Obróbka cieplna to metoda, która ma na celu wzrost 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 zwiększyć ich trwałość. Właśnie tutaj obróbka cieplna odgrywa kluczową rolę, pozwalając na znaczne poprawienie odporności na degradację, co przekłada się na dłuższą żywotność 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 zużyciu wskutek kontaktu z obrabianym materiałem.
Zmęczenie materiału – powstawanie mikropęknięć w materiałach pod wpływem cyklicznych stresów.
Adhezja – przywieranie cząsteczek materiału obrabianego do powierzchni narzędzia, co może prowadzić do jego degradacji.
Korozja – degradacja materiału pod wpływem czynników atmosferycznych, takich jak wilgoć, zanieczyszczenia czy wysokie gorąco.
Obróbka cieplna umożliwia modyfikację struktury metalu, co pomaga zminimalizować te zjawiska i poprawić odporność narzędzi na ścieranie.

Metody obróbki cieplnej w celu podniesienia odporności na degradację
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 temperatury, a następnie nagłe schładzany w medium chłodzącym, takim jak olej. Efektem jest uzyskanie struktury twardej, która zapewnia wyjątkową twardość i odporność na zużycie. Narzędzia poddane hartowaniu są bardziej twarde na intensywne siły.

2. Odpuszczanie
Odpuszczanie jest procesem, który polega na podgrzewaniu stali do określonej ciepłoty, a następnie powolnym jej schładzaniu. Celem jest ograniczanie kruchości materiału i zwiększanie jego plastyczności. Narzędzia, które są jednocześnie twarde i elastyczne, skuteczniej znoszą obciążenia mechaniczne, co wydłuża ich trwałość.

3. Azotowanie
Azotowanie to proces cieplno-chemiczna, która polega na wprowadzaniu azotu do warstwy powierzchniowej metalu. Dzięki temu powstaje twarda warstwa azotków, która znacząco poprawia odporność na zużycie oraz korozjogenne działanie środowiska. Narzędzia poddane azotowaniu charakteryzują się znakomitą odpornością na uszkodzenia mechaniczne oraz działanie wysokich gorączki.

4. Nawęglanie
Nawęglanie to proces, który polega na nasyceniu powierzchni stali w węgiel, co zwiększa jej twardość. Proces ten pozostawia rdzeń materiału plastyczny, 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 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 bardziej 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 wzmocnienie ich odporności na degradację.

3. Narzędzia ręczne
Młotki, klucze, przecinaki i inne narzędzia ręczne, które wymagają wysokiej siły, są poddawane 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 trwałości na zużycie. Dzięki odpowiednio dobranym procesom, takim jak hartowanie, odpuszczanie, azotowanie czy nawęglanie, możliwe jest znaczne wydłużenie żywotności narzędzi, co przekłada się na ich wydajność oraz trwałość w długoterminowej eksploatacji.