DE19750606B4

DE19750606B4 - Verfahren zur Wärmebehandlung und Temperung von chirurgischen Nadeln

Info

Publication number: DE19750606B4
Application number: DE19750606A
Authority: DE
Inventors: Douglas Warren Ackerman; Timothy Sardelis; William Mcjames
Original assignee: Ethicon Inc
Current assignee: Ethicon Inc
Priority date: 1996-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2017-11-15
Also published as: DE19750606A1; US5814166A

Abstract

Kontinuierliches Verfahren zur Wärmebehandlung und Temperung von chirurgischen Nadeln aus rostfreiem Stahl mit den Schritten:
zu Beginn Einbringen einer Vielzahl chirurgischer Nadeln aus martensitischem rostfreiem Stahl in einen Ofen mit einer Innenkammer, wo sie bei Raumtemperatur für eine ausreichende Zeit einem ausreichendem Vakuum ausgesetzt werden, um von den Außenflächen der Nadeln flüchtige Oberflächenverunreinigungen wirksam zu entfernen, wobei diese Nadeln Legierungselemente enthalten;
Erhöhen der Kammertemperatur auf einen Wert unter oder gleich 700 °C, während ein ausreichendes Vakuum für eine ausreichende Zeit aufrechterhalten wird, um von den Außenflächen der Nadeln bei höheren Temperaturen flüchtige Oberflächenverunreinigungen wirksam zu entfernen, wobei keine Legierungselemente entfernt werden;
Einleiten eines Inertgases bei einem Druck größer als oder gleich 1 Torr (133 Pa) in die Kammer, wodurch die Legierungs elemente erhalten bleiben;
Aufheizen des Gases auf eine ausreichende Temperatur und Halten des Gases auf dieser Temperatur bei einem Druck von mindestens 1 Torr (133...

Description

Technisches Fachgebiet
Diese Erfindung betrifft das Fachgebiet der Wärmebehandlungsverfahren, insbesondere ein Wärmebehandlungsverfahren für chirurgische Nadeln aus rostfreiem Stahl.

Hintergrund der Erfindung

Herkömmliche chirurgische Nadeln werden gewöhnlich aus rostfreien Stählen hergestellt. Die verwendeten Typen von rostfreiem Stahl umfassen die Typen 420SS, 455SS, 302SS und gewisse geschützte Legierungen, wie sie im US-Patent Nr. 5.000.912 offenbart werden, auf das hiermit Bezug genommen wird. Die rostfreie Stahllegierung vom Typ 420SS wird gewöhnlich als ein martensitischer rostfreier Stahl bezeichnet, während die rostfreie Stahllegierung als ein austenitischer rostfreier Stahl bezeichnet wird. Die rostfreie Stahllegierung vom Typ 455SS sowie die oben genannten geschützten Legierungen werden gewöhnlich als martensitisch härtbare oder ausscheidungshärtbare rostfreie Stähle bezeichnet.

Bei einem herkömmlichen Herstellungsverfahren chirurgischer Nadeln wird Draht von einer Spule abgespult, gerichtet und dann zu Nadelrohlingen geschnitten. Wahlweise kann der Draht beim Abspulen von der Spule auf einen feineren Durchmesser ausgezogen werden. Die Nadelrohlinge werden dann einer Reihe herkömmlicher Formungs-, Schleif- und Formgebungsprozesse unterzogen, um chirurgische Nadeln mit distalen Einstechpunkten und proximalen Nahtmaterial-Befestigungsbereichen (beispielsweise entweder Kanäle oder gebohrte Löcher) herzustellen. Die Nadeln können angespitzt sein und Schneidkanten aufweisen. Herkömmliche chirurgische Nadeln sind gewöhnlich durch Biegen der Nadelrohlinge gekrümmt, sie können jedoch auch gerade ausgebildet sein oder auch eine Anordnung aus einem geraden und einem gebogenen Abschnitt aufweisen. Typische Bereiche der chirurgischen Nadeln sind abgeflacht, um das Greifen der Nadeln mit herkömmlichen Nadelhalte-Instrumenten zu erleichtern.

