Obróbka cieplna to metoda, która ma na celu podniesienie właściwości mechanicznych materiałów, w szczególności ich odporności na ścieranie. Narzędzia, które są poddane 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 znaczne poprawienie odporności na ścieranie, co przekłada się na dłuższą żywotność narzędzi.

Mechanizmy odkształcania 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 przerabianym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w materiałach pod wpływem cyklicznych obciążeń.
Adhezja – przywieranie cząsteczek obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego degradacji.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem warunków atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie ciepło.
Obróbka cieplna umożliwia zmianę struktury metalu, co pomaga ograniczyć te zjawiska i poprawić odporność narzędzi na wytarcie.

Metody obróbki cieplnej w celu zwiększenia odporności na ścieranie
Obróbka cieplna obejmuje różnorodne procesy, które mają na celu zwiększenie właściwości narzędzi w kontekście odporności na uszkodzenia.

1. Hartowanie
Hartowanie to proces, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej gorączki, a następnie gwałtownie schładzany w medium chłodzącym, takim jak olej. Efektem jest uzyskanie struktury twardej, która zapewnia wyjątkową twardość i trwałość na uszkodzenia. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej twarde na intensywne obciążenia.

2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej temperatury, a następnie powolnym jej schładzaniu. Celem jest redukowanie kruchości materiału i zwiększanie jego plastyczności. Narzędzia, które są jednocześnie twarde i elastyczne, efektywniej znoszą obciążenia mechaniczne, co zwiększa 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 znacząco poprawia odporność na degradację oraz korozyjne 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 plastyczny, a warstwę wierzchnią wzmacnia węglem. Narzędzia nawęglane są odporne na wytarcie 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 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 wzmocnienie ich twardości oraz wytrzymałości 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 ścieranie.

3. Narzędzia ręczne
Młotki, klucze, przecinaki i inne narzędzia ręczne, które wymagają wysokiej siły, 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 wytrzymałości na ścieranie. 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.