專業!沉淀硬化不銹鋼在手術器械上的應用(SUS630沉淀硬化不銹板)
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專業!沉淀硬化不銹鋼在手術器械上的應用
工業上使用的不銹鋼超過80種,不過從彈性、硬度、剛性、耐磨性、抗拉強度和韌性等綜合因素考慮,適合制作手術器械的不銹鋼只有大約10種。
目前國際上手術器械最常用的主要是馬氏體型不銹鋼,其次是奧氏體型和鐵素體型不銹鋼。
然而,馬氏體不銹鋼的防銹及相關性能在不銹鋼家族中并不盡如人意,國內每年因手術器械銹蝕等引發的用戶投訴為數不少;而奧氏體和鐵素體不銹鋼因其不能通過熱加工硬化,使用范圍又受到諸多限制。
鑒于這些因素,國外早在20世紀七八十年代就已經有沉淀硬化不銹鋼用于手術器械的實例。
17-4PH鋼是一種具有不穩定奧氏體組織,固溶處理后產生馬氏體相變,再經時效處理,在馬氏體基體上沉淀析出細小、彌散且呈面心立方結構的MX相(富Cu的相),從而獲得硬化的馬氏體不銹鋼。
在使用狀態下,鋼的基體為板條狀馬氏體,同時還有部分殘余奧氏體、鐵素體以及各種碳化物和金屬間化合物(見圖1)。
表20Cr17Ni4Cu4Nb的力學性能。
可以對淬火硬化狀態下的17-4PH鋼進行機械加工,加工條件隨材料硬度的變化而變化。
通常使用高速鋼刀具或經過潤滑的硬質合金刀具進行加工。
完整的熱處理工藝應該包括固溶處理和時效處理。
冷成形只能在軟化狀態下進行,條件限制比較嚴格。
在冷加工后,通過固溶處理及時效處理,抗應力腐蝕能力得到增強。
軋制、彎曲等加工工序應在軟化狀態下進行,以免引起開裂。
17-4PH鋼具有優良的焊接性能,可用一般的電弧焊和電阻焊接工藝焊接,即其他不銹鋼的焊接工藝均可用于17-4PH鋼。
由于其自身的馬氏體結構特點,焊縫金屬中較低的氧含量使其保持了較好的韌性及延展性。
17-4PH合金可以和同種的填充金屬進行焊接。
如果在焊接不需考慮到17-4PH的機械特性,也可以采用奧氏體填充金屬,之后也不必進行熱處理。
我們在實踐中將17-4PH鋼與普通馬氏體鋼焊接,同樣效果良好。
17-4PH鋼的表面處理方法與普通不銹鋼基本相同。
該鋼材在實施打磨、噴砂、拋光、鈍化等工藝中均沒有特殊要求。
17-4PH鋼較強的防腐蝕性能,使它能根據產品使用要求采用光亮或亞光等多種表面處理工藝手段,均能達到較為滿意的效果。
只是要注意不同材料組合使用時,17-4PH鋼表面色澤與普通不銹鋼略有差異。
常用的電外科器械能像手術刀一樣進行切割,因此常被稱為“電刀”,由于是使用高頻電流來實現其功能,因此又常被稱為“高頻電刀”。
適合于普外、胸外、泌尿外科、婦科等外科手術。
在外科臨床手術中,接上電刀可以切割,而接上電凝鑷(見圖4)常用來起止血作用。
早期的電凝鑷一般用馬氏體或奧氏體不銹鋼制成,都存在一個常見的缺陷:器械在操作過程中,因高頻電流所產生熱量與人體組織蛋白接觸后起反應,在器械電極會產生粘接現象,造成器械失效,甚至傷及體內組織。
國外多用銀銅合金或改變產品結構來解決粘接問題,工藝相對復雜。
我們曾用17-4鋼制成的電凝鑷作電凝試驗,結果表明,粘接的現象明顯改善。
不過從金屬導熱原理獲知,粘接是在加熱過程中由于金屬局部過熱引起;而從物理學角度來說,導熱系數是影響金屬局部過熱的重要因素。
從相關資料得知,17-4材料的導熱系數在100℃時為18.4(W/mk),500℃時為22.7(W/mk),優于304材料。
