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 ścieranie, wymagają specjalistycznej obróbki, aby poprawić ich trwałość. Właśnie tutaj obróbka cieplna odgrywa kluczową rolę, pozwalając na istotne poprawienie odporności na degradację, co przekłada się na dłuższą eksploatację narzędzi.
Mechanizmy ścierania narzędzi
Aby zrozumieć, jak obróbka cieplna poprawia odporność narzędzi na zużycie, warto przyjrzeć się mechanizmom, które prowadzą do ich zużycia.
Ścieranie – proces, w którym materiał narzędzia ulegają zatarciu wskutek kontaktu z przerabianym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w materiałach pod wpływem cyklicznych sił.
Adhezja – przywieranie cząsteczek obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego degradacji.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem warunków atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie temperatury.
Obróbka cieplna umożliwia zmianę struktury metalu, co pomaga zminimalizować te zjawiska i poprawić odporność narzędzi na ścieranie.
Metody obróbki cieplnej w celu podniesienia odporności na ścieranie
Obróbka cieplna obejmuje różnorodne procesy, które mają na celu zwiększenie właściwości narzędzi w kontekście odporności na zużycie.
1. Hartowanie
Hartowanie to technika, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej temperatury, a następnie szybko schładzany w medium chłodzącym, takim jak woda. Efektem jest uzyskanie struktury twardej, która zapewnia wyjątkową twardość i trwałość na ścieranie. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej wytrzymałe na intensywne obciążenia.
2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej temperatury, a następnie wolnym jej schładzaniu. Celem jest zmniejszanie kruchości materiału i zwiększanie jego plastyczności. Narzędzia, które są jednocześnie twarde i elastyczne, lepiej 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 wyraźnie poprawia odporność na zużycie oraz korozyjne działanie środowiska. Narzędzia poddane azotowaniu charakteryzują się doskonałą odpornością na uszkodzenia mechaniczne oraz działanie wysokich gorączki.
4. Nawęglanie
Nawęglanie to proces, który polega na nasyceniu 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 częste 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 uszkodzenia 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 efektywniejsze użytkowanie.
2. Narzędzia tłoczące
Matrzyce, stemple i inne narzędzia używane w procesach tłoczenia są narażone na duże obciążenia i ścieranie. Azotowanie oraz nawęglanie tych narzędzi pozwala na wzmocnienie ich odporności na uszkodzenia.
3. Narzędzia ręczne
Młotki, klucze, przecinaki i inne narzędzia ręczne, które wymagają wysokiej wytrzymałości, są przechodzą hartowanie, co zapewnia im długotrwałą trwałość i odporność na uszkodzenia.
Obróbka cieplna to nieodzowny element w produkcji narzędzi, który pozwala na poprawę właściwości materiałów i odporności na zużycie. Dzięki odpowiednio dobranym procesom, takim jak hartowanie, odpuszczanie, azotowanie czy nawęglanie, możliwe jest znaczne wzrost żywotności narzędzi, co przekłada się na ich przydatność oraz trwałość w długoterminowej eksploatacji.