Wybór łożysk kulkowych poprzecznych ze stali nierdzewnej do zastosowań medycznych i elektronicznych o niskim poziomie pola magnetycznego

W precyzyjnych sektorach obrazowania medycznego i wrażliwej elektroniki wydajność elementów mechanicznych jest często drugorzędna w stosunku do ich kompatybilności elektromagnetycznej. Dla inżynierów projektujących maszyny MRI lub roboty chirurgiczne standardowe elementy stalowe są często bezużyteczne ze względu na ich ferromagnetyczny charakter. Łożyska kulkowe zwykłe ze stali nierdzewnej są preferowanym rozwiązaniem, ale wybór określonych gatunków stali nierdzewnej — np. 316 w porównaniu ze zwykłym 440C — może decydować o tym, czy urządzenie będzie działać bezpiecznie, czy też ulegnie awarii z powodu zakłóceń magnetycznych. Firma zajmująca się łożyskami i przekładniami w Szanghaju Yinin , przedsiębiorstwo zintegrowane przemysłowo i handlowo z ponad 25-letnim doświadczeniem, specjalizuje się w dostarczaniu niemagnetyczne łożyska ze stali nierdzewnej do MRI i innych specjalistycznych środowisk medycznych. Nasz zespół techniczny, wspierany przez Jiangsu Dahua Bearing Manufacturing Co., Ltd., gwarantuje, że każde łożysko spełnia rygorystyczne normy przepuszczalności wymagane w nowoczesnej technologii opieki zdrowotnej.

Wybór odpowiedniego gatunku stali nierdzewnej: 316 vs. 440C

Właściwości magnetyczne łożyska kulkowe zwykłe ze stali nierdzewnej są określone przez ich strukturę krystaliczną. Większość łożysk nierdzewnych klasy przemysłowej jest wytwarzana z martenzytycznej stali nierdzewnej 440C, która ma silne właściwości magnetyczne ze względu na swoją tetragonalną strukturę skupioną wokół korpusu. W zastosowaniach medycznych wymagających niskich zakłóceń magnetycznych standardem technicznym jest austenityczna stal nierdzewna klasy 316. Według Wytyczne Brytyjskiego Stowarzyszenia Stali Nierdzewnych (BSSA) dotyczące właściwości magnetycznych stali nierdzewnej z 2024 r. gatunki austenityczne, takie jak 316, wykazują względną przenikalność magnetyczną () bliską 1,005 w stanie wyżarzonym, co czyni je „niemagnetycznymi” w większości zastosowań praktycznych. Należy jednak pamiętać, że łożyska 316 mają niższą nośność w porównaniu do 440°C, ponieważ nie można ich utwardzić w tym samym stopniu poprzez obróbkę cieplną.

Źródło: BSSA – Normy dotyczące właściwości magnetycznych i przepuszczalności stali nierdzewnych 2024

Porównanie wydajności: 316 vs. 440C dla wrażliwego sprzętu

Podczas gdy 440C zapewnia doskonałą twardość w cyklach dużego obciążenia, 316 zapewnia krytyczną reakcję „paramagnetyczną” potrzebną do łożyska ze stali nierdzewnej do robotów chirurgicznych i skanery MRI. Decyzja zależy od równowagi pomiędzy neutralnością magnetyczną a obciążeniem mechanicznym.

Zapewnienie przenikalności magnetycznej poprzez certyfikację materiału

W przypadku precyzyjnych wyrobów medycznych „niski magnetyzm” musi być mierzalną i potwierdzoną wartością, a nie ogólnym stwierdzeniem. Obróbka na zimno podczas produkcji łożyska kulkowe zwykłe ze stali nierdzewnej — takie jak szlifowanie lub tworzenie bieżni — mogą powodować częściową przemianę austenitu w martenzyt, co zwiększa magnetyzm. Aby temu zapobiec, specjalizuje się łożyska o niskiej przepuszczalności do wyrobów medycznych musi zostać poddany procesowi wyżarzania rozpuszczającego (ogrzewanie do ~1050°C, a następnie szybkie hartowanie), aby przywrócić niemagnetyczną strukturę austenityczną. Według Aktualizacje ISO 2025 dotyczące elektrycznego sprzętu medycznego (IEC 60601-2-33) , każdy element zastosowany w otworze systemu rezonansu magnetycznego musi zostać sprawdzony pod kątem siły przemieszczenia magnetycznego i momentu obrotowego, aby zapewnić bezpieczeństwo pacjenta.

