Obróbka cieplna to technika, 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 istotne poprawienie odporności na degradację, co przekłada się na dłuższą trwałość narzędzi.
Mechanizmy odkształcania narzędzi
Aby zrozumieć, jak obróbka cieplna podnosi odporność narzędzi na zużycie, warto przyjrzeć się mechanizmom, które prowadzą do ich uszkodzenia.
Ścieranie – proces, w którym materiał narzędzia ulegają wytarciu wskutek kontaktu z przerabianym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w materiałach pod wpływem cyklicznych stresów.
Adhezja – przywieranie fragmentów obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego zniszczenia.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem czynników atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie temperatury.
Obróbka cieplna umożliwia dostosowanie struktury metalu, co pomaga ograniczyć te zjawiska i zwiększyć odporność narzędzi na wytarcie.
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 technika, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej temperatury, a następnie gwałtownie schładzany w medium chłodzącym, takim jak woda. Efektem jest uzyskanie struktury martenzytycznej, która zapewnia wyjątkową twardość i wytrzymałość na ścieranie. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej wytrzymałe na intensywne siły.
2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej temperatury, a następnie powolnym jej schładzaniu. Celem jest ograniczanie kruchości materiału i poprawianie jego plastyczności. Narzędzia, które są jednocześnie twarde i elastyczne, skuteczniej znoszą obciążenia mechaniczne, co zwiększa 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 znacząco 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 wzbogaceniu powierzchni stali w węgiel, co zwiększa jej twardość. Proces ten pozostawia rdzeń materiału sprężysty, a warstwę wierzchnią wzmacnia węglem. Narzędzia nawęglane są odporne na wytarcie i częste 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 ścieranie oraz wpływy 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 odporności 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 zabezpieczenie ich odporności na uszkodzenia.
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 poprawę właściwości materiałów i odporności 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 trwałość w długoterminowej eksploatacji.