. 镍钛丝司匹氏曲的弯制
在使用镍钛丝打开咬、压低前牙时，往往需要给弓丝加弯司匹氏曲，才能起到良好的效果。具体的方法是：将预成弓型镍钛丝夹在点焊-加热三用机的加热板上并调节弓丝的宽度与患者牙弓宽度相匹配。左手持细玻璃棒于弓丝的中点处上挑弓丝，加弯司匹氏曲度(图1)，右手点按加热开关，给弓丝通电加热，使弓丝瞬间即将变红(但尚未变红)。取下已有司匹氏曲度的弓丝。将镍钛丝热处理钳及脚控开关装配在点焊-加热三用机上，调节功率旋钮至合适的位置(一般为刻度的4.5)，利用热处理钳将镍钛丝的末端内收，通电加热，即可将预成弓型的镍钛丝调节成与患者牙弓宽度相匹配的带司匹氏曲度的弓丝(图2)。
, 百拇医药
图1 给镍钛丝加弯司匹氏曲
图2 将镍钛丝末段内收，将左边的形状改为右边的形状
3. 镍钛丝微小弯曲的弯制
微小弯曲指的是在磨牙颊侧管前给镍钛弓丝弯制必要的磨牙外展弯、后倾曲、末端内收弯。
若弓丝需要调整宽度或加弯司匹氏曲，其方法同上。其后将点焊-加热三用机的功率调节旋钮调节至合适的档次(一般为刻度的4.5)。将镍钛丝热处理钳及脚控开关装配在机器上，先用两把镍钛丝热处理钳给弓丝弯制微小弯曲(如外展弯、后倾曲、末端内收弯等)(图3)，用脚点踩脚控开关，给微型曲加热定形。
, 百拇医药
图3 利用热处理钳通电加热，给镍钛丝加弯微小弯曲
讨 论
目前利用镍钛丝的形状记忆特性已制作成了具有记忆特性的镍钛矫正弓丝，出厂时其被制作成了一定的形状。本研究所选用的镍钛丝(Ti-54-Ni-Fe)具有在29℃-36℃时转变成原来形状的特性〔4〕。此外在临床上还利用了镍钛丝的另一大特性，即高弹性。本研究所选镍钛丝刚度系数很小，仅为矫正不锈钢丝的1/4，柔和易弯曲；回弹性特别好，经90°弯曲后残余变形角仅为3.6°，75°弯曲2月后残余变形角只有2°；在受力卸载后很长时间能保持近乎的恒定力。
虽然镍钛丝属于一种在低温下加载形变，一旦受热就会回复到原来形状的形状记忆合金但不同的变形方式可使镍钛丝永久性变形。这种永久性变形一般情况下应当避免，但有时候也可以被利用。
图4所示为在低于Ms点的温度下(Ms点表示镍钛合金冷却时从高温相向马氏体相转变的开始温度)，镍钛合金典型的应力-应变曲线。当受到外力时，镍钛丝弹性变形，后接着产生屈服，应力值几乎恒定不变。这一平台部分的变形不是滑移变形，是一种由孪生导致的变形，表观上和通常的塑性变形相同。当从平台部分的某一点卸载时，只有弹性变形部分的应变得到恢复，而表观塑性应变则残留下来。这种表观塑性应变在合金受热时可完全恢复到原状。但当应变加大时，应力脱离平台部分逐渐增大，开始产生加工硬化。当加工硬化到一定程度，从该状态卸载时，应变残留下来，此时即使加热到相变点以上也回不到应变为零的状态，此时就出现了不完全形状记忆效应。
, 百拇医药
图4 Ni-Ti形状记忆合金的应力-应变曲线
与过应变的原理相同，加热也可以改变镍钛丝的记忆效应〔3〕。在镍钛丝受到约束(如受力)时，当受到比Af点高60℃以上的温度时(Af表示加热时马氏体相转变的终了温度)，则相变引起的形状恢复应力超过丝材本身的屈服应力，与变形应变过大时的情况一样，合金形状记忆特性被部分影响，产生永久性变形。
通过过大加载使镍钛丝产生永久性变形，需要的时间比较长，也比较费力。在加载外力的情况下，通过瞬间加热使镍钛丝重新定形的方法则相对简单、省时，更适合临床使用。
镍钛矫正弓丝的弯制与加热定形 国家自然科学基金“快速反应项目”，编号：69773042
参考文献
, 百拇医药 1 Yoneyama T, Doi H, Hamanaka H, Yamamoto M, Kuroda T. Bending properties and transformation temperatures of heat treated Ni-Ti alloy wire for orthodontic appliances, J Biomed Mater Res. 1993;27(3):399～402
2 Hurst CL, Duncanson MG Jr, Nanda RS, Angolkar PV, An evaluation of the shape-memory phenomenon of nickeltitanium orthodontic wires. Am J Orthod Dentofacial Orthop, 1990;98(1):72～6