Źródło: IEC 60601-2-33:2025 – Szczegółowe wymagania dotyczące bezpieczeństwa urządzeń MR

Jak sprawdzić zgodność materiałów niemagnetycznych

Zespoły zakupowe powinny wymagać określonej dokumentacji, aby zapewnić niemagnetyczne łożyska ze stali nierdzewnej do MRI spełniają wymagany próg bezpieczeństwa. Standardowy „certyfikat materiałowy” jest często niewystarczający bez badania przepuszczalności.

• Testowanie ASTM A342: Zażądaj raportu z badań sprawdzających względną przenikalność magnetyczną ().
• Certyfikat wyżarzania rozpuszczającego: Potwierdzić, że pierścienie łożysk zostały odpowiednio poddane obróbce cieplnej po obróbce mechanicznej, aby wyeliminować magnetyzm powstający podczas pracy na zimno.
• Certyfikat testu młyna 3.1: Upewnij się, że zawartość niklu i azotu mieści się w górnym zakresie, aby ustabilizować fazę austenitu.

Zaawansowane rozwiązania: łożyska hybrydowe i specjalistyczne

Gdy aplikacja wymaga zarówno dużej nośności, jak i zerowego magnetyzmu, łożyska hybrydowe z kulkami ceramicznymi są ostatecznym rozwiązaniem. Łącząc pierścienie ze stali nierdzewnej 316 z kulkami z azotku krzemu (), inżynierowie mogą osiągnąć wyższe prędkości i lepszą trwałość niż łożyska wykonane w całości ze stali 316. W Shanghai Yinin integrujemy te zaawansowane materiały w celu tworzenia niestandardowe łożyska niemagnetyczne do elektroniki które eliminują straty prądów wirowych i zapobiegają zakłóceniom elektromagnetycznym (EMI). Te wyspecjalizowane łożyska ze stali nierdzewnej do robotów chirurgicznych są niezbędne do utrzymania submilimetrowej precyzji wymaganej w nowoczesnych procedurach małoinwazyjnych.

• Opcje ceramiki i hybrydy: Wykorzystuje nieprzewodzące i niemagnetyczne kulki, aby zmniejszyć tarcie i wyeliminować przyciąganie magnetyczne.
• Smarowanie specjalistyczne: Stosowanie smarów fluorowanych (PFPE), które są kompatybilne ze środowiskami próżniowymi i sterylizacyjnymi.
• Precyzyjne dostosowywanie: Zaawansowane technologicznie projekty konwersji SGR pozwalają nam projektować niestandardowe geometrie dla unikalnych obudów medycznych.

Często zadawane pytania (FAQ)

1. Czy stal nierdzewna 304 jest lepsza niż 316 w przypadku łożysk niemagnetycznych?

Stal nierdzewna nr 316 ma wyższą zawartość niklu, który lepiej stabilizuje niemagnetyczną fazę austenitu. 304 jest bardziej podatny na magnesowanie po obróbce na zimno w porównaniu do 316.

2. Czy mogę używać łożysk 440C w pobliżu aparatu MRI?

Generalnie nie. 440C jest silnie ferromagnetyczny i może stać się pociskiem lub zakłócać jakość obrazu. Powinieneś ustalić priorytety niemagnetyczne łożyska ze stali nierdzewnej do MRI wykonane z gatunku 316 lub ceramiki.

3. Jak obróbka na zimno wpływa na magnetyzm łożysk ze stali nierdzewnej?

Procesy obróbki, takie jak szlifowanie, mogą zmienić wewnętrzną strukturę stali. Oto dlaczego łożyska o niskiej przepuszczalności do wyrobów medycznych muszą zostać wyżarzone lub rozmagnesowane po wyprodukowaniu, aby upewnić się, że spełniają wymagania dotyczące przepuszczalności.

4. Jaki jest limit obciążenia dla łożysk ze stali nierdzewnej 316?

Ponieważ 316 nie może być hartowany do wysokich poziomów HRC, zazwyczaj może wytrzymać tylko 10% do 20% nośności standardowego 440C łożyska kulkowe zwykłe ze stali nierdzewnej jednostka. Zawsze sprawdzaj nośność dynamiczną.

5. Czy zapewniacie certyfikat przenikalności magnetycznej?

Tak. Jako zintegrowany producent, Shanghai Yinin może zapewnić certyfikaty testów przepuszczalności ASTM A342, aby zapewnić nasze niestandardowe łożyska niemagnetyczne do elektroniki spełniają Twoje określone progi techniczne.