Obróbka cieplna to proces, która ma na celu podniesienie właściwości mechanicznych materiałów, w szczególności ich odporności na zużycie. Narzędzia, które są wyeksponowane 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 trwałość narzędzi.

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

Ścieranie – proces, w którym powierzchnia narzędzia ulegają zużyciu wskutek kontaktu z przerabianym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w metalu pod wpływem cyklicznych obciążeń.
Adhezja – przywieranie fragmentów obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego degradacji.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem czynników atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie temperatury.
Obróbka cieplna umożliwia dostosowanie struktury metalu, co pomaga zminimalizować te zjawiska i poprawić odporność narzędzi na wytarcie.

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 uszkodzenia.

1. Hartowanie
Hartowanie to technika, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej temperatury, a następnie szybko schładzany w medium chłodzącym, takim jak sól. Efektem jest uzyskanie struktury twardej, która zapewnia wyjątkową twardość i trwałość na uszkodzenia. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej wytrzymałe na intensywne obciążenia.

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, lepiej znoszą obciążenia mechaniczne, co zwiększa 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 istotnie poprawia odporność na zużycie oraz agresywne 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 sprężysty, 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 uszkodzenia 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 zniszczenie. Stosowanie hartowania oraz azotowania pozwala na wzmocnienie ich twardości oraz wytrzymałości 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 zabezpieczenie ich odporności na uszkodzenia.

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 modyfikację właściwości materiałów i trwałości na ścieranie. Dzięki odpowiednio dobranym procesom, takim jak hartowanie, odpuszczanie, azotowanie czy nawęglanie, możliwe jest znaczne wzrost żywotności narzędzi, co przekłada się na ich efektywność oraz trwałość w długoterminowej eksploatacji.