CN106755906A - 一种30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺 - Google Patents

一种30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺，旨在通过预先热处理与激光相变硬化两个步骤实现不锈钢手术刀的变形小、高硬度、高耐磨和较好的耐腐蚀性能。

Description

一种30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺
技术领域
本发明属于金属材料的热处理工艺技术领域，具体涉及一种30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺。
背景技术
手术刀作为外科手术中的重要医疗器械，在手术中发挥着至关重要的作用。由于应用领域的特殊性，这种器械不仅要具有良好的耐腐蚀性能，还需要保证较高的强度和表面硬度。常规淬硬热处理工艺下，不锈钢手术刀能达到的最大硬度有限，强化区域难以控制，强化深度不均匀；而使用化学热处理工艺如渗氮渗碳等工艺，化学药品用量较大，成本高，过程控制复杂，生产效率不高。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的至少一个技术问题，为此，本发明提供了一种30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺，旨在通过预先热处理与激光相变硬化两个步骤实现不锈钢手术刀的变形小、高硬度、高耐磨和较好的耐腐蚀性能。
为达到上述目的，本发明提供的具体技术方案为：一种30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺，包括如下步骤：a、预先热处理，具体为将不锈钢手术刀先放入淬火炉内完成淬火工艺，所述淬火工艺为在1000-1050℃的条件下保温80-150分钟，再冷却到室温；接着放入回火炉内完成回火工艺，所述回火工艺为在150-200℃的条件下保温100-200分钟，再冷却到室温；b、激光相变硬化，具体为选定激光器设置光源参数后进行激光扫描，激光扫描的同时通保护气体。
作为上述方案的优选，所述淬火工艺中将温度升至1000-1050℃的具体步骤为：先将温度升至650℃以下预热20-50分钟，再将温度升至780-850℃之间预热20-40分钟，之后再升至1000-1050℃。
作为上述方案的优选，所述激光器为高功率Nd:YAG激光器，所述光源参数包括激光功率、扫描速度、光斑直径和离焦量，所述激光功率的范围为1000～2500W，所述扫描速度的范围为500～2500mm/min，所述光斑直径的范围为2-10mm，离焦量为0±0.5mm。
作为上述方案的优选，所述保护气体为惰性气体或氮气，所述气体的流量范围为1-10L/min。
作为上述方案的优选，所述不锈钢手术刀的成份及各成份的质量百分比为C0.26-0.35％、Si<＝1.00％、Mn<＝1.00％、S<＝0.030％、P<＝0.035％、Cr12.00-14.00％、Ni<＝0.60％。
作为上述方案的优选，所述预先热处理步骤中的冷却方式均为空冷。
作为上述方案的优选，激光扫描时，入射激光束与手术刀的夹角保持在与刀的长度方向呈85度或95度，宽度方向90度，厚度方向0度。
上述技术方案产生的技术效果为：
1、通过预先热处理和激光相变硬化两个步骤实现手术刀处理过程中变形小，处理后手术刀具有高硬度、高耐磨和较好的耐腐蚀性能，操作过程简便易控制。
2、淬火步骤中通过预热后再升温至指定温度进行保温，能有效防止手术刀产生大变形。
3、通过Nd:YAG激光器完成激光相变硬化的步骤，可以简化工艺步骤，因为Nd:YAG激光在黑色金属(钢是一种黑色金属)表面的吸收率在40％以上(高)，无需对刀片预涂黑化吸光涂层。
4、保护气体可选用惰性气体，惰性气体一方面可迅速带走激光器扫描时产生的热量，另一方面防止手术刀氧化；保护气体也可选用氮气，选用氮气，一方面可降低成本，另一方面除了迅速降温抗氧化外，还可在激光扫描过程中氮原子渗入不锈钢中形成氮化铬等氮化物，氮化铬等氮化物硬度较高，热稳定更好，他们弥散分布在不锈钢表面，可进一步提升不锈钢表面的硬度，耐磨性和疲劳强度。
