Obróbka cieplna to metoda, która ma na celu zwiększenie właściwości mechanicznych materiałów, w szczególności ich odporności na uszkodzenia. Narzędzia, które są poddane na intensywne obciążenia i działanie agresywnych warunków, takich jak tarcie, wymagają specjalistycznej obróbki, aby poprawić ich trwałość. Właśnie tutaj obróbka cieplna odgrywa kluczową rolę, pozwalając na wyraźne poprawienie odporności na zużycie, 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 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 zwiększenia odporności na ścieranie
Obróbka cieplna obejmuje różnorodne technologie, które mają na celu podniesienie właściwości narzędzi w kontekście odporności na ścieranie.

1. Hartowanie
Hartowanie to technika, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej ciepłoty, a następnie gwałtownie schładzany w medium chłodzącym, takim jak woda. Efektem jest uzyskanie struktury sztywnej, która zapewnia wyjątkową twardość i wytrzymałość na ścieranie. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej twarde na intensywne naprężenia.

2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej temperatury, a następnie wolnym 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 metoda cieplno-chemiczna, która polega na wprowadzaniu azotu do warstwy powierzchniowej metalu. Dzięki temu powstaje twarda warstwa azotków, która wyraźnie poprawia odporność na zużycie oraz korozyjne działanie środowiska. Narzędzia poddane azotowaniu charakteryzują się znakomitą 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 wytarcie i częste obciążenia.

5. Powłoki ochronne
W celu wzmocnienia 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 ścieranie. Stosowanie hartowania oraz azotowania pozwala na wzmocnienie ich twardości oraz odporności na wysokie temperatury, co pozwala na ich dłuższe i efektywniejsze 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 zwiększenie ich odporności na uszkodzenia.

3. Narzędzia ręczne
Młotki, klucze, przecinaki i inne narzędzia ręczne, które wymagają wysokiej siły, są przechodzą hartowanie, co zapewnia im wydajną trwałość i odporność na uszkodzenia.

Obróbka cieplna to nieodzowny element w produkcji narzędzi, który pozwala na modyfikację właściwości materiałów i trwałości na uszkodzenia. Dzięki odpowiednio dobranym procesom, takim jak hartowanie, odpuszczanie, azotowanie czy nawęglanie, możliwe jest znaczne wydłużenie żywotności narzędzi, co przekłada się na ich wydajność oraz koszt w długoterminowej eksploatacji.