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

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

Ścieranie – proces, w którym powierzchnia narzędzia ulegają zużyciu wskutek kontaktu z wykonywanym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w strukturze pod wpływem cyklicznych obciążeń.
Adhezja – przywieranie cząsteczek materiału obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego uszkodzenia.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem wpływów atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie ciepło.
Obróbka cieplna umożliwia modyfikację struktury metalu, co pomaga ograniczyć te zjawiska i wzmocnić odporność narzędzi na zużycie.

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

1. Hartowanie
Hartowanie to metoda, w którym materiał jest podgrzewany do wysokiej gorączki, a następnie szybko schładzany w medium chłodzącym, takim jak sól. Efektem jest uzyskanie struktury martenzytycznej, która zapewnia wyjątkową twardość i wytrzymałość na uszkodzenia. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej odporne na intensywne naprężenia.

2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej gorączki, a następnie wolnym jej schładzaniu. Celem jest zmniejszanie kruchości materiału i zwiększanie 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 znacząco poprawia odporność na zużycie oraz agresywne działanie środowiska. Narzędzia poddane azotowaniu charakteryzują się wyjątkową 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 elastyczny, a warstwę wierzchnią wzmacnia węglem. Narzędzia nawęglane są odporne na ścieranie i częste 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 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 wzmocnienie 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 degradację.

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

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