Es ist bekannt, daß rostfreie Stahlnadeln, die aus martensitischem Stahl des Typs 420SS sowie aus martensitisch härtbaren Sorten rostfreien Stahls hergestellt sind, nach dem Herstellungsprozeß wärmebehandelt werden müssen, um die Festigkeit der Nadel zu verbessern. Beim Typ 420SS verwandelt die Wärmebehandlung die Struktur in Martensit. Während dieser Umwandlung wächst die mechanische Festigkeit solcher Nadeln aus martensitischem rostfreiem Stahl, was von einer Abnahme der Duktilität begleitet wird. Um die Duktilität wärmebehandelter chirurgischer Nadeln, die aus martensitischem rostfreiem Stahl des Typs 420SS hergestellt sind, zu verbessern, werden die Nadeln anschließend getempert.

Es gibt verschiedene Verfahren und Prozesse zur Wärmebehandlung martensitischer rostfreier Stahllegierungen vom Typ 420SS. Die Wärmebehandlung kann unter Anwendung eines herkömmlichen Verfahrens in einem herkömmlichen kontinuierlichen Bandofen durchgeführt werden, wo die chirurgischen Nadeln durch eine heiße Zone mit Reaktionstemperatur geführt werden. Bei diesem Verfahren wird die Temperatur der chirurgischen Nadeln auf die Reaktionstemperatur in der heißen Zone erhöht. Dann durchlaufen die Nadeln eine kühlere Zone, wo die Phasenumwandlung erfolgt. Dieser Vorgang erfolgt gewöhnlich unter einer Schutzgasatmosphäre von Stickstoff, Wasserstoff oder einem inerten Gas.

Chirurgische Nadeln aus rostfreiem Stahl vom Typ 420SS können auch als Stapel in einem Ofen behandelt werden. Auch dieser Prozeß kann in einer Schutzgasatmosphäre von Stickstoff, Wasserstoff oder einem inerten Gas erfolgen.

Bei beiden oben erwähnten, herkömmlichen Verfahren werden die Nadeln nach dem Wärmebehandlungsschritt zu Beginn in einem separaten Ofen bei einer niedrigeren Temperatur getempert. Dies kann in Luft oder unter einer Atmosphäre von Stickstoff oder einem Inertgas erfolgen.

Dagegen ist das Wärmebehandlungsverfahren (von den Metallurgen als Altern bezeichnet) für chirurgische Nadeln aus martensitisch härtbarem rostfreiem Stahl, wie beispielsweise aus der rostfreien Stahllegierung 455SS, ein einstufiger Prozeß. Die chirurgischen Nadeln aus martensitisch härtbarem rostfreiem Stahl werden auf eine bestimmte Temperatur erwärmt und auf dieser Temperatur über einen Zeitraum gehalten. Das Altern kann in Luft, unter einer Atmosphäre von Stickstoff oder einem Inertgas erfolgen.

Obwohl die herkömmlichen Verfahren zur Wärmebehandlung und Temperung chirurgischer Nadeln aus martensitischem rostfreiem Stahl solche Nadeln mit der gewünschten Duktilität und Festigkeit ergeben, sind mit diesen Verfahren bestimmte Nachteile verbunden. Zu den Nachteilen gehört die Entnahme der Nadeln aus dem Wärmebehandlungsofen, das Lagern derselben und dann ihre Temperung in einem separaten Temperofen. Es ist unpraktisch, für beide Prozesse die gleiche Ausrüstung zu verwenden, weil die zum Abkühlen des Wärmebehandlungsofens auf die Tempertemperatur erforderliche Zeit übermäßig lang ist, was zu nicht akzeptablen Zeitverlusten führt. Ein zusätzlicher Nachteil der herkömmlichen Verfahren ist die Notwendigkeit, von den Nadeln Verfärbungen infolge Oxidation zu entfernen. Dies trifft insbesondere für chirurgische Nadeln zu, die in Luft getempert oder gealtert wurden, aber auch unter Stickstoff oder Inertgas kann es zu einer gewissen Oxidation kommen. Dies ist gewöhnlich auf die Anwesenheit von Verunreinigungen auf den Nadeln oder von Feuchtigkeit im Gas zurück zuführen. Das herkömmliche Wärmebehandlungsverfahren hält die chirurgischen Nadeln während des ganzen Zyklus von Wärmebehandlung und Temperung unter Vakuum, wodurch eine Verunreinigung der chirurgischen Nadeln während der Handhabung oder die Oxidation während der Temperung nicht zugelassen werden.

