СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНЦЕВОГО МЕДИЦИНСКОГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ Российский патент 1995 года по МПК C21D1/78 C23C8/36 

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.

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.

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.