способ термической обработки тонколезвийного инструмента из нержавеющей мартенситно-стареющей стали

Формула изобретения

1. Способ термической обработки тонколезвийного инструмента из нержавеющей мартенситно-стареющей стали, включающий нагрев до температуры закалки в вакуумной печи, выдержку в течение заданного времени, старение с нагревом в той же вакуумной печи и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев до температуры закалки и старения проводят в вакуумной печи с ретортой и с расположением инструмента горизонтально по периметру реторты, при этом нагрев до температуры закалки ведут со скоростью 50 200 град./мин, выдержку в течение 5 15 мин, а охлаждение после нагрева под закалку и старение осуществляют в закалочной среде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вакуум при нагреве под закалку поддерживают в пределах 10^-2 10^-3 мм рт.ст. а при нагреве под старение 10^-2 40 мм рт.ст.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение от температуры закалки проводят в жидком азоте в течение 10 12 мин.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что старение проводят через 20 25 мин после закалки в течение 45 90 мин.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение после старения осуществляют переносом в охлаждающую среду за 3 5 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке двухстороннего тонколезвийного концевого инструмента из нержавеющих сталей, и может найти применение в медицинской промышленности, а также в приборостроении.

Известен способ вакуумной термической обработки тонколезвийного инструмента из нержавеющей мартенситно-стареющей стали, включающий нагрев до температуры закалки в вакуумной печи, выдержку в течение заданного времени, охлаждение, отпуск с нагревом в той же вакуумной печи и охлаждение (авт. св. СССР N 1229735, C 21 D 9/22, 1986).

Цель изобретения повышение износостойкости и прочности при снижении деформации и трудоемкости. Одновременно предусматриваются повышение коррозионной стойкости и улучшение технологичности при сокращении энергоемкости обработки.

Разработанная технология включает нагрев до температуры закалки и старения в вакуумной печи с ретортой с регламентированной скоростью 50-200 град/мин и выдержку в течение 5-16 мин с охлаждением при закалке и старении в закалочной среде.

При этом вакуум при нагреве для закалки поддерживают 10^-2 - 10^-3 мм рт. ст. а при старении 10^-2 40 мм рт.ст. также предусмотрено охлаждение в жидком азоте в течение 10-12 мин при закалке и старении с переносом из вакуумной реторты через воздух за 3-5 с. Выдержка при старении производится в течение 45-90 мин через 20-25 мин после проведения закалки в этой же печи.

Сущность процессов, протекающих при обработке по предложенной технологии в том, что тонкий инструмент, располагаемый горизонтально на приспособлениях вблизи прогреваемых стенок реторты прогревается излучением с достаточной для подготовки структуры и растворения легирующих элементов в твердом растворе в тонколезвийной рабочей части инструмента, при минимальных температурных градиентах, что позволяет исключить тепловую поводку. Вместе с тем после кратковременной выдержки в вакууме в течение 5-15 мин проводится охлаждение через воздух вместе с приспособлением переносом в воду, масло или жидкий азот и через 20-25 мин в этой вакуумной реторте осуществляется старение, что дополнительно сокращает технологическое время и энергозатраты, но позволяет получить оптимальное соотношение прочностных свойств рабочей части и рукоятки лезвийного инструмента.

Практически способ осуществляли при изготовлении тонколезвийных штопферов, гладилок, шпателей медицинских из мартенситоно-стареющих нержавеющих сталей 09Х16Н4Б ТУ-14-1-3564-83, 03Х13Н8Д2ТМ и 03Х11Н10М2Т и 04Х14К3Н4МЗ по ТУ-14-1-1149-74. Вакуумный нагрев осуществляли в малоэнергоемких печах с "горячей" ретортой СШОЛ-1,6.1/12М2 и СНОЛ-1,6.2,5.1/11И2 с форвакуумными насосами 2НВР-5ВД.

Пример 1. Штопфер-гладилки стоматологические двухсторонние по геометрии СТ-613М-00-99 из стали 09Х16Н4Б закаливали с нагревом в вакууме на приспособлении горизонтально по 12 шт. (фиг. 1, 2). Нагрев до температуры закалки 975^oC проводили со скоростью 200 град/мин и после выдержки переносили для охлаждения в масле. Длительность выдержки в вакууме 10^-2 мм рт.ст. при закалке составила 5 мин, перерыв перед старением составил 25 мин, старение при 450^oC в вакууме 10^-2 мм рт.ст. в течение 90 мин.

В результате обработки получен высокопрочный инструмент с пределами прочности 1450-1470 МПа, микротвердостью рабочей части H_0,49=510-520, с высокой коррозийной стойкостью в пределах 1-2 балла по шкале ГОСТ 10819-73. Деформация на длине 180 мм не превышала 45-60 мкм, трудоемкости и энергоемкости в расчете на одну деталь снизилась в 1,4 раза, а ресурс работы в сравнении со стандартными хромированными штопфер-гладилками повысился в 2,7 раза.

Пример 2. Скальпели стоматологические, отогнутые, из стали 03Х11Н10М2Т2 обрабатывали после слесарной обработки по предложенной технологии.

Вначале закаливали в вакууме 10^-3 мм рт. ст. от температуры 880^oC с нагревом со скоростью 50 град/мин и охлаждением переносом из реторты печи СНОЛ-В в жидкий азот за 5 с. Аналогично проводили старение с нагревом в этой же реторте в вакууме 10^-2 рт.ст. при температуре 500^oC в течение 60 мин. Разрыв между закалкой и старением составил 20 мин.

Обработка позволила получить на рабочей части инструмента твердость после закалки 300-370 и после старения 590-605, что обеспечило повышенную износостойкость инструмента в сравнении с обработанным по известному способу в 1,3 раза. Коррозионная стойкость была 0,0002 0,0003 мм/год в кислой среде, деформация не превышала 5/8 мкм по рабочей части, трудоемкость обработки сократилась в 1,5 раза.

Пример 3. Шпатели-гладилки серповидные из стали 00Х13Н8Д2ТМ закаливали и старили по предложенной технологии. Вакуумный нагрев для закалки проводили в вакууме 10^-3 мм рт. ст. скорость нагрева была 150 град/мин, температура 880^oC, время выдержки 115 мин, приспособление с горизонтально расположенным инструментом переносили за 3-5 с в воду, разгерметизируя реторту печи, последующее старение проводили через 10 мин после подструживания реторты до температуры 650-660^oC, температура старения 560^oC, время выдержки 45 мин, вакуум 10^-2 мм рт.ст. охлаждение вели на воздухе.

Получен инструмент с прочностными характеристиками на уровне 1350-1390 МПа, прочность при растяжении 56-65 Дж/см² ударная вязкость при коррозионной стойкости 0,0004-0,0005 мм/год, класс чистоты поверхностей после электроплирования был P_a= 0,25-0,32 мкм, при этом износостойкость в сравнении со стандартными шпателями из коррозионностойкой стали повысилась в 1,4 раза. Одновременно трудоемкость обработки снизилась в 1,7 раза при минимальных затратах на электроэнергию.

В таблице приведены сравнительные характеристики инструмента из стали ЭП-69 при обработке по режимам прототипа и по предложенной технологии.

Таким образом, предложенный способ технологичен в осуществлении, эффективен для применения на серийных производствах и в условиях малых предприятий, существенно повышает эксплуатационные свойства инструмента из мартенситно-стареющих конструкционных нержавеющих сталей.