Zusätzlich können herkömmliche bekannte und angewandte Wärmebehandlungsverfahren zur Wärmebehandlung chirurgischer Nadeln aus einer martensitischen rostfreien Stahllegierung, wobei die rostfreien Stähle für eine längere Zeit bei erhöhten Temperaturen unter Vakuum gehalten werden, einen Verlust des Legierungselementes Chrom verursachen. Dies hat typischerweise die Auswirkung einer Verminderung der Korrosionsbeständigkeit der chirurgischen Nadel beim Gebrauch.

Demzufolge gibt es auf diesem Fachgebiet Forderungen nach verbesserten Wärmebehandlungs- und Temperverfahren, welche diese und andere Nachteile herkömmlicher Wärmebehandlungs- und Temperverfahren beseitigen.

Offenbarung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, ein neues Verfahren zu schaffen, welches es ermöglicht, martensitische chirurgische Nadeln in einem einzigen durchgehenden Prozeß wärmezubehandeln und zu tempern.

Eine zusätzliche Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Wärmebehandlungs- und Temperverfahren zu schaffen, welches den Verlust von Legierungselementen, wie beispielsweise Chrom, verhindert, der ansonsten auftritt, wenn die chirurgischen Nadeln bei einer hohen Temperatur für einen längeren Zeitraum einem Vakuum ausgesetzt werden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wärmebehandlungs- und Temperverfahren für chirurgische Nadeln zu schaffen, welches auch einen Reinigungsschritt umfaßt.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wärmebehandlungs- und Temperverfahren zu schaffen, welches die Verunreinigung chirurgischer Nadeln während des Prozesses minimiert bzw. ausschließt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es schließlich noch, ein Wärmebehandlungs- und Temperverfahren zu schaffen, welches eine wirksamere Wärmebehandlung ergibt.

Dementsprechend wird ein Verfahren zur Wärmebehandlung und Temperung chirurgischer Nadeln aus martensitischem rostfreiem Stahl offenbart. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Einbringen der chirurgischen Nadeln in die Kammer eines Ofens. Als nächstes werden die Nadeln bei Raumtemperatur über einen ausreichenden Zeitraum einem Vakuum ausgesetzt, um die Oberflächen der Nadeln wirksam zu reinigen bzw. flüchtige Verunreinigungen von ihnen zu entfernen. Als nächstes werden die Nadeln im Vakuum über einen ausreichenden Zeitraum auf eine ausreichende Temperatur erwärmt, wobei das Vakuum auf einem ausreichenden Druck gehalten wird, um zusätzliche Verunreinigungen wirksam zu entfernen. Dann wird der Druck auf etwa 1 Torr (133 Pa) erhöht und auf 1032 °C aufgeheizt. Dann werden die Nadeln im Ofen über einen ausreichenden Zeitraum auf einer ausreichenden Temperatur gehalten, um eine wirksame Wärmebehandlung der Nadeln durch eine Phasenumwandlung der Nadeln im wesentlichen in die Martensitphase durchzuführen. Nach der Wärmebehandlung werden die Nadeln durch Auffüllen mit einem Inertgas zur Erzielung einer Temperatur, welche geringer ist als jene, bei welcher die Martensitreaktion erfolgt, beispielsweise auf etwa 80 °C abgekühlt. Bei oder nahe 80 °C können Nadeln unter einer Inertatmosphäre gehalten oder wiederum ein Vakuum angelegt werden. Der Druck des Wiederauffüllungsgases kann zwischen 760 und 4560 Torr (1 bis 6 bar, 0,101 bis 0,608 MPa) variieren. Die chirurgischen Nadeln werden auf eine ausreichende Temperatur erwärmt und über einen ausreichenden Zeitraum auf dieser Temperatur gehalten, um dieselben wirksam zu tempern. Nach dem Tempern werden die Nadeln abgekühlt und aus dem Ofen entnommen.

Die oben genannten sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein schematisches Flußdiagramm des Wärmebehandlungsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung.

