ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОВОЛОЧНОЙ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 10Х17Н13М2 (АНАЛОГ AISI 316L) ДЛЯ ХИРУРГИЧЕСКОГО ИНСТРУМЕНТА
Ключевые слова:
проволочная электроэрозионная обработка, сталь 10Х17Н13М2, костедержатель, микроструктура, микротвердость, шероховатость поверхности, белый слой, энергодисперсионный анализАннотация
Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эксплуатационной надежности и биологической безопасности хирургического инструментария, контактирующего с костными тканями. Традиционные методы механической обработки коррозионностойких сталей часто приводят к наклепу и снижению качества поверхности, что делает перспективным применение электрофизических методов. Целью работы является установление взаимосвязи между энергетическими параметрами проволочной электроэрозионной обработки и качеством поверхностного слоя аустенитной стали 10Х17Н13М2 (аналог AISI 316L). В ходе исследования использованы методы растровой электронной микроскопии, энергодисперсионного микроанализа, измерения микротвердости по Виккерсу и профилометрии для оценки параметров шероховатости. Результаты работы показали, что варьирование импульсных режимов критически влияет на структурную целостность поверхности. Установлено, что при низкоинтенсивных режимах формируется дефектный слой с микротрещинами и сниженной микротвердостью (180–191 HV). Применение оптимизированного режима (ток 8 А) позволило получить однородный модифицированный слой без признаков расслоения, со стабильной микротвердостью 198–204 HV и снижением шероховатости (Ra до 1,2–1,5 мкм). Научная новизна заключается в определении условий формирования «белого слоя», исключающих его термическую фрагментацию. Практическая значимость работы состоит в обосновании технологических регламентов изготовления сүйек ұстағыш (костедержателей), обеспечивающих высокую коррозионную стойкость и долговечность инструментов. Пути будущих исследований связаны с изучением влияния электроэрозионной обработки на усталостную прочность инструментов при циклическом нагружении.
Использованные источники
- Anil, S. E., Demirtas, H., Kalayci, A., & Cebi, A. (2023). Investigation of the layer effects formed by W-EDM on electrochemical grooving of Stellite 21. Machines, 11(8), 823. https://doi.org/10.3390/machines11080823
- Bruns, S., Stark, Y., Wieland, M., Stahl, F., Kasper, C., & Scheper, T. (2007). Fast and efficient screening system for new biomaterials in tissue engineering: A model for peripheral nerve regeneration. Journal of Biomedical Materials Research Part A, 82A(2), 419–429. https://doi.org/10.1002/jbm.a.31120
- Chu, C. L., Chung, C. Y., Lin, P. H., & Wang, S. D. (2005). Fabrication and properties of porous NiTi shape memory alloys for heavy load-bearing medical applications. Journal of Materials Processing Technology, 169(3), 427–436. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2005.03.002
- Doudkin, M., Kim, A., Kombayev, K., Azamatov, B., & Azamatova, Z. (2020). Research of cutting temperature reducing of titanium alloy grade 5 below polymorphic transformation depending on calculation of cutting modes. International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development, 10(2), 747–758. https://doi.org/10.24247/ijmperdapr202074
- Ho, K. H., & Newman, S. T. (2003). State of the art electrical discharge machining (EDM). International Journal of Machine Tools and Manufacture, 43(13), 1287–1300. https://doi.org/10.1016/S0890-6955(03)00162-7
- Huang, T., Zhang, X., Zhang, X., & Ding, H. (2015). Corrigendum to "An efficient linear approximation of acceleration method for milling stability prediction" [Int. J. Mach. Tools Manuf. 91 (2015) 77–90]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 91, 77–90. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2015.02.006 (Ескерту: Мақала атауы түзетілді).
- Kombayev, K., Khoshnaw, F., Kozhakhmetov, Y., Tleuzhanova, G., Azamatov, B., & Tabiyeva, Y. (2025a). Microplasma sprayed tantalum coatings on Ti Grade 5 extra-low interstitials: Investigation of thickness and porosity control. Coatings, 15(4), 464. https://doi.org/10.3390/coatings15040464
- Kombayev, K., Nedobitkov, A., Gridunov, I., Kozhakhmetov, Y., Khoshnaw, F., & Aibar, K. (2025b). Surface crack analysis and quality enhancement of 30Х13 (AISI 420) martensitic stainless steel gate valve shutters via electrolytic plasma hardening. Results in Engineering, 26, 104966. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.104966
- Mao, R., Sun, Z., Gan, S., et al. (2025). Optimization of process parameters for wire electrical discharge machining of 9Cr18Mov based on grey relational analysis. Processes, 13(5), 1547. https://doi.org/10.3390/pr13051547
- Niinomi, M. (2008). Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 1(1), 30–42. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2007.07.001
- Raghunath, V. (2018). Optimization of wire EDM process parameters for SS304 stainless steel using Taguchi method. International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development, 8(2), 709–714. https://doi.org/10.24247/ijmperdapr201883
- Świercz, R., & Hołubek, R. (2020). Experimental investigation of influence of electrical discharge energy on the surface layer properties after EDM. Welding Technology Review, 92(5), 7–13. https://doi.org/10.26628/wtr.v92i5.1115 (Ескерту: Автордың тегі түзетілді: Hołubek).
- Wegener, K., Bleicher, F., Krajnik, P., Hoffmeister, H.-W., & Brecher, C. (2017). Recent developments in grinding machines. CIRP Annals, 66(2), 779–802. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2017.05.006
- Wu, S., Altenried, S., Zogg, A., Zuber, F., Maniura-Weber, K., & Ren, Q. (2018). Role of the surface nanoscale roughness of stainless steel on bacterial adhesion and microcolony formation. ACS Omega, 3(6), 6456–6464. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b00769
- Zhang, X., Liu, Y., Chen, G., Bai, S., Li, Z., Wang, F., & Xu, D. (2025). Long-term continuous corrosion of 316L stainless steel by Streptococcus mutans in simulated oral environment. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 13, 1725414. https://doi.org/10.3389/fbioe.2025.1725414
- ГОСТ 5632–2014. (2014). Нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки. Стандартинформ. https://prg.kz/document/?doc_id=34340759 // GOST 5632–2014. (2014). Nerzhaveyushchie stali i splavy korrozionno-stoykie, zharostoykie i zharoprochnye. Marki [Stainless steels and corrosion-resistant, heat-resistant and high-temperature alloys. Grades]. Standartinform. https://prg.kz/document/?doc_id=34340759 (In Russ.).
