Способ изготовления концевого медицинского инструмента из нержавеющей стали

Способ изготовления концевого медицинского инструмента из нержавеющей стали

Реферат

 

Способ изготовления концевого медицинского инструмента из нержавеющей стали включает механическую обработку, гибку при комнатной температуре, нагрев со скоростью 100 - 500°С/с до 990 - 1120°С, формирование при этой температуре штамповкой рабочей части с ее последующей закалкой со скоростью охлаждения 30 - 450°С/с, доводку, вакуумный отпуск при 310 - 360°С в течение 40 - 60 мин при степени вакуума 10^-2-10^-4 мм рт.ст. В процессе вакуумного отпуска возможно напыление на рабочую часть нитрида титана или нитрида циркония. Отпуск с ионноплазменным напылением нитрида титана рекомендуется проводить при 370 - 440°С в течение 5 - 7 мин. В способе может быть предусмотрен высокочастотный и вакуумный нагрев, а охлаждение в расплаве селитры или жидком азоте. 7 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к изготовлению и термической обработке тонколезвийного одно- и двухстороннего из нержавеющих, упрочняемых термической обработкой нержавеющих сталей, и может найти применение в медицинской промышленности, а также в приборостроении и электронике.

Известно изготовление изделий из нержавеющей стали, включающее горячую пластическую деформацию с регламентированной скоростью и отжиг (А.с. 576 343, кл. С 21 D 1/78 аналог).

Недостатки способа в неприменимости к закаливающимся на повышенную твердость мартенситным сталям, в сложности осуществления для тонколезвийного и мелкоразмерного инструмента.

Известен другой способ термомеханической обработки нержавеющих сталей, включающий деформацию при 900-1200^оС с последующим упрочнением формообразованием в режимах сверхпластичности (Бернштейн М.Л. и др. Сталь, 1989, N 2, с. 84-88 аналог).

Способ имеет аналогичные недостатки, не позволяет достичь достаточной прочности и износостойкости, велика металлоемкость изготовления концевого инструмента.

Известен способ термической обработки нержавеющих сталей мартенситного класса, включающий нормализацию после деформации и двухкратный отпуск при 675-695^оС (А.с. 1 539221 аналог).

Технология сложна в осуществлении, низка прочность и износостойкость при повышенной пластичности и вязкости, неудовлетворительна коррозионная стойкость и жесткость концевого инструмента.

Наиболее близким заявляемому является способ обработки малоуглеродистых нержавеющих сталей с закалкой после механической обработки от 950^оС и дискретную закалку с последующим старением и повторную закалку с отпуском при 250-270^оС в течение 2 ч (А.c. 1 516 497 прототип).

Цель повышение прочности, коррозионной стойкости и класса чистоты поверхности при снижении трудоемкости.

Предложенный способ включает гибку механически обработанных заготовок концевого инструмента и последующее формообразование рабочей части при зонном нагреве с одновременной закалкой с нагревом со скоростью 100-500^оС/с до 990-1120^оС, охлаждение со скоростью 30-450^оС/с и отпуск после доводки геометрии рабочей части при температурах 310-360^оС в течение 40-60 мин.

Предусматривается также нагрев токами высокой частоты концевой рабочей части инструмента для формообразования и закалки на длине 0,5 концевой части в течение 10-15 с, а также охлаждение в подкладной матрице или в расплаве селитры при 180-280^оС или погружением в жидкий азот. При этом отпуск проводят в вакууме или в вакууме с одновременным ионно-плазменным напылением нитрида титана.

Разработанные режимы позволяют для ряда коррозионностойких и нержавеющих сталей за минимальное время провести нагрев для закалки, совмещая его с горячей деформацией с минимальной деформации и окислении, а регламентированная скорость охлаждения определяет оптимальное соотношение прочности и вязкости рабочей части.

Вакуумный отпуск в выбранном интервале температур исключает повышенную хрупкость, обеспечивает высокую коррозионную стойкость поверхности при заданной твердости рабочей части и корпуса.

В результате обработки эксплуатационные свойства повышаются в 2-3 раза, а удельные расходы на механическую и термическую обработку в стоимости инструмента снижаются в 1,3 раза.

Практически способ осуществлен при изготовлении трех видов инструмента для стоталогии-штопферов и штопфер-гладилок, гладилок с круглой головкой из сталей 09Х16Н4Б, ВНС-17, 14Х17Н2, использованы калиброванные прутки диаметром 6-8 мм серийного производства. Зонный нагрев проводили на установках ВЧИ-10, ВЧГ-67 в петлевых одновитковых индукторах поочередно одной и второй сторон инструмента, охлаждение вели в масле ВМ-3, в расплаве натриевой и калиевой селитр, в ванночках из нержавеющей стали 12Х18Н10Т в печах СШОЛ-М, а также в криостатах с жидким азотом при зонном погружении нагретой части инструмента.