2 ist eine graphische Darstellung eines bevorzugten Wärmebehandlungszyklus des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Ein schematisches Flußdiagramm des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt. Unbehandelte chirurgische Nadeln 10 aus einer martensitischen rostfreien Stahllegierung werden in die Kammer 21 eines Ofens 20 eingegeben. Der Wärmebehandlungsofen 20 kann ein herkömmlicher Ofen sein, der sowohl Überdruck als auch Vakuum widersteht. Ein typischer Ofen 20 soll ein inneres Vakuum von mindestens 1 × 10^–4 Torr (0,013 Pa) und einen Innendruck bis etwa 4560 Torr (0,608 MPa) aushalten. Vorzugsweise wird der Ofen 20 durch elektrische Heizelemente beheizt, obwohl auch jegliche andere herkömmliche Wärmequelle und jegliche Heizelemente verwendet werden können. Nachdem die Nadeln 10 in der Kammer 21 des Ofens 20 befestigt worden sind, wird die Innenkammer 21 mittels einer Vakuumpumpe 30 durch ein Rohr 35 evakuiert und ein Vakuum erzeugt. Die Nadeln 10 werden dem Vakuum bei Raumtemperatur über einen ausreichenden Zeitraum ausgesetzt, um dieselben wirksam zu reinigen. Typischerweise liegt die Zeit zwischen etwa 1 Minute und etwa 20 Minuten, insbesondere zwischen etwa 2 Minuten und etwa 10 Minuten und vorzugsweise zwischen etwa 3 Minuten und etwa 5 Minuten. Das Vakuum in der Kammer 21 soll ausreichen, um alle flüchtigen Oberflächenverunreinigungen auf den Nadeln 10 wirksam zu verflüchtigen. Typischerweise wird das Vakuum zwischen etwa 2 × 10^–2 und etwa 1 × 10^–2 Torr (etwa 2,67 und etwa 1,33 Pa), insbesondere zwischen etwa 2 × 10^–3 und etwa 1 × 10^–3 Torr (etwa 0,26 und etwa 0,13 Pa) und vorzugsweise zwischen etwa 2 × 10^–4 und etwa 1 × 10^–4 Torr (etwa 0,026 und etwa 0,013 Pa) liegen. Beispiele für flüchtige Oberflächenverunreinigungen, welche durch den Reinigungsprozeß entfernt werden können, sind herkömmliche Verunreinigungen aus dem Herstellungsprozeß der Nadeln, wie beispielsweise Schmieröle, Fette und dergleichen.

Der Fachwelt ist bekannt, daß Verunreinigungen, wie Fette und Öle, sich bei unterschiedlichen Temperaturen verflüchtigen. Durch das Erwärmen der chirurgischen Nadeln unter Vakuum nach der anfänglichen Reinigung bei Raumtemperatur wird jegliches flüchtige Material, das zuvor nicht entfernt wurde, nun entfernt.

Nach dem Nadelreinigungsschritt zu Beginn wird die Temperatur in der Innenkammer 21 mit konstanter Anstiegsgeschwindigkeit auf ein ausreichendes Niveau gesteigert, um weitere flüchtige Stoffe von den chirurgischen Nadeln zu entfernen, wobei das Vakuumniveau vom Anfangsschritt beibehalten wird. Diese Temperatur liegt unter der Reaktionstemperatur des rostfreien Stahls vom Typ 420SS. Während dieses Schrittes liegt die Temperatur typischerweise zwischen etwa 625 °C und etwa 775 °C, insbesondere zwischen etwa 650 °C und 750 °C und vorzugsweise zwischen etwa 675 °C und 725 °C. Die Nadeln werden dieser Temperatur und dem Vakuum über einen ausreichenden Zeitraum ausgesetzt, um dieselben wirksam zu reinigen. Dieser Zeitraum liegt typischerweise zwischen etwa 1 Minute und etwa 5 Minuten, insbesondere zwischen etwa 2 Minuten und etwa 4 Minuten und vorzugsweise zwischen etwa 2,5 Minuten und etwa 3,5 Minuten.

