Obróbka cieplna to proces, która ma na celu zwiększenie właściwości mechanicznych materiałów, w szczególności ich odporności na uszkodzenia. Narzędzia, które są poddane na intensywne obciążenia i działanie agresywnych warunków, takich jak wysokie temperatury, wymagają specjalistycznej obróbki, aby wzmocnić ich trwałość. Właśnie tutaj obróbka cieplna odgrywa kluczową rolę, pozwalając na istotne poprawienie odporności na degradację, co przekłada się na dłuższą żywotność narzędzi.
Mechanizmy zużycia narzędzi
Aby zrozumieć, jak obróbka cieplna poprawia odporność narzędzi na zużycie, warto przyjrzeć się mechanizmom, które prowadzą do ich uszkodzenia.
Ścieranie – proces, w którym powierzchnia narzędzia ulegają zużyciu wskutek kontaktu z przerabianym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w materiałach 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 modyfikację struktury metalu, co pomaga zminimalizować te zjawiska i zwiększyć odporność narzędzi na zużycie.
Metody obróbki cieplnej w celu podniesienia odporności na degradację
Obróbka cieplna obejmuje różnorodne procesy, które mają na celu zwiększenie właściwości narzędzi w kontekście odporności na ścieranie.
1. Hartowanie
Hartowanie to proces, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej ciepłoty, a następnie nagłe schładzany w medium chłodzącym, takim jak sól. Efektem jest uzyskanie struktury twardej, która zapewnia wyjątkową twardość i trwałość na ścieranie. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej odporne na intensywne naprężenia.
2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej gorączki, a następnie stopniowym jej schładzaniu. Celem jest redukowanie kruchości materiału i wzrost jego plastyczności. Narzędzia, które są jednocześnie twarde i elastyczne, lepiej znoszą obciążenia mechaniczne, co wydłuża ich trwałość.
3. Azotowanie
Azotowanie to technika cieplno-chemiczna, która polega na wprowadzaniu azotu do warstwy powierzchniowej metalu. Dzięki temu powstaje twarda warstwa azotków, która wyraźnie 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 nasyceniu powierzchni stali w węgiel, co zwiększa jej twardość. Proces ten pozostawia rdzeń materiału elastyczny, a warstwę wierzchnią wzmacnia węglem. Narzędzia nawęglane są odporne na zużycie i regularne obciążenia.
5. Powłoki ochronne
W celu wzmocnienia odporności na zużycie, stosuje się także powłoki ochronne, takie jak chromowanie, niklowanie czy powłoki ceramiczne. Dzięki tym powłokom, narzędzia stają się bardziej odporne na tarcie oraz czynniki wpływ środowiska.
Przykłady zastosowania obróbki cieplnej w narzędziach
1. Narzędzia skrawające
Wiertła, frezy i noże tokarskie to narzędzia, które są szczególnie narażone na intensywne zniszczenie. Stosowanie hartowania oraz azotowania pozwala na wzmocnienie ich twardości oraz trwałości na wysokie temperatury, co pozwala na ich dłuższe i skuteczniejsze użytkowanie.
2. Narzędzia tłoczące
Matrzyce, stemple i inne narzędzia używane w procesach tłoczenia są podatne na duże obciążenia i ścieranie. Azotowanie oraz nawęglanie tych narzędzi pozwala na zwiększenie ich odporności na degradację.
3. Narzędzia ręczne
Młotki, klucze, przecinaki i inne narzędzia ręczne, które wymagają wysokiej odporności, są przechodzą hartowanie, co zapewnia im długotrwałą trwałość i odporność na uszkodzenia.
Obróbka cieplna to nieodzowny element w produkcji narzędzi, który pozwala na modyfikację właściwości materiałów i wytrzymałości na zużycie. Dzięki odpowiednio dobranym procesom, takim jak hartowanie, odpuszczanie, azotowanie czy nawęglanie, możliwe jest znaczne wzrost żywotności narzędzi, co przekłada się na ich wydajność oraz koszt w długoterminowej eksploatacji.