Obróbka cieplna to proces, która ma na celu zwiększenie właściwości mechanicznych materiałów, w szczególności ich odporności na uszkodzenia. Narzędzia, które są narażone na intensywne obciążenia i działanie agresywnych warunków, takich jak tarcie, wymagają specjalistycznej obróbki, aby zwiększyć ich trwałość. Właśnie tutaj obróbka cieplna odgrywa kluczową rolę, pozwalając na wyraźne poprawienie odporności na degradację, co przekłada się na dłuższą eksploatację narzędzi.
Mechanizmy ścierania narzędzi
Aby zrozumieć, jak obróbka cieplna podnosi odporność narzędzi na zużycie, warto przyjrzeć się mechanizmom, które prowadzą do ich uszkodzenia.
Ścieranie – proces, w którym elementy narzędzia ulegają zużyciu wskutek kontaktu z wykonywanym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w metalu pod wpływem cyklicznych sił.
Adhezja – przywieranie cząsteczek materiału obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego uszkodzenia.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem warunków atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie temperatury.
Obróbka cieplna umożliwia dostosowanie struktury metalu, co pomaga zminimalizować te zjawiska i poprawić odporność narzędzi na ścieranie.
Metody obróbki cieplnej w celu podniesienia odporności na degradację
Obróbka cieplna obejmuje różnorodne technologie, które mają na celu zwiększenie właściwości narzędzi w kontekście odporności na ścieranie.
1. Hartowanie
Hartowanie to metoda, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej ciepłoty, a następnie gwałtownie schładzany w medium chłodzącym, takim jak olej. Efektem jest uzyskanie struktury sztywnej, która zapewnia wyjątkową twardość i odporność na ścieranie. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej twarde na intensywne siły.
2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej temperatury, a następnie wolnym jej schładzaniu. Celem jest ograniczanie kruchości materiału i poprawianie jego plastyczności. Narzędzia, które są jednocześnie twarde i elastyczne, efektywniej znoszą obciążenia mechaniczne, co wydłuża ich trwałość.
3. Azotowanie
Azotowanie to metoda cieplno-chemiczna, która polega na wprowadzaniu azotu do warstwy powierzchniowej metalu. Dzięki temu powstaje twarda warstwa azotków, która istotnie poprawia odporność na zużycie oraz agresywne działanie środowiska. Narzędzia poddane azotowaniu charakteryzują się doskonałą odpornością na uszkodzenia mechaniczne oraz działanie wysokich ciepła.
4. Nawęglanie
Nawęglanie to proces, który polega na wzbogaceniu powierzchni stali w węgiel, co zwiększa jej twardość. Proces ten pozostawia rdzeń materiału sprężysty, a warstwę wierzchnią wzmacnia węglem. Narzędzia nawęglane są odporne na zużycie i regularne obciążenia.
5. Powłoki ochronne
W celu zwiększenia odporności na zużycie, stosuje się także powłoki ochronne, takie jak chromowanie, niklowanie czy powłoki ceramiczne. Dzięki tym powłokom, narzędzia stają się bardziej odporne na ścieranie oraz agresywny wpływ środowiska.
Przykłady zastosowania obróbki cieplnej w narzędziach
1. Narzędzia skrawające
Wiertła, frezy i noże tokarskie to narzędzia, które są szczególnie narażone na intensywne ścieranie. Stosowanie hartowania oraz azotowania pozwala na zwiększenie ich twardości oraz wytrzymałości na wysokie temperatury, co pozwala na ich dłuższe i skuteczniejsze użytkowanie.
2. Narzędzia tłoczące
Matrzyce, stemple i inne narzędzia używane w procesach tłoczenia są wyeksponowane na duże obciążenia i ścieranie. Azotowanie oraz nawęglanie tych narzędzi pozwala na zabezpieczenie ich odporności na uszkodzenia.
3. Narzędzia ręczne
Młotki, klucze, przecinaki i inne narzędzia ręczne, które wymagają wysokiej siły, są przechodzą hartowanie, co zapewnia im wydajną trwałość i odporność na uszkodzenia.
Obróbka cieplna to nieodzowny element w produkcji narzędzi, który pozwala na modyfikację właściwości materiałów i wytrzymałości na ścieranie. Dzięki odpowiednio dobranym procesom, takim jak hartowanie, odpuszczanie, azotowanie czy nawęglanie, możliwe jest znaczne wzrost żywotności narzędzi, co przekłada się na ich przydatność oraz koszt w długoterminowej eksploatacji.