Obróbka cieplna to metoda, która ma na celu wzrost właściwości mechanicznych materiałów, w szczególności ich odporności na uszkodzenia. Narzędzia, które są wyeksponowane na intensywne obciążenia i działanie agresywnych warunków, takich jak tarcie, wymagają specjalistycznej obróbki, aby wzmocnić ich trwałość. Właśnie tutaj obróbka cieplna odgrywa kluczową rolę, pozwalając na znaczne poprawienie odporności na ścieranie, co przekłada się na dłuższą żywotność 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 metalu pod wpływem cyklicznych obciążeń.
Adhezja – przywieranie fragmentów 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 zmianę struktury metalu, co pomaga zminimalizować te zjawiska i wzmocnić odporność narzędzi na zużycie.
Metody obróbki cieplnej w celu zwiększenia odporności na zużycie
Obróbka cieplna obejmuje różnorodne metody, które mają na celu podniesienie właściwości narzędzi w kontekście odporności na zużycie.
1. Hartowanie
Hartowanie to technika, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej gorączki, a następnie nagłe schładzany w medium chłodzącym, takim jak woda. Efektem jest uzyskanie struktury twardej, która zapewnia wyjątkową twardość i trwałość na uszkodzenia. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej odporne na intensywne siły.
2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej ciepłoty, a następnie powolnym jej schładzaniu. Celem jest zmniejszanie kruchości materiału i zwiększanie jego plastyczności. Narzędzia, które są jednocześnie twarde i elastyczne, skuteczniej 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 temperatur.
4. Nawęglanie
Nawęglanie to proces, który polega na zasileniu 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 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 poprawę ich twardości oraz wytrzymałości na wysokie temperatury, co pozwala na ich dłuższe i bardziej 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 zwiększenie ich odporności na ścieranie.
3. Narzędzia ręczne
Młotki, klucze, przecinaki i inne narzędzia ręczne, które wymagają wysokiej wytrzymałości, są poddawane 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 uszkodzenia. Dzięki odpowiednio dobranym procesom, takim jak hartowanie, odpuszczanie, azotowanie czy nawęglanie, możliwe jest znaczne wzrost żywotności narzędzi, co przekłada się na ich efektywność oraz koszt w długoterminowej eksploatacji.