5、入射激光束与手术刀的夹角保持在与刀的长度方向呈非90度，可以防止激光反射回来烧损激光头。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一的预先热处理的流程图；
图2为实施例二的预先热处理的流程图；
图3为实施例三的预先热处理的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺，本实施例中的不锈钢的成份及各成份质量百分比如表1所示，具体步骤包括：
a、预先热处理，处理步骤如图1所示，具体为将不锈钢手术刀先放入淬火炉内完成淬火工艺，所述淬火工艺具体为首先加热到600℃预热30分钟，然后升温至820℃预热30分钟，之后升温至1000℃保温90分钟并空冷到室温；接着放入回火炉内完成回火工艺，所述回火工艺具体为在180℃条件下保温120分钟，再空冷到室温；
b、激光相变硬化，具体为选定激光器设置光源参数后进行激光扫描，激光扫描的同时通保护气体，所述激光器选用高功率Nd:YAG激光器，所述光源参数中的激光功率为1000W，扫描速度为2000mm/min，聚焦束斑直径为2mm，离焦量为0mm，所述保护气体为氮气，气体流量为5L/min。
所述淬火工艺使用真空高压气体淬火炉，该淬火炉采用真空热处理技术具有无氧化、无脱碳；可脱气、脱脂；被处理件表面质量好，内在质量优、变形小；无污染、自动化程度高等一系列突出优点。需要满足的主要技术指标：极限真空度小于1×10-2Pa；压升率≤0.5Pa/h；最高使用温度不低于1200℃；有限热区温差≤±5℃。
所述回火工艺使用真空高压气体回火炉，需满足的主要技术指标：最高温度高于700℃，控温精度±1℃，炉温均匀性满载15点400℃±8℃,满15点600℃±5℃，极限真空度小于1×10-2Pa，压升率≤0.5Pa/h。
经过上述复合处理工艺后30Cr13不锈钢手术刀片表面硬度达到680HV，手术刀刀片无可见变形，有效提高了耐磨性和硬度。
表1
C Si Ni Mn Cr P S
0.32 0.80 0.18 0.67 13.40 0.020 0.010
实施例2
本实施例提供一种30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺，本实施例中的不锈钢的成份及各成份质量百分比如表2所示，具体步骤包括：
a、预先热处理，处理步骤如图2所示，具体为将不锈钢手术刀先放入淬火炉内完成淬火工艺，所述淬火工艺具体为首先加热到650℃预热25分钟，然后升温至800℃预热25分钟，之后升温至1050℃保温90分钟并空冷到室温；接着放入回火炉内完成回火工艺，所述回火工艺具体为在160℃条件下保温150分钟，再空冷到室温；
b、激光相变硬化，具体为选定激光器设置光源参数后进行激光扫描，激光扫描的同时通保护气体，所述激光器选用高功率Nd:YAG激光器，所述光源参数中的激光功率为1500W，扫描速度为2100mm/min，聚焦束斑直径为3mm，离焦量为0mm，所述保护气体为氮气，气体流量为5L/min。
所述淬火工艺使用真空高压气体淬火炉，该淬火炉采用真空热处理技术具有无氧化、无脱碳；可脱气、脱脂；被处理件表面质量好，内在质量优、变形小；无污染、自动化程度高等一系列突出优点。需要满足的主要技术指标：极限真空度小于1×10-2Pa；压升率≤0.5Pa/h；最高使用温度不低于1200℃；有限热区温差≤±5℃。
所述回火工艺使用真空高压气体回火炉，需满足的主要技术指标：最高温度高于700℃，控温精度±1℃，炉温均匀性满载15点400℃±8℃,满15点600℃±5℃，极限真空度小于1×10-2Pa，压升率≤0.5Pa/h。
经过上述复合处理工艺后30Cr13不锈钢手术刀片表面硬度达到700HV，手术刀刀片无可见变形，有效提高了耐磨性和硬度。
表2
C Si Ni Mn Cr P S
0.28 0.92 0.32 0.75 12.80 0.032 0.018
实施例3
本实施例提供一种30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺，本实施例中的不锈钢的成份及各成份质量百分比如表3所示，具体步骤包括：