3 舟久保，熙康编(千东范译).形状记忆合金.第1版，机械工业出版社.北京，1992：P157～163
4 王邦康主编.临床口腔正畸学.第1版.北京科学技术出版社，北京，1990：P35～42
(收稿：1999—01—13), 百拇医药
单位：姚森、林朝朗 361003厦门，解放军174医院口腔正畸中心；秦葵庆 北京有色金属研究总院二○二研究室
关键词：镍钛丝；弯制；热处理
临床口腔医学杂志990309 提 要 目的 提出一种弯制镍钛丝的方法，以期对这种高弹性形状记忆钢丝重新定形、加弯制司匹氏曲度及多种微小弯曲。方法 利用点焊-加热三用机的加热装置配合热处理钳等，对镍钛丝进行通电加热，从而达到弯制后定形的目的。结论 当给镍钛丝加上比Af点高60℃以上的温度时，则相变引起的形状恢复应力超过丝材本身的屈服应力，合金形状记忆特性被部分影响。利用该方法可再次确定镍钛丝的形状，对提高矫治疗效极其有利。
Bending and Heat-molding of Ni-Ti Orthodontic Wires
, 百拇医药
Yao Sen, et al.
Center of Orthodontics, 174 Hospital of PLA, Xiamen 361003,Abstract objective Aim of this paper is to introduce a bending method for Ni-Ti orthodontic wire, in roder to remold, put Spee’s curves and other micro-bends to this super-elasticity and shape memory alloy wire.Method To electrify-heat the Ni-Ti wire. with a Heat Treat Device and two Pliers which connected to the Device, in order to bend and remold the Ni-Ti wire.Conclusion When the Ni-Ti wire was heated over 60℃ than point Af, the shape recovery stress caused by the transformation is larger than the bend stress of alloy wire itself, and shape memory characteristic of the alloy was affected partly, so the Ni-Ti wire shape can be changed by the method, this will be useful to satisfying orthodontic results.
, 百拇医药
Key words Ni-Ti wrie Bend Heat treatment
材料与方法
仪器与材料
仪器：西安天隆新技术研究所研制的FS-4000齿科点焊-加热三用机(包括加热装置及热处理钳)。
镍钛丝：北京有色金属研究总院生产的预成弓型镍钛丝(批号：970305)：
圆丝：
.016”；方丝：.018”×.025”。镍钛丝的弯制
1. 镍钛丝弓型的重新调节
, 百拇医药
镍钛矫正弓丝在出厂时已被制作成了一定的弓型，其宽度不一定与每个患者的牙弓宽度相匹配，不利于矫治的进行，应该对镍钛丝的弓型宽度重新进行调节〔1、2〕。具体的方法是：将预成弓型的镍钛丝夹在点焊加热三用机的加热板上，调节镍钛丝的宽度与患者牙弓宽度相匹配。将点焊-加热三用机的功率调节至最大，点按加热开关，给镍钛丝加热，使镍钛丝瞬间即将变红(但尚未变红)(温度约为360℃〔3〕)。镍钛丝弓型调节即可完成。
2. 镍钛丝司匹氏曲的弯制
在使用镍钛丝打开咬、压低前牙时，往往需要给弓丝加弯司匹氏曲，才能起到良好的效果。具体的方法是：将预成弓型镍钛丝夹在点焊-加热三用机的加热板上并调节弓丝的宽度与患者牙弓宽度相匹配。左手持细玻璃棒于弓丝的中点处上挑弓丝，加弯司匹氏曲度(图1)，右手点按加热开关，给弓丝通电加热，使弓丝瞬间即将变红(但尚未变红)。取下已有司匹氏曲度的弓丝。将镍钛丝热处理钳及脚控开关装配在点焊-加热三用机上，调节功率旋钮至合适的位置(一般为刻度的4.5)，利用热处理钳将镍钛丝的末端内收，通电加热，即可将预成弓型的镍钛丝调节成与患者牙弓宽度相匹配的带司匹氏曲度的弓丝(图2)。
