نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی و علم مواد

2 دانشگاه علوم پزشکی مشهد، دانشکده دندانپزشکی

10.22041/ijbme.2005.13529

چکیده

از سیم های نایتینول تجاری برای ردیف کردن دندان های نامنظم استفاده می شود. خاصیت ابر کشسان، سبب اعمال ممتد نیروهای خمشی، فشاری و کششی برای ایجاد نظم در دندان های نامرتب می شود. اعمال مداوم نیرو از نظر پزشکی حایز اهمیت است، زیرا اولا، طول دوره درمان را می کاهد و ثانیا، کیفیت معالجه را بهبود می بخشد، اما از دیدگاه مهندسی، خواص آلیاژ را تنزل داده و از کارآیی آن می کاهد. آخرین تحقیقات انجام شده درباره تاثیر خمش بر خواص مکانیکی، ریز ساختار و دماهای تغییر حالت چهار نمونه آلیاژ نایتینول تجارتی حاکی از باریک شدن پهنای پسماند، افزایش درصد فاز مارتنزیت و امکان ایجاد فاز R تحت تنش در اثر اعمال تغییر شکل سرد در آلیاژ است. نتایج تحقیق نشان می دهد امکان تغییر خواص آلیاژ از ابر کشسان به سمت حافظه دار در صورت انجام عملیات حرارتی پس از کار سرد وجود دارد. مطالعات فازشناسی و تعیین دماهای تغییر حالت، نشان از وقوع استحاله فاز R در جوار مارتنزیت دارد. این نتایج حاکی از ارتباط رفتار ابرکشسانی با پسماند تنشی کوچک مربوط به تشکیل و از بین رفتن فاز R می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect Of Cold Deformation On Superelasticity And Morphology Of Four Orthodontic Nitinol Wire

نویسندگان [English]

  • Seyed Khatiboleslam Sadrnezhaad 1
  • Amir Hossein Tavabi 1
  • Saeed Ghoreishi 2

1 Department of Materials Science and Engineering, Sharif University of Technology

2 Department of Dentistry, Ferdowsi Medical Science University of Mashhad

چکیده [English]

Tooth straightening with superelastic wire requires exertion of continued bending as well as tensional forces exerted by the wires to the teeth. The applied force can influence on properties of the wire. Knowing the amount and mechanism of this change results in both improvement of the clinical operation as well as the recovery of the used alloy. Investigating the possibility of exertion of a stable force during the curing period is substantial to orthodontists. Studying the possibility of recovery and re-circulation of the used material is of interest to engineers. The latest results obtained on the effect of bending on transformation temperatures, crystal structure and mechanical properties of four different orthodontic commercial wires are discussed in this paper. It is seen that the width of the hysteresis loop is reduced, percentage of the marten site phase is increased and the possibility of stress induced Rphase formation is increased due to the application of the deflection strains on the samples. The structural phase change occurring during mechanical and/or heating operations indicates that the alloy property can change from superelastic towards shape memory effect via heat treatment after cold working. Microstructural and transformation temperature studies show that R-phase formation is concomitant with the presence of marten site in the wires. These results indicate that the superelastic effects are correlated to the formation and elimination of small forcible hysteresis loop of the R phase.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Orthodontic Wire
  • Superelastic
  • Nitinol
  • R Phase
  • Stress Hysteresis

[1]     Lekston Z, Drugacz J, Morawiec H; Application of superelastic NiTi wires for mandibular distraction; Materials Science and Engineering A 2004; 378(1-2): 537-541.

[2]     Otsuka K, Ren X; Recent developments in the research of shape memory alloys; Intermetallics 1999; 7:511-528.

[3]     Miyazaki S, Ishida A; Martensitic transformation and shape memory behavior in sputter-deposited TiNi-base thin films; Materials Science and Engineering 1999; A273–275: 106-133.

[4]     Orgeâas L, Favier D; Stress-induced martensitic transformation of a NiTi alloy in isothermal shear, tension and compression; Acta Mater 1998, 46(15): 5579-5591.

