Obróbka cieplna to metoda, która ma na celu podniesienie właściwości mechanicznych materiałów, w szczególności ich odporności na ścieranie. Narzędzia, które są narażone 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 eksploatację 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 elementy narzędzia ulegają wytarciu wskutek kontaktu z obrabianym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w strukturze pod wpływem cyklicznych sił.
Adhezja – przywieranie fragmentów obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego zniszczenia.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem wpływów atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie temperatury.
Obróbka cieplna umożliwia zmianę struktury metalu, co pomaga ograniczyć te zjawiska i zwiększyć odporność narzędzi na ścieranie.
Metody obróbki cieplnej w celu zwiększenia odporności na zużycie
Obróbka cieplna obejmuje różnorodne metody, które mają na celu wzmocnienie właściwości narzędzi w kontekście odporności na zużycie.
1. Hartowanie
Hartowanie to proces, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej gorączki, a następnie szybko schładzany w medium chłodzącym, takim jak olej. Efektem jest uzyskanie struktury martenzytycznej, która zapewnia wyjątkową twardość i odporność na ścieranie. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej odporne na intensywne obciążenia.
2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej ciepłoty, a następnie wolnym jej schładzaniu. Celem jest redukowanie kruchości materiału i zwiększanie jego plastyczności. Narzędzia, które są jednocześnie twarde i elastyczne, efektywniej znoszą obciążenia mechaniczne, co wydłuża 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 istotnie poprawia odporność na ścieranie oraz korozjogenne działanie środowiska. Narzędzia poddane azotowaniu charakteryzują się doskonałą 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 sprężysty, a warstwę wierzchnią wzmacnia węglem. Narzędzia nawęglane są odporne na wytarcie i częste 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 tarcie 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 zużycie. Stosowanie hartowania oraz azotowania pozwala na poprawę 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 podatne na duże obciążenia i ścieranie. Azotowanie oraz nawęglanie tych narzędzi pozwala na wzmocnienie ich odporności na degradację.
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 modyfikację 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 przydatność oraz koszt w długoterminowej eksploatacji.