Wenn dann die gewünschte Temperatur erreicht worden ist, wird ein nicht reaktives oder inertes Gas 40 durch ein Rohr 45 in die Kammer 21 eingelassen. Die Inertgase 40, welche verwendet werden können umfassen Argon, Stickstoff und Helium. Besonders bevorzugt wird die Anwendung von Argon. Typischerweise wird die Kammer 21 auf einen Druck zwischen etwa 1 Torr und etwa 10 Torr (etwa 133 Pa und etwa 1333 Pa), insbesondere zwischen etwa 1 Torr und etwa 5 Torr (etwa 133 Pa und etwa 667 Pa) und vorzugsweise maximal auf etwa 1 Torr (133 Pa) gebracht. Der Druck in der Kammer 21 wird durch eine herkömmliche Druckregel- und -steuereinrichtung 50 aufrechterhalten.

Nachdem die Kammer 21 mit Gas 40 unter Druck gesetzt worden ist, werden die Heizelemente 60 mit Energie versorgt, um das Gas 40 über einen ausreichenden Zeitraum auf eine ausreichende Temperatur zu erwärmen, um die Nadeln einer effektiven Wärmebehandlung zu unterziehen. Die typische Wärmebehandlungstemperatur liegt zwischen etwa 1007 °C und etwa 1057 °C, insbesondere zwischen etwa 1012 °C und etwa 1052 °C und vorzugsweise zwischen etwa 1017 °C und etwa 1047 °C. Die Behandlungszeit liegt typischerweise zwischen etwa 1 Minute und etwa 20 Minuten, insbesondere zwischen etwa 2 und etwa 10 Minuten und vorzugsweise zwischen etwa 4 und etwa 6 Minuten. Der Druck wird auf maximal 1 Torr (133 Pa) gehalten.

Nachdem die Wärmebehandlungsphase beendet ist, wird die Temperatur in der Kammer 21 über einen ausreichenden Zeitraum auf eine ausreichende Temperatur abgesenkt, um die wirksame Ausbildung der Martensitphase zu ermöglichen. Diese Temperatur liegt typischerweise zwischen etwa 60 °C und etwa 140 °C, insbesondere zwischen etwa 80 °C und etwa 120 °C und vorzugsweise zwischen etwa 60 °C und etwa 100 °C. Die Zeit über wel che die chirurgischen Nadeln auf dieser Temperatur gehalten werden liegt typischerweise zwischen etwa 1 Minute und etwa 20 Minuten, insbesondere zwischen etwa 2 und etwa 10 Minuten und vorzugsweise zwischen etwa 4 und etwa 6 Minuten. Wenn die Temperatur der Kammer 21 im bevorzugten Bereich liegt, können die chirurgischen Nadeln unter der inerten Atmosphäre gehalten oder wieder das Vakuum angelegt werden. Der Inertgasdruck soll mittels des Druckreglers 50 auf 760 Torr (0,101 MPa) gehalten werden, aber kann typischerweise auch in eionem Bereich zwischen etwa 750 und 770 Torr (etwa 0,100 und 0,103 MPa) liegen. Wenn Vakuum angelegt wird, soll es zwischen etwa 2 × 10^–2 und etwa 1 × 10^–2 Torr (etwa 2,67 und etwa 1,33 Pa), insbesondere zwischen etwa 2 × 10^–3 und etwa 1 × 10^–3 Torr (etwa 0,26 und etwa 0,13 Pa) und vorzugsweise zwischen etwa 2 × 10^–4 und etwa 1 × 10^–4 Torr (etwa 0, 026 und etwa 0, 013 Pa) liegen.

Als nächstes wird die Temperatur der Ofenkammer 21 auf die Tempertemperatur erhöht. Die Nadeln werden in dem Ofen über einen ausreichenden Zeitraum auf einer ausreichenden Tempertemperatur gehalten, um die Nadeln wirksam zu tempern. Die Tempertemperatur liegt typischerweise zwischen etwa 200 °C und etwa 264 °C, insbesondere zwischen etwa 202 °C und etwa 262 °C und vorzugsweise zwischen etwa 217 °C und etwa 247 °C. Die Temperdauer liegt typischerweise wischen etwa 25 Minuten und etwa 55 Minuten, insbesondere zwischen etwa 30 Minuten und etwa 50 Minuten und vorzugsweise zwischen etwa 35 Minuten und etwa 45 Minuten.

