Целью настоящего исследования являлось создание технологии лазерного упрочнения медицинских ножей и оценка их эксплуатационной долговечности. Для достижения данной цели были использованы специализированные установки и проведены комплексные испытания.
Лазерное упрочнение: методология и принципы
Лазер представляет собой высокоэнергетический источник света, способный локально нагревать материалы до температур, при которых изменяются их физико-механические свойства. В рамках данного исследования лазер применялся для модификации стали, из которой изготовлены ножи, с целью повышения их износостойкости и режущей способности.
Процесс обработки
Ножи из мартенситностареющей стали ЭП853 подвергались лазерному упрочнению на двух установках различной мощности: 400 Вт и 200 Вт. Лазерный луч обеспечивал локальное повышение твердости стали, однако ввиду малой толщины ножей (0,5 мм) обработка одной стороны приводила к нагреву обеих поверхностей.
После однократного воздействия лазерного излучения твердость стали увеличивалась на 2–6 единиц по шкале HRC, что является стандартным показателем твердости металлов. Для достижения оптимального уровня твердости (55–57 HRC), превышающего показатели обычной стали на 9–12 единиц, ножи подвергались многократной лазерной обработке.
Техническое оснащение
Для проведения экспериментальных исследований были разработаны и использованы две специализированные установки:
-
ОУП-2 — предназначена для измерения усилия, прикладываемого ножом при проколе бумаги, что позволяет оценить его режущие характеристики.
-
РН-1 — используется для оценки долговечности ножей путем измерения степени затупления режущей кромки после заданного количества проколов картона.
Результаты экспериментальных исследований
-
Прокол бумаги:
-
Лазерное упрочнение не оказало существенного влияния на усилие прокола бумаги.
-
Как упрочненные, так и неупрочненные ножи демонстрировали одинаковое усилие прокола (0,035–0,03 Н), что превышает нормативные показатели.
-
После 2000 циклов проколов неупрочненные ножи начали проявлять признаки затупления, увеличивая усилие прокола до 0,9 Н.
-
Упрочненные ножи сохраняли неизменное усилие прокола бумаги даже после 5000 циклов, что свидетельствует о значительном увеличении их износостойкости.
-
-
Прокол картона:
-
Неупрочненные ножи начинали затупляться после 2000 резов, что приводило к деформации режущей кромки и ухудшению качества прокола.
-
Лазерно упрочненные ножи сохраняли остроту и режущие свойства на протяжении 5000 резов, демонстрируя минимальные признаки износа.
-
Заключение
Применение лазерного упрочнения в атмосфере азота позволило увеличить долговечность медицинских ножей из мартенситностареющей стали в 2,5 раза. Полученные результаты свидетельствуют о значительном повышении эксплуатационных характеристик ножей, что делает их более подходящими для использования в медицинских инструментах, где критически важна их износостойкость и режущая способность.