, 百拇医药
图1 给镍钛丝加弯司匹氏曲
图2 将镍钛丝末段内收，将左边的形状改为右边的形状
3. 镍钛丝微小弯曲的弯制
微小弯曲指的是在磨牙颊侧管前给镍钛弓丝弯制必要的磨牙外展弯、后倾曲、末端内收弯。
若弓丝需要调整宽度或加弯司匹氏曲，其方法同上。其后将点焊-加热三用机的功率调节旋钮调节至合适的档次(一般为刻度的4.5)。将镍钛丝热处理钳及脚控开关装配在机器上，先用两把镍钛丝热处理钳给弓丝弯制微小弯曲(如外展弯、后倾曲、末端内收弯等)(图3)，用脚点踩脚控开关，给微型曲加热定形。
, 百拇医药
图3 利用热处理钳通电加热，给镍钛丝加弯微小弯曲
讨 论
目前利用镍钛丝的形状记忆特性已制作成了具有记忆特性的镍钛矫正弓丝，出厂时其被制作成了一定的形状。本研究所选用的镍钛丝(Ti-54-Ni-Fe)具有在29℃-36℃时转变成原来形状的特性〔4〕。此外在临床上还利用了镍钛丝的另一大特性，即高弹性。本研究所选镍钛丝刚度系数很小，仅为矫正不锈钢丝的1/4，柔和易弯曲；回弹性特别好，经90°弯曲后残余变形角仅为3.6°，75°弯曲2月后残余变形角只有2°；在受力卸载后很长时间能保持近乎的恒定力。
虽然镍钛丝属于一种在低温下加载形变，一旦受热就会回复到原来形状的形状记忆合金但不同的变形方式可使镍钛丝永久性变形。这种永久性变形一般情况下应当避免，但有时候也可以被利用。
图4所示为在低于Ms点的温度下(Ms点表示镍钛合金冷却时从高温相向马氏体相转变的开始温度)，镍钛合金典型的应力-应变曲线。当受到外力时，镍钛丝弹性变形，后接着产生屈服，应力值几乎恒定不变。这一平台部分的变形不是滑移变形，是一种由孪生导致的变形，表观上和通常的塑性变形相同。当从平台部分的某一点卸载时，只有弹性变形部分的应变得到恢复，而表观塑性应变则残留下来。这种表观塑性应变在合金受热时可完全恢复到原状。但当应变加大时，应力脱离平台部分逐渐增大，开始产生加工硬化。当加工硬化到一定程度，从该状态卸载时，应变残留下来，此时即使加热到相变点以上也回不到应变为零的状态，此时就出现了不完全形状记忆效应。
, 百拇医药
图4 Ni-Ti形状记忆合金的应力-应变曲线
与过应变的原理相同，加热也可以改变镍钛丝的记忆效应〔3〕。在镍钛丝受到约束(如受力)时，当受到比Af点高60℃以上的温度时(Af表示加热时马氏体相转变的终了温度)，则相变引起的形状恢复应力超过丝材本身的屈服应力，与变形应变过大时的情况一样，合金形状记忆特性被部分影响，产生永久性变形。
通过过大加载使镍钛丝产生永久性变形，需要的时间比较长，也比较费力。在加载外力的情况下，通过瞬间加热使镍钛丝重新定形的方法则相对简单、省时，更适合临床使用。
镍钛矫正弓丝的弯制与加热定形 国家自然科学基金“快速反应项目”，编号：69773042
参考文献
, 百拇医药 1 Yoneyama T, Doi H, Hamanaka H, Yamamoto M, Kuroda T. Bending properties and transformation temperatures of heat treated Ni-Ti alloy wire for orthodontic appliances, J Biomed Mater Res. 1993;27(3):399～402
2 Hurst CL, Duncanson MG Jr, Nanda RS, Angolkar PV, An evaluation of the shape-memory phenomenon of nickeltitanium orthodontic wires. Am J Orthod Dentofacial Orthop, 1990;98(1):72～6
3 舟久保，熙康编(千东范译).形状记忆合金.第1版，机械工业出版社.北京，1992：P157～163
4 王邦康主编.临床口腔正畸学.第1版.北京科学技术出版社，北京，1990：P35～42
(收稿：1999—01—13), 百拇医药