Obróbka cieplna to technika, która ma na celu zwiększenie właściwości mechanicznych materiałów, w szczególności ich odporności na uszkodzenia. Narzędzia, które są wyeksponowane na intensywne obciążenia i działanie agresywnych warunków, takich jak ścieranie, wymagają specjalistycznej obróbki, aby wzmocnić ich trwałość. Właśnie tutaj obróbka cieplna odgrywa kluczową rolę, pozwalając na istotne poprawienie odporności na ścieranie, 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 degradacji.
Ścieranie – proces, w którym powierzchnia narzędzia ulegają zużyciu wskutek kontaktu z wykonywanym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w strukturze pod wpływem cyklicznych obciążeń.
Adhezja – przywieranie cząsteczek materiału obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego degradacji.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem czynników atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie temperatury.
Obróbka cieplna umożliwia modyfikację struktury metalu, co pomaga ograniczyć te zjawiska i zwiększyć odporność narzędzi na ścieranie.
Metody obróbki cieplnej w celu podniesienia odporności na degradację
Obróbka cieplna obejmuje różnorodne metody, które mają na celu wzmocnienie właściwości narzędzi w kontekście odporności na uszkodzenia.
1. Hartowanie
Hartowanie to metoda, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej gorączki, a następnie szybko schładzany w medium chłodzącym, takim jak sól. Efektem jest uzyskanie struktury twardej, która zapewnia wyjątkową twardość i odporność na uszkodzenia. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej twarde na intensywne obciążenia.
2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej ciepłoty, a następnie wolnym jej schładzaniu. Celem jest zmniejszanie kruchości materiału i poprawianie 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 istotnie poprawia odporność na ścieranie oraz korozyjne działanie środowiska. Narzędzia poddane azotowaniu charakteryzują się wyjątkową 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 sprężysty, a warstwę wierzchnią wzmacnia węglem. Narzędzia nawęglane są odporne na ścieranie 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 zużycie. 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 wyeksponowane 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 siły, są poddawane 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 uszkodzenia. Dzięki odpowiednio dobranym procesom, takim jak hartowanie, odpuszczanie, azotowanie czy nawęglanie, możliwe jest znaczne zwiększenie żywotności narzędzi, co przekłada się na ich wydajność oraz koszt w długoterminowej eksploatacji.