Nach dem Temperschritt werden die wärmebehandelten, getemperten Nadeln aus martensitischem rostfreiem Stahl abgekühlt und aus dem Ofen entnommen. Die Nadeln haben eine saubere Oberfläche, die im wesentlichen frei von flüchtigen Verunreinigungen und frei von Verfärbungen ist.

Das folgende Beispiel illustriert die Prinzipien sowie die praktische Ausführung der vorliegenden Erfindung obwohl sie nicht darauf beschränkt ist.

Beispiel 1
Chirurgische Nadeln aus rostfreiem Stahl des Typs 420SS wurden unter Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, wie es im Prozeßdiagramm von 2 dargestellt ist, wärmebehandelt. Die Nadeln wurden zu Beginn in einen herkömmlichen Ofen gebracht, welcher sowohl unter Vakuum als auch unter Überdruck funktionsfähig ist. Der Ofen war mit elektrischen Widerstandsheizelementen bestückt. Die Ofenkammer wurde für 1 Minute bei Raumtemperatur auf ein Vakuum von etwa 2 × 10^–4 Torr (0,026 Pa) evakuiert, um flüchtige Oberflächenverunreinigungen zu entfernen. Dann wurde die Ofentemperatur auf etwa 700 °C erhöht und über etwa 3 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, um weitere flüchtige Oberflächenverunreinigungen zu entfernen. Nach Beendigung der beiden Reinigungsschritte wurde ein Partialdruck von Argon in die Ofenkammer eingelassen. Der Partialdruck wurde auf maximal 1 Torr (133 Pa) gehalten. Der Zweck dieses Partialdruckes besteht darin, zu verhindern, daß bei hohen Temperaturen der Oberfläche der chirurgischen Nadeln Legierungselemente entzogen werden. Als die Kammer des Ofens einen Innendruck von 1 Torr (133 Pa) erreicht hatte, wurde die Temperatur auf die Temperatur der Martensitreaktion von 1032 °C erhöht und diese Temperatur über 25 Minuten gehalten, um eine gleichmäßige Erwärmung sicherzustellen. Nach Ablauf dieser 25 Minuten wurde Argongas in die Kammer eingelassen, um bei einem Druck von 1520 Torr (0,203 MPa) die Temperatur abzusenken. Unter diesem Druck nahm die Temperatur der Kammer schnell auf 80 °C ab. Als die chirurgischen Nadeln auf 80 °C oder nahe daran abgekühlt waren, wurde wieder Vakuum auf einem Niveau von 2 × 10 Torr angelegt und die Kammer auf die Tempertemperatur von 232 °C aufgeheizt und auf diesem Wert unter Vakuum über 40 Minuten gehalten. Nach der Beendigung des Temperschrittes wurde die Kammer wiederum mit Argongas bei einem Druck von 1520 Torr (0,203 MPa) gekühlt. Wenn die chirurgischen Nadeln auf Raumtemperatur oder nahe daran, beispielsweise 60 °C, waren, wurde der Druck auf Atmosphärendruck vermindert und die chirurgischen Nadeln aus dem Ofen entnommen. Dann wurden die Nadeln fertig abgekühlt und vom Ofen weggenommen. Unter Anwendung herkömmlicher Meßgeräte wurde die resultierende endgültige Zugfestigkeit der Nadeln mit einem Wert von 260.000 psi (1792 MPa) gemessen und die Biegefestigkeit wurde mit 0,30 Zoll-Pfund (0,034 Nm) geprüft. Die chirurgischen Nadeln hatten einen Durchmesser von 0,018 Zoll (0,46 mm) und wiesen eine gute Duktilität auf.
Wie oben beschrieben, ist eine Ausführungsform eines Wärmebehandlungs-Prozeßzyklus nach der vorliegenden Erfindung in 2 dargestellt. Die beigefügte 2 zeigt die Pozeßparameter Druck, Temperatur und Zeit.
Das Wärmebehandlungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung weist im Vergleich zu den Wärmebehandlungs- und Temperverfahren des Standes der Technik viele Vorteile auf. Zu diesen Vorteilen gehören bessere Wärmeübertragung, gleichmäßige Erwärmung, die Eignung, Oxidverunreinigungen auf der Oberfläche der Nadeln zu reduzieren sowie die Eignung, flüchtige Verunreinigungen wirksamer von den Oberflächen der Nadeln zu entfernen. Es wird angenommen, daß das Härten unter einem Druck von mindestens 1 Torr (133 Pa) eine bessere und effizientere Wärmeübertragung ergibt.
Zusätzlich werden durch die kontinuierliche Prozeßführung, bei welcher Wärmebehandlung und Temperung kombiniert sind, eine gesonderte Handhabung der Nadeln und daraus resultierende Schäden derselben vermieden. Außerdem erübrigt sich ein separater Temperofen. Ferner verlassen die Nadeln den Prozeß im sauberen Zustand, ohne daß zusätzliche Reinigungsschritte erforderlich sind. Zusätzlich wird angenommen, daß es verhin dert wird, daß den Außenflächen der chirurgischen Nadeln Legierungselemente entzogen werden.
Obwohl diese Erfindung unter Bezugnahme auf detaillierte Ausführungsformen derselben dargestellt und beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, daß daran zahlreiche Änderungen in der Form und im Detail vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsgedanken und den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung zu verlassen.

