Obróbka cieplna to proces, która ma na celu zwiększenie właściwości mechanicznych materiałów, w szczególności ich odporności na zużycie. Narzędzia, które są narażone na intensywne obciążenia i działanie agresywnych warunków, takich jak wysokie temperatury, wymagają specjalistycznej obróbki, aby poprawić ich trwałość. Właśnie tutaj obróbka cieplna odgrywa kluczową rolę, pozwalając na istotne poprawienie odporności na ścieranie, co przekłada się na dłuższą eksploatację narzędzi.
Mechanizmy odkształcania 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 wytarciu wskutek kontaktu z obrabianym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w materiałach pod wpływem cyklicznych sił.
Adhezja – przywieranie cząsteczek obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego uszkodzenia.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem wpływów atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie ciepło.
Obróbka cieplna umożliwia modyfikację struktury metalu, co pomaga zredukować te zjawiska i wzmocnić odporność narzędzi na ścieranie.
Metody obróbki cieplnej w celu zwiększenia odporności na degradację
Obróbka cieplna obejmuje różnorodne technologie, które mają na celu zwiększenie właściwości narzędzi w kontekście odporności na ścieranie.
1. Hartowanie
Hartowanie to technika, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej gorączki, a następnie szybko schładzany w medium chłodzącym, takim jak sól. Efektem jest uzyskanie struktury sztywnej, która zapewnia wyjątkową twardość i odporność na ścieranie. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej twarde 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 wzrost 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 degradację oraz korozyjne działanie środowiska. Narzędzia poddane azotowaniu charakteryzują się wyjątkową 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 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 agresywny 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 narażone na duże obciążenia i ścieranie. Azotowanie oraz nawęglanie tych narzędzi pozwala na wzmocnienie ich odporności na ścieranie.
3. Narzędzia ręczne
Młotki, klucze, przecinaki i inne narzędzia ręczne, które wymagają wysokiej wytrzymałości, są przechodzą hartowanie, co zapewnia im długotrwałą trwałość i odporność na uszkodzenia.
Obróbka cieplna to nieodzowny element w produkcji narzędzi, który pozwala na zwiększenie 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 wydajność oraz trwałość w długoterminowej eksploatacji.