Будучи основними компонентами гідравлічних і пневматичних систем, вибір матеріалу для штоків і циліндрів безпосередньо впливає на довговічність, надійність і ефективність роботи обладнання. У складних умовах експлуатації високого-тиску, високо-частотного зворотно-поступального руху матеріал циліндра повинен мати чудові механічні властивості, зносостійкість, стійкість до корозії та добре піддаватися обробці. Наразі основні матеріали, які використовуються для поршневих штоків і циліндрів у промисловому секторі, включають високоякісну вуглецеву конструкційну сталь, леговану конструкційну сталь, нержавіючу сталь і матеріали зі спеціальною поверхневою обробкою, кожен з яких має переваги залежно від конкретного застосування.
1. Високо{1}}якісна вуглецева конструкційна сталь: збалансована економія та базова продуктивність
Високо{0}}якісна вуглецева конструкційна сталь (така як сталь 20 і сталь 35) є традиційним основним матеріалом для штоків і циліндрів. Завдяки низькій вартості та простоті обробки він широко використовується в системах із середнім і низьким-тиском, де вимоги до міцності невисокі. Термічна обробка нормалізацією або відпуском може покращити загальні механічні властивості цієї сталі, тоді як хромування ефективно підвищує її стійкість до зносу та корозії. Однак властиві обмеження вуглецевої сталі полягають у її відносно низькій міцності на розрив і стійкості до втоми. Він схильний до деформації або корозії під високим-тиском або корозійним середовищем, і тому часто вимагає подальших процесів зміцнення поверхні, щоб усунути ці недоліки.
II. Конструкційна легована сталь: кращий варіант для високої міцності та стійкості до втоми
Для умов середнього-–-високого-тиску та високих{3}}навантажень леговані конструкційні сталі (такі як сталь 45, 27SiMn і 40Cr) є кращим вибором через те, що вони містять такі легуючі елементи, як хром, марганець і кремній. Наприклад, 40Cr після термічної обробки загартування та відпустки може досягти високої міцності на розрив (більше або дорівнює 800 МПа) і межі текучості, а також демонструвати хорошу ударну в’язкість і стабільність розмірів. Блоки циліндрів, виготовлені з цього матеріалу, надзвичайно добре працюють із-важкими навантаженнями, такими як будівельна техніка та металургійне обладнання. Однак для подальшого підвищення твердості поверхні та зносостійкості для зменшення зношування, спричиненого високочастотним тертям, потрібні методи точної обробки та поверхневого зміцнення (такі як азотування та цементація).
III. Нержавіюча сталь: рішення для захисту від корозії та високої-чистоти середовища
У сильно корозійних середовищах або високих -вимогах до чистоти, як-от хімічна обробка, харчова промисловість і суднобудування, нержавіюча сталь (наприклад, 304 і 316L) є кращим матеріалом для циліндрів. Аустенітна нержавіюча сталь не лише забезпечує чудову стійкість до кислотної, лужної та соляної корозії, але завдяки не-магнітним властивостям вона також підходить для точних інструментів. Додавання молібдену до нержавіючої сталі 316L додатково підвищує її стійкість до точкової та щілинної корозії. Однак висока вартість матеріалів і низька теплопровідність вимагають компромісу-між міцністю та стійкістю до корозії в середовищах із високою-температурою та високим{10}}тиском. Крім того, циліндри з нержавіючої сталі, як правило, мають дзеркальне{12}}полірування або електролітичне полірування, щоб відповідати санітарним або оптичним-вимогам застосування.
IV. Технологія обробки поверхні: вторинне покращення властивостей матеріалу
На додаток до основного матеріалу, фактична продуктивність поршневого штока та корпусу циліндра значною мірою залежить від методів обробки поверхні. Загальні методи лікування включають:
• Жорстке хромування: гальванічне покриття створює рівномірно товстий шар хрому (зазвичай 30-50 мкм), значно покращуючи твердість поверхні (HV 800-1200) і зносостійкість, але слід враховувати ризик водневої крихкості.
•Азотування: атоми азоту вводяться в сталеву поверхню приблизно під кутом 500 градусів, утворюючи шар нітриду з високою-твердістю (до HV 900-1100), який забезпечує зносостійкість, стійкість до задирів і стійкість до втоми.
• Напилення кераміки або карбіду вольфраму: термічне напилення створює над-тверде покриття, придатне для екстремального зношування або умов експлуатації при високих{1}}температурах, але контролювати адгезію та однорідність покриття може бути складним завданням.
Висновок
Вибір матеріалу поршневого штока та циліндра вимагає комплексного розгляду багатьох факторів, включаючи робочий тиск, рідинне середовище, бюджет витрат і цикл технічного обслуговування. У майбутньому, завдяки прогресу в матеріалознавстві, застосування високо-легких сплавів (таких як композити з титанових сплавів), технології нано-покриттів і процесів виробництва добавок ще більше підвищить продуктивність циліндрів, забезпечуючи більш надійні рішення для високо-індустрії виробництва обладнання.
