Obróbka cieplna to metoda, która ma na celu wzrost właściwości mechanicznych materiałów, w szczególności ich odporności na ścieranie. Narzędzia, które są wyeksponowane 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 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 uszkodzenia.
Ścieranie – proces, w którym elementy narzędzia ulegają zużyciu wskutek kontaktu z wykonywanym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w strukturze pod wpływem cyklicznych obciążeń.
Adhezja – przywieranie fragmentów obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego uszkodzenia.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem czynników atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie ciepło.
Obróbka cieplna umożliwia dostosowanie struktury metalu, co pomaga zredukować te zjawiska i wzmocnić odporność narzędzi na ścieranie.
Metody obróbki cieplnej w celu wzrostu odporności na zużycie
Obróbka cieplna obejmuje różnorodne procesy, które mają na celu podniesienie właściwości narzędzi w kontekście odporności na ścieranie.
1. Hartowanie
Hartowanie to proces, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej ciepłoty, a następnie gwałtownie schładzany w medium chłodzącym, takim jak sól. Efektem jest uzyskanie struktury martenzytycznej, która zapewnia wyjątkową twardość i odporność na uszkodzenia. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej wytrzymałe na intensywne naprężenia.
2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej gorączki, a następnie wolnym jej schładzaniu. Celem jest ograniczanie kruchości materiału i wzrost jego plastyczności. Narzędzia, które są jednocześnie twarde i elastyczne, lepiej znoszą obciążenia mechaniczne, co zwiększa ich trwałość.
3. Azotowanie
Azotowanie to proces cieplno-chemiczna, która polega na wprowadzaniu azotu do warstwy powierzchniowej metalu. Dzięki temu powstaje twarda warstwa azotków, która znacząco poprawia odporność na degradację oraz agresywne działanie środowiska. Narzędzia poddane azotowaniu charakteryzują się znakomitą odpornością na uszkodzenia mechaniczne oraz działanie wysokich ciepła.
4. Nawęglanie
Nawęglanie to proces, który polega na zasileniu powierzchni stali w węgiel, co zwiększa jej twardość. Proces ten pozostawia rdzeń materiału elastyczny, a warstwę wierzchnią wzmacnia węglem. Narzędzia nawęglane są odporne na wytarcie 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 uszkodzenia 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 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 podatne 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 siły, 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 zwiększenie żywotności narzędzi, co przekłada się na ich efektywność oraz koszt w długoterminowej eksploatacji.