Obróbka cieplna to technika, która ma na celu zwiększenie właściwości mechanicznych materiałów, w szczególności ich odporności na zużycie. Narzędzia, które są poddane 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 degradację, co przekłada się na dłuższą żywotność narzędzi.
Mechanizmy zużycia narzędzi
Aby zrozumieć, jak obróbka cieplna zwiększa odporność narzędzi na zużycie, warto przyjrzeć się mechanizmom, które prowadzą do ich degradacji.
Ścieranie – proces, w którym elementy narzędzia ulegają zużyciu wskutek kontaktu z wykonywanym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w strukturze pod wpływem cyklicznych stresów.
Adhezja – przywieranie cząsteczek obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego degradacji.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem wpływów atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie gorąco.
Obróbka cieplna umożliwia dostosowanie struktury metalu, co pomaga ograniczyć te zjawiska i zwiększyć odporność narzędzi na wytarcie.
Metody obróbki cieplnej w celu zwiększenia odporności na ścieranie
Obróbka cieplna obejmuje różnorodne metody, które mają na celu podniesienie właściwości narzędzi w kontekście odporności na zużycie.
1. Hartowanie
Hartowanie to proces, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej temperatury, a następnie nagłe schładzany w medium chłodzącym, takim jak woda. Efektem jest uzyskanie struktury martenzytycznej, która zapewnia wyjątkową twardość i trwałość na zużycie. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej odporne na intensywne obciążenia.
2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej ciepłoty, a następnie stopniowym jej schładzaniu. Celem jest zmniejszanie kruchości materiału i poprawianie jego plastyczności. Narzędzia, które są jednocześnie twarde i elastyczne, efektywniej 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 ścieranie oraz korozjogenne działanie środowiska. Narzędzia poddane azotowaniu charakteryzują się znakomitą odpornością na uszkodzenia mechaniczne oraz działanie wysokich temperatur.
4. Nawęglanie
Nawęglanie to proces, który polega na wzbogaceniu 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 wielokrotne obciążenia.
5. Powłoki ochronne
W celu poprawy 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 zwiększenie 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 wyeksponowane 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 wytrzymałości, są poddawane hartowanie, co zapewnia im trwałą trwałość i odporność na uszkodzenia.
Obróbka cieplna to nieodzowny element w produkcji narzędzi, który pozwala na poprawę właściwości materiałów i trwałości na zużycie. 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.