Study of machining blanks of medical implants from a new high-strength ultrafine-grained titanium alloy Grade 4

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The effect of machining modes on the surface roughness of titanium Grade 4 rods with ultrafine-grained and coarse-grained structures and subsequent intensity of implant osseointegration in the postoperative period was examined. It was shown that increasing the cutting speed during the manufacture of medical implants leads to surface roughness reduction of titanium Grade 4 rods with an ultrafine-grained structure compared to the coarse-grained counterpart. Testing of medical implants manufactured using a new mechanical processing technology showed a significant increase in their strength and accelerated osseointegration after maxillofacial surgery.

About the authors

Vladimir F. Makarov

ПНИПУ

Author for correspondence.
Email: journal@electronics.ru

доктор технических наук, профессор, заместитель заведующего кафедрой «Инновационные технологии машиностроения», академик РАЕ

Russian Federation, Пермь

Mikhail V. Pesin

ПНИПУ

Email: journal@electronics.ru

доктор технических наук, декан, механико-технологический факультет, член-кор. РАЕН

Russian Federation, Пермь

Luisa R. Rezyapova

ФГБОУ ВО «Уфимский университет науки и технологии»

Email: journal@electronics.ru

кандидат технических наук, научный сотрудник

Russian Federation, Уфа

Luisa V. Konogorova

ПНИПУ

Email: journal@electronics.ru

аспирант, кафедра «Инновационные технологии машиностроения»

Russian Federation, Пермь

Anastasia V. Khabarova

ПНИПУ

Email: journal@electronics.ru

аспирант, кафедра «Инновационные технологии машиностроения»

Russian Federation, Пермь

Rinat S. Abzaev

ПНИПУ

Email: journal@electronics.ru

аспирант, кафедра «Инновационные технологии машиностроения»

Russian Federation, Пермь

References

  1. Brunette D. M., Tengvall P., Textor M., Thomson P. Titanium in medicine: material science, surface science, engineering, biological responses and medical applications. Berlin: Springer, 2001. 1019 p.
  2. Valiev R. Z., Sabirov I., Zemtsova E. G., Parfenov E. V., Dluhoš L., Lowe T. C. Nanostructured commercially pure titanium for development of miniaturized biomedical implants. In: Froes FH, Qian M, eds. Titanium in Medical and Dental Applications. Woodehead Publishing, Duxford, UK, 2018; 393–417.
  3. Баранчиков В. И., Жаринов А. В., Юдина Н. Д. и др. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник. М.: Машиностроение, 1990. 400 с.
  4. Gao Y., Wang G., & Liu B. Chip formation characteristics in the machining of titanium alloys: a review. International Journal of Machining and Machinability of Materials, (2016) 18(1/2), 155. doi: 10.1504/ijmmm.2016.075467
  5. Валиев Р. З., Александров И. В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства: монография. М.: Академкнига, 2007. 397 с.
  6. Утяшев Ф. З. Современные методы интенсивной пластической деформации: учебное пособие для студентов всех форм обучения, обучающихся по направлению 210600 «Нанотехнологии», специальности 210602 «Наноматериалы». Федеральное агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования Уфимский гос. авиационный технический ун-т. Уфа: УГАТУ, 2008. 313 с.
  7. Песин А. М., Жиляев А. П., Рааб Г. И. и др. Наноструктурирование металлов и сплавов методами интенсивной пластической деформации. Магнитогорск: Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, 2021. 259 с.
  8. Valiev R. Z., Langdon T. G. Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement. Progress in Materials Science. 2006. 51. P. 881.
  9. Lapovok R., Molotnikov A., Levin Y., Bandaranayake A., Estrin Y. Machining of coarse grained and ultra fine grained titanium. Journal of Materials Science, (2012) 47(11), 4589–4594. doi: 10.1007/s10853-012-6320-7
  10. Sun S. J., Brandt M., Song W. Q., Dargusch M. S. Microstructural Evolution in Chips during Machining of Commercially Pure (Grade 2) Titanium. Materials Science Forum, (2010), 654–656, 823–826. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/msf.654-656.823' target='_blank'>www.scientific.net/msf.654-656.823
  11. Komanduri R., Hou Z.-B. On thermoplastic shear instability in the machining of a titanium alloy (Ti-6Al-4V). Metallurgical and Materials Transactions A, (2002), 33(9), 2995–3010. doi: 10.1007/s11661-002-0284-1
  12. Sun S., Brandt M., Dargusch M. S. Characteristics of cutting forces and chip formation in machining of titanium alloys. International Journal of Machine Tools and Manufacture, (2009), 49(7–8), 561–568. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2009.02.008
  13. Elias C. N., Lima J.H.C., Valiev R. Z., Meyers M. A. Biomedical applications of titanium and its alloys. JOM. 2008. No. 60 (3). PP. 46–49.
  14. Чертовских С. В. Обрабатываемость резанием ультрамелкозернистого титана ВТ1-0, полученного методом равноканального углового прессования // Вестник машиностроения. 2007. № 5. С. 43–46.
  15. Semenova I., Polyakov A., Gareev A., Makarov V., Kazakov I., Pesin M. Machinability Features of Ti-6Al-4V Alloy with Ultrafine-Grained Structure. Metals. (2023), 13. 1721. 10.3390/met13101721.
  16. Даурембеков А., Ци Мэнсюй, Козлов В. Н. Проблемы при фрезеровании титановых сплавов // Сб. докладов II Международной научно-практической конференции, Томск, 26–28 апреля 2022 г. Национальный исследовательский Томский политехнический университет. Школа базовой инженерной подготовки. Томск: Изд-во ТПУ, 2022. С. 433–439.
  17. Дорофеева Е. С., Литвиненко Д. С., Янковская И. Ф., Амельченко Н. А. Некоторые особенности механической обработки титановых сплавов // Решетневские чтения. Красноярск: Изд-во СибГУ науки и технология, 2017. С. 494–496.
  18. Савин Д. И., Левко В. А., Колотюк И. А. Финишная обработка сплавов после операции электроэрозионной обработки // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2017. Т. 1. С. 37–40.
  19. Ермаков С. М., Жиглявский А. А. Математическая теория оптимального эксперимента. М.: Наука, 1987. 320 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2026 Makarov V.F., Pesin M.V., Rezyapova L.R., Konogorova L.V., Khabarova A.V., Abzaev R.S.