隨著醫學界對疾病的治療水平不斷提高,傳統的開放式外科治療模式受到沖擊。
如:微創手術是用帶有微型攝像頭的器械,利用相關器械(見圖5)進行的手術。
手術時使用冷光源提供照明,將直徑10mm左右的鏡頭插入腔內,運用數字攝像技術,使鏡頭拍攝到的圖像顯示在專用監視器上。
醫生通過監視器屏幕上所顯示的圖像,對病人的病情進行分析判斷,并運用特殊的器械進行手術。
從使用功能上劃分,微創手術器械有帶電與不帶電兩類,器械的頭端按臨床需要有鉗、剪、鉤、棒、刀等不同型式。
其中帶電微創器械在手術中除了具備抓持人體組織功能外,還兼備了切割和電凝止血功能。
這類器械的使用條件比較特殊:醫生可以根據臨床需要選定采用是否通電操作。
而無論在是否電情況下,器械都有硬度、耐磨性方面的要求,以保證器械的操作性能;然而,帶電使用時,微創器械頭端將承受150℃以上的高溫(溫度高低受通電時間長短影響),用普通不銹鋼制成的產品使用時常常會因頭端受熱軟化以及表面粘接而失效,而用17-4鋼制造后,其基體硬度在480℃溫度以下一般不會發生變化。
臨床使用證明,其耐高溫和不易粘接的優勢明顯,有效地改善了產品的使用性能,延長了產品的使用壽命。
相對于普通不銹鋼而言,17-4PH鋼具有較高的防腐蝕性能及優良的冷熱加工性能,加工工藝相對簡便,適合用來制造某些特殊使用要求的高品質外科手術器械,隨著技術的進步,其應用范圍有望不斷拓展。
當然,在目前階段,鑒于制造成本等因素的考慮,沉淀硬化不銹鋼更適合于制造那些使用條件特殊、附加值較高的產品。
SUS630沉淀硬化不銹板
具有高強度,高硬度,較好的焊接性能和耐腐蝕性能。
已經被大量的推廣運用在閥門,軸類及化纖行業及具有一定耐蝕要求的高強度零部件等。
由銅、鈮/鈳構成的沉淀硬化馬氏體不銹鋼,含碳量低,抗腐蝕性和可焊性均比一般的馬氏體型不銹鋼好,與18-8型不銹鋼類似,熱處理工藝簡單,切削性好,但是較難滿足深冷加工。
用于制造耐蝕性高、強度高的零部件,如軸承類、汽輪機零件。
合金是沉淀、淬水、馬氏體的不銹鋼,和這個等級具有高強度、硬度和抗腐蝕等特性。
經過熱處理后,產品的機械性能更加完善,可以達到高達1100-1300mpa(160-190ksi)的耐壓強度。
這個等級不能用于高于300℃(570F)或非常低的溫度下,它對大氣及稀釋酸或鹽都具有良好的抗腐蝕能力,它的抗腐蝕能力與304和430一樣。
480℃時效,≥375HB和≥40HRC;。
580℃時效,≥302HB和≥31HRC;。
3)550℃時效,經固溶處理后,540~560℃空冷;。
5)620℃時效,經固溶處理后,610~630℃空冷。
STS630沉淀硬化鋼化學成分
STS630化學成份Ni≥3.00-5.00。
STS630化學成份Nb0.15-0.45。
●STS630熱處理工藝,力學性能范圍值:。
2、沉淀硬化550℃時效:經固溶處理后,540-560℃,空冷,。
4、沉淀硬化620℃時效:經固溶處理后,610-630℃,空冷,。
STS630屬于馬氏體沉淀硬化鋼,其強度可通過改變熱處理工藝予以調整,耐腐蝕性優于Cr13型及95Cr18、14Cr17Ni2鋼,抗腐蝕疲勞及抗水滴沖蝕性優于Cr13型鋼,焊接工藝簡便,易于加工制造,但較難進行深度冷成型。
廣泛應用于既要求不銹性又要求耐弱酸、堿、鹽腐蝕的高強度部件,如汽輪機末級動葉片,以及在腐蝕環境中工作溫度低于300℃的結構件等。
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