Obróbka cieplna to metoda, która ma na celu zwiększenie właściwości mechanicznych materiałów, w szczególności ich odporności na ścieranie. Narzędzia, które są poddane na intensywne obciążenia i działanie agresywnych warunków, takich jak wysokie temperatury, wymagają specjalistycznej obróbki, aby poprawić ich trwałość. Właśnie tutaj obróbka cieplna odgrywa kluczową rolę, pozwalając na znaczne poprawienie odporności na degradację, co przekłada się na dłuższą trwałość narzędzi.

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

Ścieranie – proces, w którym elementy narzędzia ulegają zatarciu wskutek kontaktu z wykonywanym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w materiałach pod wpływem cyklicznych sił.
Adhezja – przywieranie fragmentów obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego degradacji.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem wpływów atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie gorąco.
Obróbka cieplna umożliwia zmianę struktury metalu, co pomaga ograniczyć te zjawiska i zwiększyć odporność narzędzi na wytarcie.

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

1. Hartowanie
Hartowanie to metoda, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej gorączki, a następnie szybko 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 zwiększanie jego plastyczności. Narzędzia, które są jednocześnie twarde i elastyczne, lepiej 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 istotnie poprawia odporność na degradację oraz agresywne 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 ścieranie i regularne 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 tarcie 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 poprawę ich twardości oraz wytrzymałości na wysokie temperatury, co pozwala na ich dłuższe i skuteczniejsze użytkowanie.

2. Narzędzia tłoczące
Matrzyce, stemple i inne narzędzia używane w procesach tłoczenia są wyeksponowane na duże obciążenia i ścieranie. Azotowanie oraz nawęglanie tych narzędzi pozwala na zabezpieczenie ich odporności na degradację.

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 zużycie. Dzięki odpowiednio dobranym procesom, takim jak hartowanie, odpuszczanie, azotowanie czy nawęglanie, możliwe jest znaczne zwiększenie żywotności narzędzi, co przekłada się na ich wydajność oraz koszt w długoterminowej eksploatacji.