Claims

Kontinuierliches Verfahren zur Wärmebehandlung und Temperung von chirurgischen Nadeln aus rostfreiem Stahl mit den Schritten: zu Beginn Einbringen einer Vielzahl chirurgischer Nadeln aus martensitischem rostfreiem Stahl in einen Ofen mit einer Innenkammer, wo sie bei Raumtemperatur für eine ausreichende Zeit einem ausreichendem Vakuum ausgesetzt werden, um von den Außenflächen der Nadeln flüchtige Oberflächenverunreinigungen wirksam zu entfernen, wobei diese Nadeln Legierungselemente enthalten; Erhöhen der Kammertemperatur auf einen Wert unter oder gleich 700 °C, während ein ausreichendes Vakuum für eine ausreichende Zeit aufrechterhalten wird, um von den Außenflächen der Nadeln bei höheren Temperaturen flüchtige Oberflächenverunreinigungen wirksam zu entfernen, wobei keine Legierungselemente entfernt werden; Einleiten eines Inertgases bei einem Druck größer als oder gleich 1 Torr (133 Pa) in die Kammer, wodurch die Legierungs elemente erhalten bleiben; Aufheizen des Gases auf eine ausreichende Temperatur und Halten des Gases auf dieser Temperatur bei einem Druck von mindestens 1 Torr (133 PA) über einen ausreichenden Zeitraum, um die Nadeln einer wirksamen Wärmebehandlung zu unterziehen; Absenken der Temperatur in der Kammer auf eine ausreichend niedere Temperatur, um eine wirksame Ausbildung der Martensitphase zu ermöglichen; Erhöhen der Temperatur des Gases auf eine ausreichende Temperatur, wobei die Nadeln einem ausreichenden Vakuum ausgesetzt werden, und Halten von Temperatur und Vakuum über einen aus reichenden Zeitraum, um die Nadeln wirksam zu tempern, während der Kammerdruck auf mindestens 1,0 Torr (133 Pa) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Vakuum während des Reinigungsschrittes zu Beginn etwa 2 × 10^–4 Torr (0,027 Pa) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Temperatur während des zweiten Reinigungsschrittes zwischen etwa 80 °C und 700 °C liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem das Vakuum etwa 2 × 10^–4 Torr (0,027 Pa) beträgt.
verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Druck während des Wärmebehandlungsschrittes zwischen etwa 1,0 Torr und etwa 20,0 Torr (etwa 133 Pa und etwa 2667 Pa) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Druck des zum Kühlen in die Kammer eingeleiteten Wiederauffüllgases zwischen 760 Torr und etwa 4560 Torr (0,101 MPa und 0,608 MPa) variieren kann.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Temperatur während des Wärmebehandlungsschrittes zwischen etwa 1007 °C und 1057 °C liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Temperatur während des Temperschrittes zwischen etwa 200 °C und etwa 264 °C liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Temperatur etwa 700 °C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Temperatur etwa 1032 °C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Druck während des Wärmebehandlungsschrittes etwa 1,0 Torr (133 Pa) beträgt.