Obróbka cieplna to proces, która ma na celu podniesienie właściwości mechanicznych materiałów, w szczególności ich odporności na zużycie. Narzędzia, które są narażone na intensywne obciążenia i działanie agresywnych warunków, takich jak tarcie, wymagają specjalistycznej obróbki, aby zwiększyć ich trwałość. Właśnie tutaj obróbka cieplna odgrywa kluczową rolę, pozwalając na wyraźne poprawienie odporności na zużycie, co przekłada się na dłuższą eksploatację narzędzi.

Mechanizmy zużycia narzędzi
Aby zrozumieć, jak obróbka cieplna poprawia odporność narzędzi na zużycie, warto przyjrzeć się mechanizmom, które prowadzą do ich uszkodzenia.

Ścieranie – proces, w którym elementy narzędzia ulegają wytarciu wskutek kontaktu z przerabianym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w strukturze pod wpływem cyklicznych sił.
Adhezja – przywieranie fragmentów obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego uszkodzenia.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem czynników atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie ciepło.
Obróbka cieplna umożliwia modyfikację struktury metalu, co pomaga zminimalizować te zjawiska i wzmocnić odporność narzędzi na wytarcie.

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

1. Hartowanie
Hartowanie to metoda, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej gorączki, a następnie gwałtownie schładzany w medium chłodzącym, takim jak woda. Efektem jest uzyskanie struktury martenzytycznej, która zapewnia wyjątkową twardość i trwałość na zużycie. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej twarde na intensywne siły.

2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej temperatury, a następnie wolnym jej schładzaniu. Celem jest ograniczanie kruchości materiału i poprawianie jego plastyczności. Narzędzia, które są jednocześnie twarde i elastyczne, skuteczniej znoszą obciążenia mechaniczne, co wydłuża 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 degradację oraz korozjogenne działanie środowiska. Narzędzia poddane azotowaniu charakteryzują się znakomitą 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 elastyczny, a warstwę wierzchnią wzmacnia węglem. Narzędzia nawęglane są odporne na wytarcie i wielokrotne 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 tarcie oraz czynniki 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 zwiększenie ich twardości oraz odporności na wysokie temperatury, co pozwala na ich dłuższe i skuteczniejsze 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 zwiększenie ich odporności na ścieranie.

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 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 przydatność oraz opłacalność w długoterminowej eksploatacji.