[5]     Mihálcz I; Fundamental characteristics and design method for nickel-titanium shape memory alloy; Periodica Polytechnica Ser Mech Eng 2001; 45(1): 75-86.

[6]     Sadrnezhaad K, Mashhadi F, Sharghi R; Heat treatment of Ni-Ti alloy for improvement of shape memory effect; Materials and Manufacturing Processes 1997; 12(1): 107-115.

[7]     Zarandi FMH, Sadrnezhaad K; Thermomechanical study in combustion synthesized Ti-Ni shape memory alloy; Materials and Manufacturing Processes 1997; 12(6): 1093-1105.

[8]     Hurst C, Duncanson M, Nanda R, Angolkar P; An evaluation of the shape memory phenomena of nickeltitanium orthodontic wires; Am J Orthod 1990; 98: 72- 76.

[9]     Brantley KS, Fournelle W, Bendig R; Properties of superelastic and non superelastic Ni-Ti orthodontic wires; Am J Orthod 1991; 99: 310-18.

[10] Kujala S, Pajala A, Kallioinen M, Pramila A, Tuukkanen J, Ryhänen J; Biocompatibility and strength properties of Nitinol shape memory alloy suture in rabbit tendon; Biomaterials 2004; 25(2): 353-358.

[11] Liu R, Li DY; Indentation behavior of pseudoelastic TiNi alloy; Scripta Materialia 1999; 41(7): 691-696.

[12] Wuttig M, Zheng Y, Slutsker JS, Mori K, Su Q; Stress Induced martensite in NiTi corrugated films; Scripta Materialia 1999; 41(5): 529-533.

[13] Nakano H, Kazoro S; Mechanical properties of several nickel-titanium alloy wires in three point bending test; Am J Orthod 1999; 115: 390-395.

[14] Brantley W, Eliades T; Orthodontic Material; 1st Ed, New York 2001; 90.

[15] Meling T; Odegaard J; The effect of short-term temperature changes on superelastic nickel-titanium archwire activated in orthodontic bending; Am J Orthod 2001; 119: 263-273.

[16] Wilkinson PD, Dysart PS, Hood JAA, Herbison GP; Load-deflection characteristics of superelastic nickeltitanium orthodontic wires; American Journal of Ortho-dontics and Dentofacial Orthopedics May 2002; 121(5): 483-495.

[17] Rucker BK, Kusy RP; Elastic properties of alternative versus single-stranded leveling archwires; American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics November 2002; 122(5): 528-541.

[18] McNaney JM, Imbeni V, Jung Y, Papadopoulos P, Ritchie RO; An experimental study of the superelastic effect in a shape memory ntinol alloy under biaxial loading; Mechanics of Materials October 2003; 35(10): 969-986.

[19] Qin C, Morton B, Chinese J; NiTi wire: A new orthodontic alloy; Am J Orthod 1985; 87: 445-452.

[20] Liu Y, Chen X, McCormick PG; Effect of low temperature ageing on the transformation behavior of near-equiatomic NiTi; Journal of Materials Science 1997; 32: 5979-5984.

[21] Su PC, Wu SK; The four step multiple stage transformation in deformed and annealed Ti49Ni51 shape memory alloy; Acta Materialia 2004; 52: 1117-1122.

[22] صدرنژاد س خ، نعیمی س ت، نوری ع؛ اندازه گیری خاصیت حافظه‌داری در آلیاژ ریختگی نایتینول و تاثیر چرخه‌های حرارتی بر بازگشت کرنش؛ مجله مهندسی متالورژی، تابستان و بهار 1382، 15: 29-36.

[23] Serneels; Shape Memory Alloy Characterization and Optimization; AXT Medical Technologies 2002.

[24] صدرنژاد س خ، نعیمی س ت، فتحی م، حسن زاده ن؛ تاثیر میزان خم شدگی بر خواص بست حافظه‌دار برای اتصال استخوان؛ مجله مهندسی متالورژی، 1383، 7 (18)، 10-16.