a、预先热处理，处理步骤如图3所示，具体为将不锈钢手术刀先放入淬火炉内完成淬火工艺，所述淬火工艺具体为首先加热到620℃预热40分钟，然后升温至840℃预热40分钟，之后升温至1020℃保温120分钟并空冷到室温；接着放入回火炉内完成回火工艺，所述回火工艺具体为在180℃条件下保温120分钟，再空冷到室温；
b、激光相变硬化，具体为选定激光器设置光源参数后进行激光扫描，激光扫描的同时通保护气体，所述激光器选用高功率Nd:YAG激光器，所述光源参数中的激光功率为1800W，扫描速度为2500mm/min，聚焦束斑直径为3mm，离焦量为0mm，所述保护气体为氮气，气体流量为6L/min。
所述淬火工艺使用真空高压气体淬火炉，该淬火炉采用真空热处理技术具有无氧化、无脱碳；可脱气、脱脂；被处理件表面质量好，内在质量优、变形小；无污染、自动化程度高等一系列突出优点。需要满足的主要技术指标：极限真空度小于1×10-2Pa；压升率≤0.5Pa/h；最高使用温度不低于1200℃；有限热区温差≤±5℃。
所述回火工艺使用真空高压气体回火炉，需满足的主要技术指标：最高温度高于700℃，控温精度±1℃，炉温均匀性满载15点400℃±8℃,满15点600℃±5℃，极限真空度小于1×10-2Pa，压升率≤0.5Pa/h。
经过上述复合处理工艺后30Cr13不锈钢手术刀片表面硬度达到680HV，手术刀刀片无可见变形，有效提高了耐磨性和硬度。
表3
C Si Ni Mn Cr P S
0.30 0.78 0.24 0.53 13.60 0.024 0.026
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种30Cr 13不锈钢手术刀的复合处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
a、预先热处理，具体为将不锈钢手术刀先放入淬火炉内完成淬火工艺，所述淬火工艺为在1000-1050℃的条件下保温80-150分钟，再冷却到室温；接着放入回火炉内完成回火工艺，所述回火工艺为在150-200℃的条件下保温100-200分钟，再冷却到室温；
b、激光相变硬化，具体为选定激光器设置光源参数后进行激光扫描，激光扫描的同时通保护气体。
2.根据权利要求1所述的30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺，其特征在于，所述淬火工艺中将温度升至1000-1050℃的具体步骤为：先将温度升至650℃以下预热20-50分钟，再将温度升至780-850℃之间预热20-40分钟，之后再升至1000-1050℃。
3.根据权利要求2所述的30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺，其特征在于，所述激光器为高功率Nd:YAG激光器，所述光源参数包括激光功率、扫描速度、光斑直径和离焦量，所述激光功率的范围为1000～2500W，所述扫描速度的范围为500～2500mm/min，所述光斑直径的范围为2-10mm，离焦量为0±0.5mm。
4.根据权利要求3所述的30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺，其特征在于，所述保护气体为惰性气体或氮气，所述气体的流量范围为1-10L/min。
5.根据权利要求1至4任一所述的30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺，其特征在于，所述不锈钢手术刀的成份及各成份的质量百分比为C0.26-0.35％、Si<＝1.00％、Mn<＝1.00％、S<＝0.030％、P<＝0.035％、Cr12.00-14.00％、Ni<＝0.60％。
6.根据权利要求1至4任一所述的30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺，其特征在于，所述预先热处理步骤中的冷却方式均为空冷。
7.根据权利要求1至4任一所述的30Cr13不锈钢手术刀的复合处理工艺，其特征在于，激光扫描时，入射激光束与手术刀的夹角保持在与刀的长度方向呈85度或95度，宽度方向90度，厚度方向0度。
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