Для отпуска использованы вакуумные шкафы СНВЛ-4.4.4./3,5 и при одновременном напылении нитридов установка МИР-2М.

П р и м е р 1. Штопфер-гладилки двухсторонние диаметром корпуса 6,5 мм и длиной 110 мм из стали 09Х16Н6 после механической обработки конусной части и гибки по шаблону нагревали на длине 19 мм со скоростью 250^оС/с в одновитковом индукторе до температуры 990^оС и штамповали в подкладных штампах рабочую часть поочередно плоскую гладилку и сферический штопфер, каждый раз охлаждая со скоростью 30^оС/с, а затем доводили до чистоты Р_а 0,60 мкм и отпускали в вакууме при 350^оС в течение 60 мин.

В результате обработки прочностные характеристики рабочей части были 1090-1100 МПа прочность при растяжении, ударная вязкость составила 75-80 Дж/см². Коррозионная стойкость повысилась до 0,0008 мм/год, класс чистоты поверхности после электрополирования составил Р_а0,032 мкм, что на порядок выше серийных стандартизованных их хромистой стали с гальваническим хромированием по СТ-613 М-00-00.

Износостойкость повысилась в 4 раза при снижении трудоемкости изготовления и обработки в 2,9 раза.

В табл. 1 приведены сравнительные характеристики концевого инструмента с односторонними полусферическими лопат- ками из стали 14Х17Н2 при обработке по предложенному и известному способам.

П р и м е р 2. Наконечники медицинские гинекологические из прутков диаметром 5 мм стали 12Х17Н5М3 нагревали зонно после слесарной обработки и гибки на длине 25 мм токами высокой частоты со скоростью 500^оС/с до температуры 1100^оС и охлаждали после формообразования в подкладных матрицах со скоростью 280^оС/с в масле.

Механически доведенные по рабочей части наконечники отпускали при 400^оС в течение 45 минут в вакууме 10^-2 мм рт.ст.

Обработка позволила повысить прочностные характеристики на 25-30% износостойкость повысилась в 2,1 раза, а коррозионная стойкость была не хуже 2 балла по ГОСТ 13819-73, класс чистоты после электрополирования повысился до Р_а0,025 мкм по ГОСТ 2789-73.

В сравнении со стандартными наконечниками исключено отслаивание защитного покрытия, коррозионного разрушения поверхности не наблюдалось при испытаниях в морской воде в течение 1250 ч, эксплуатационные характеристики повысились в 3,5 раза.

П р и м е р 3. Зонды изогнутые медицинские гинекологические из стали коррозионностойкой 03Х11Н10М2Т, серебрянки диаметром 5,15 мм обрабатывали по предложенному способу.

Вначале вели гибку механически обработанного зонда по шаблону, а затем нагревали рабочую часть со скоростью 400^оС/с до 1000^оС и проводили формообразование в матрицах разъемных из стали 4X5МФС с последующей закалкой переносом в жидкий азот от температур деформации. Отпуск проводили в вакууме при скорости нагрева 100^оС/мин при 360^оС в течение 60 минут.

Обработка позволила получить прочность рабочей части 1360-1410 МПа, ударную вязкость 55-60 Дж/см² при повышенной коррозионной стойкости. Износостойкость зондов повысилась в 5 раз при снижении трудоемкости изготовления и обработки в 2 раза, исключены типичные для стандартного инструмента виды износа нарушение коррозионностойкого покрытия, изгиб рабочей части в переходной зоне, повышена на 2 класса чистота обработки рабочей части.

Таким образом, разработанный способ технологичен и эффективен при изготовлении высокопрочного концевого инструмента различных типоразмеров и конфигу- раций.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНЦЕВОГО МЕДИЦИНСКОГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ, включающий механическую обработку, вакуумный отпуск в течение 40 60 мин, нагрев, выдержку с последующей закалкой и доводку, отличающийся тем, что после механической обработки проводят гибку при комнатной температуре, нагрев ведут до 990 1120^oС со скоростью 100 500^oС/с, формируют при этой температуре штамповкой рабочую часть с ее последующей закалкой со скоростью охлаждения 30 450^oС/с, а отпуск проводят после доводки со степенью вакуума 10^-2 10^-4 мм рт.ст.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев для формирования рабочей части и закалки проводят высокочастотным нагревом на длине 0,5 концевой части с выдержкой 10 15 с.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение при формообразовании и закалке проводят в формообразующей подкладной матрице из теплостойкой стали.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение проводят погружением рабочей части в расплав селитры при 180 280^oС.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение проводят погружением рабочей части в жидкий азот.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что отпуск проводят в электровакуумном шкафу при скорости нагрева 100 200^oС/мин.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вакуумный отпуск проводят с одновременным напылением на рабочую часть нитрида титана или нитрида циркония.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что отпуск с ионно-плазменным напылением нитрида титана проводят при 370 440^oС в течение 5 70 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1