Assessment of mechanical properties and transformation behavior of locally-made ni-ti alloys used in orthodontics

การประเมินสมบัติทางกลและการเปลี่ยนแปลงเฟสของโลหะผสมนิกเกิลไทเทเนียมที่ผลิตขึ้นเองสำหรับใช้งานทางทันตกรรมจัดฟัน

Name: Nattiree Chiranavanit

LCSH: Dental instruments and apparatus -- Testing

LCSH: Nickel-titanium alloys -- Heat treatment -- Testing

MeSH: Alloys

MeSH: Orthodontics

Abstract: Ni-Ti alloy wires have been widely used in clinical orthodontics because of their properties of superelasticity (SE) and shape memory effect (SME). The purpose of this study was to assess the mechanical properties and phase transformation of 50.7Ni-49.3 Ti (at%) alloy (NT) and 45.2Ni-49.8Ti-5.0Cu (at%) alloy (NTC), both of which underwent different degrees of reduction (10%, 20% and 30 %) and then received heat treatment at 400°C or 600°C respectively. The Ni, Ti and Cu (purity 99.99%) were prepared and melted by Argon atmosphere arc furnace with a non-consumable tungsten electrode. After being sliced with wire cutting machine, the specimens were cold-rolled with a reduction ratio ranging from 10% to 30%. In order to investigate SE and SME, heat-treatment was performed for 1 h at 400°C or 600°C respectively. The specimens were examined using Energy-Dispersive X-ray Spectroscope (EDS), Differential Scanning Calorimeter (DSC), Universal Testing Machine (Instron), Vickers hardness tester, Optical Microscope (OM) and Xray Diffractometer (XRD). The chemical compositions were Ni 47.65at%, Ti 52.01at%, Si 0.24at% for NT, and Ni 41.94at%, Ti 50.21at%, Cu 7.56at%, Si 0.29at% for NTC. On the threepoint bending test, superelastic load-deflection curve was seen in NTC heat-treated at 400°C. NT heat-treated at 400°C with 30% reduction produced a partially superelastic curve. For SME, NTC heat-treated at 600°C tended to be superelastic at the oral temperature if the Af was set slightly lower than 26°C-30°C. For tensile test, the ultimate tensile strength increased when increasing the percentage reduction. On the other hand, the percentage elongation decreased when increasing the percentage reduction. Micro-harness value increased when increasing the percentage reduction. The average grain size was typically 50-80 μm. In order to improve the superelasticity and shape memory effect, the transformation temperature range should be lower than the oral temperature, either by increasing cold-working over 30% reduction, or adding more Ni/Cu. The results showed that locally-made Ni-Ti alloys have various transformation behaviors and mechanical properties depending on three principal factors: chemical composition, work-hardening (% reduction) and heat-treatment temperature. In order to fabricate Ni-Ti alloy used in orthodontics, these three factors should be carefully monitored. This information was valuable as a baseline data for further development of locally-made Ni-Ti alloyed used in orthodontics

Abstract: วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้เพื่อประเมินคุณสมบัติทางกลและการเปลี่ยนเฟสของโลหะ ผสมนิกเกิล-ไทเทเนียม 50.7Ni-49.3Ti (at%) (NT) และ 45.2Ni-49.8Ti-5.0Cu (at%) (NTC) ที่ได้รับการขึ้นรูปด้วยการรีดเย็นที่ระดับการรีดลดความหนาที่ 10, 20 และ 30 เปอร์เซ็นต์ แล้วอบภายใต้บรรยากาศแก๊สอาร์กอนที่อุณหภูมิ 400 และ 600 องศาเซลเซียสเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง ตามลำดับ จากนั้นทำการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีด้วย Energy-dispersive X-ray sectroscope วิเคราะห์อุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสด้วย Differential Scanning Calorimeter (DSC) วิเคราะห์คุณสมบัติเชิงกลด้วยการทดสอบแรงดึงและแรงกดแบบสามจุดด้วย Universal Testing Machine (Instron) และทดสอบความแข็งแรงผิวด้วย Vickers hardness tester ศึกษาลักษณ โครงสร้างเกรนด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบแสงและศึกษาโครงสร้างผลึกด้วยX-ray Diffractometer (XRD) และใช้ค่าสถิติเชิงพรรณนาในการวิเคราะห์ข้อมูล ผลการศึกษาพบว่า NT ประกอบด้วย Ni 47.65 at%, Ti 52.01 at% และ Si 0.20 at% ส่วน NTC ประกอบด้วย Ni 41.94 at%, Ti50.21 at%, Cu 7.56 at% และ Si 0.29 at% จาก การทดสอบแรงกดสามจุด พบว่า NTC ที่ได้รับการอบที่อุณหภูมิ 400 องศาเซลเซียสมีการคืนกลับ แบบยืดหยุ่นยิ่งยวด ส่วน NT ที่ได้รับการรีดลดความหนา 30 เปอร์เซ็นต์ก่อนนำไปอบที่อุณหภูมิ 400 องศาเซลเซียสมีการคืนกลับแบบยืดหยุ่นยิ่งยวดบางส่วน สำหรับการจำรูป NTC ที่ได้รับการ อบที่อุณหภูมิ 600 องศาเซลเซียส มีแนวโน้มแสดงความยืดหยุ่นยิ่งยวดที่อุณหภูมิช่องปาก ถ้า สามารถกำหนดให้อุณหภูมิออสเตไนท์สิ้นสุดที่ระดับต่ำกว่า 26-30 องศาเซลเซียสเล็กน้อย ค่า ความต้านทานแรงดึงสูงสุดและค่าความแข็งแรงผิวจะเพิ่มขึ้นตามระดับการรีดลดความหนาที่ เพิ่มขึ้น ส่วนอัตราส่วนการยืดตัวจะลดลง เกรนของชิ้นงานมีขนาดเฉลี่ย 50-80 ไมโครเมตร ใน การปรับปรุงคุณสมบัติความยืดหยุ่นยิ่งยวดและการจำรูปให้ดีขึ้น สามารถทำได้โดยการลดอุณหภูมิ ในการเปลี่ยนเฟสให้ต่ำกว่าอุณหภูมิช่องปาก ซึ่งอาจทำได้โดยการเพิ่มระดับการรีดลดความหนาให้ มากกว่า 30 เปอร์เซ็นต์ หรือเพิ่มนิกเกิลหรือทองแดงในส่วนผสมอีกเล็กน้อย จากการศึกษาพบว่าโลหะผสมนิกเกิล-ไทเทเนียมทั้งสองชนิดมีความแตกต่างกันทั้งการ เปลี่ยนเฟสและคุณสมบัติทางกล ขึ้นกับองค์ประกอบทางเคมี ระดับการขึ้นรูป และอุณหภูมิการอบ ข้อมูลที่ได้จากการศึกษานี้สามารถใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานในการพัฒนาการผลิตโลหะผสมนิเกิล- ไทเทเนียมสำหรับใช้ในทางทันตกรรมจัดฟันต่อไป

Mahidol University

Address: NAKHON PATHOM

Email: liwww@mahidol.ac.th

Name: Surachai Dechkunakorn

Role: Thesis Advisors

Created: 2008

Modified: 2552-11-30

Issued: 2009-11-26

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: TH N283a 2008

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Orthodontics

Grantor: Mahidol University

©copyrights Mahidol University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	4937190.pdf	3.74 MB	37	2020-02-22 23:30:11

ใช้เวลา

0.368993 วินาที