Разработка технологического процесса изготовления медицинского скальпеля

1.      Выбор материала

 

Скальпели предназначены для рассечения мягких биологических тканей при хирургических вмешательствах.

В зависимости от назначения инструмент изготавливается:

- скальпель многоразовый;

- скальпель одноразовый стерильный;

- съемное лезвие для скальпеля;

- съемное лезвие для скальпеля одноразовое стерильное;

Для изготовления скальпелей и съемных лезвий применяется сталь нержавеющая марок 40Х13 ГОСТ 5582, 95Х18 ГОСТ 5949.

 

Выбранная для изготовления скальпеля сталь должна быть коррозиостойкой и позволять не только производить первоначальную острую заточку, но и длительно сохранять ее при пользовании.

Рассмотрим технологию изготовления скальпелей из стали 40Х13.

 

Химический состав и механические свойства данной стали приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 Химический состав стали 40Х13

C	Cr	Fe	Mn	P	S	Si
0,36-0,45	12-14,0	Осн.	≤0,8	≤0,030	≤0,025	≤0,8

 

 

Таблица 2 Нормированные механические свойства при 20 °С

ГОСТ	Вид продукции	Режим термической обработки	Сталь	σв, Н/мм²	δ5, %	HRC	НВ
				не менее
ГОСТ 5582-75	Лист тонкий	Отжиг или отпуск при 740-800 °С	40Х13	550	15	-	-
ГОСТ 5949-75	Сорт Ø, ¤ до 200 мм Калиброванная сталь	Отжиг или отпуск	40Х13	-	-	-	229-143
		Закалка: с 950-1050°С; отпуск при 200-300°С, охлаждение на воздухе или в масле	40Х13	-	-	50	-

 

 

Содержание хрома в количестве 12-14% обеспечивает необходимую коррозиостойкость стали. Благодаря высокому содержанию углерода стали имеют мартенситную структуру с наличием карбидов и остаточного аустенита, что обеспечивает необходимую твердость и износостойкость. Мартенситные стали обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабоагрессивных средах (в слабых растворах солей, кислот) и имеют высокие механические свойства.

 

2.      Термообработка

 

Эти стали применяют после закалки и отпуска на заданную твердость. Благодаря малой критической скорости закалки стали 40X13 закаливаются на мартенсит при охлаждении на воздухе (рис. 1). Закалку изделий из этих сталей проводят от температур 950—1020°С, так как только выше этих температур происходит полное растворение в аустените карбидов Сr₂₃С₆. После закалки стали отпускают на требуемую твердость. Так, после закалки сталь 40Х13 имеет твердость HRC 56-58, после отпуска при 200—300 °С HRC 50, а после отпуска при 600 °С HRC 32-34. В интервале 480-520 °С наблюдается существенное снижение пластичности и ударной вязкости сталей из-за развития отпускной хрупкости.

Рис. 1 Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита стали 40Х13. 1 – закалка в масле, 2 – охлаждение на воздухе, 3- охлаждение в печи

 

После закалки стали имеют высокую коррозионную стойкость. Отпуск при 200—400 °С проводят для снятия внутренних напряжений; он не оказывает влияния на коррозионную стойкость. При отпуске выше 500 °С происходит распад мартенсита на феррито-карбидную смесь и выделение карбидов типа Ме₂₃С₆, структура стали становится гетерогенной, ферритная матрица обедняется хромом, коррозионная стойкость резко снижается. Отпуск при более высоких температурах повышает коррозионную стойкость.

 

Термообратка скальпеля из стали 40Х13 проводится путем закалки при температуре 950—1020°С с охлаждением на воздухе и низкого отпуска при 200 °С, что дает возможность сохранить Мартенситную структуру.

 

 

Литература:

- ГОСТ 30208-94 (ИСО 7153-1-88)/ГОСТ Р 50328.1-92 (ИСО 7153-1-88) Инструменты хирургические. Металлические материалы. Часть 1. Нержавеющая сталь.

- Специальные стали. Учебник для вузов. Гольдштейи М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. М.: Металлургия, 1985. 408 с.