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嘉峪检测网 2019-01-25 16:19
随着现代医学的发展，镍钛合金因其优良的生物相容性、力学性能、腐蚀抗力、形状记忆效应和超弹性等特点，在医学领域广泛应用于人体植入类医疗器械。
某镍钛合金产品在生产过程中有极少数产品里的镍钛丝发生断裂。该镍钛合金产品的生产工艺为：编织→热处理定型→清洗→自检→装配→检查。先对其失效情况进行分析并提出相应的改进措施。
01、化学成分分析
对断裂镍钛丝进行化学成分分析，结果见表1。
表1 断裂镍钛丝的化学成分（质量分数）
可见其化学成分符合GB 24627－2009《医疗器械和外科植入物用镍-钛形状记忆合金加工材》的技术要求。
02、力学性能试验
对镍钛丝的原材料进行力学性能试验，结果见表2。
表2 断裂镍钛丝的力学性能试验结果
可见其力学性能满足GB 24627－2009技术要求。
03、洁净度测试
对断裂镍钛丝进行洁净度测试，结果见表3，可见其洁净度符合GB 24627－2009技术要求。
表3 断裂镍钛丝洁净度测试结果
04、宏观分析
镍钛合金产品由镍钛丝编织而成，镍钛丝的断裂发生在丝材穿过固定钢套拐弯的波峰处，断裂镍钛丝的断口宏观形貌如图1所示。
图1 镍钛丝断裂位置及断口宏观形貌
断口可见裂纹源区、纤维区和剪切唇区，断口略呈杯锥状，杯锥底垂直于主应力，较小的锥面平行于最大切应力，与主应力呈45°，有明显塑性变形，属宏观韧性断裂。
05、显微硬度测试
对断裂镍钛丝波峰（变形量较大区域）与直线段（未变形区域）分别进行显微硬度测试，结果分别为361 HV0.2和331 HV0.2。可见变形量较大区域的硬度略高于未变形区域的，说明变形导致材料局部产生加工硬化。
06、断口微观分析
将断裂镍钛丝浸泡在乙醇溶液中经超声振荡清洗后，使用JSM-6510型扫描电镜对断口及裂纹源区进行观察。断裂镍钛丝的裂纹源起始于丝材表面，如图2所示；裂纹扩展区断口微观形貌为拉长韧窝，纤维区为等轴扁平韧窝，如图3所示；断口裂纹源区侧面存在许多微裂纹，如图4所示。
图2 镍钛丝断口低倍形貌
图3 镍钛丝断口高倍形貌
图4 镍钛丝裂纹源区侧面微观形貌
01、断口特征
镍钛丝的断裂发生在丝材穿过固定钢套弯曲波峰处，宏观断口附近有明显的塑性变形，断口略呈杯锥状，杯锥底垂直于主应力，锥面平行于最大切应力，与主应力呈45°。微观断口由裂纹源区、纤维区及剪切唇区组成，裂纹源起始于丝材表面的微裂纹，裂纹迅速向内扩展，扩展区微观形貌为抛物线状韧窝，丝材心部为纤维状区域，微观形貌为等轴扁平韧窝，剪切唇区为抛物线状韧窝。综上可见，该镍钛丝断口呈典型的过载塑性断裂特征。
02、应力来源
对产品生产过程进行分析，在编织镍钛丝的波峰或波谷区域时，采用边加热边编织的方式，用热风枪消除波峰弯曲应力，如图5所示，但丝材在穿过固定钢套的弯曲位置时，个别产品的加热效果稍差，无法很好地消除弯曲应力，导致该区域丝材存在较大的弯曲加工硬化应力。
图5 热吹风去应力处理形貌
镍钛产品生产过程中，镍钛丝穿过固定钢套弯曲区域时，由于加热消除加工硬化应力的效果较差，导致镍钛丝在承受较大的弯曲应力时，发生过载塑性断裂。
建议在编织镍钛丝时，在弯曲量较大的区域增加热吹风时间，以确保完全消除加工硬化应力。
来源：理化检验物理分册
