به عنوان اجزای اصلی در سیستم های هیدرولیک و پنوماتیک، انتخاب مواد برای میله های پیستون و سیلندرها به طور مستقیم بر دوام، قابلیت اطمینان و راندمان عملیاتی تجهیزات تأثیر می گذارد. تحت شرایط عملیاتی پر فشار و حرکت رفت و برگشتی با فرکانس بالا، ماده سیلندر باید دارای خواص مکانیکی عالی، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت پردازش خوب باشد. در حال حاضر، مواد اصلی مورد استفاده برای میلههای پیستون و سیلندرها در بخش صنعتی عبارتند از-فولاد ساختاری کربنی با کیفیت بالا، فولاد ساختاری آلیاژی، فولاد ضد زنگ و مواد تحت درمان با سطح ویژه- که هر کدام بسته به کاربرد خاص دارای مزایایی هستند.
1.-فولاد ساختاری کربنی با کیفیت بالا: اقتصاد متعادل و عملکرد پایه
فولاد ساختاری کربن با کیفیت بالا (مانند فولاد 20 و فولاد 35) ماده پایه سنتی برای میلههای پیستون و سیلندرها است. به دلیل هزینه کم و سهولت پردازش، به طور گسترده در کاربردهای فشار متوسط و پایین{4} که در آن نیاز به استحکام زیاد نیست استفاده می شود. عملیات حرارتی نرمال یا تلطیف می تواند خواص مکانیکی کلی این فولاد را افزایش دهد، در حالی که روکش کروم به طور موثر مقاومت در برابر سایش و خوردگی آن را افزایش می دهد. با این حال، محدودیتهای ذاتی فولاد کربنی در استحکام کششی نسبتا کم و مقاومت در برابر خستگی آن نهفته است. مستعد تغییر شکل یا خوردگی در محیطهای{8} با فشار بالا یا خورنده است و بنابراین اغلب برای رفع این کاستیها به فرآیندهای سختکاری سطح بعدی نیاز دارد.
II. فولاد ساختاری آلیاژی: گزینه ترجیحی برای استحکام بالا و مقاومت در برابر خستگی
برای شرایط فشار متوسط تا{1}بالا-و بار بالا-، فولادهای سازهای آلیاژی (مانند فولاد 45، 27SiMn و 40Cr) به دلیل دارا بودن عناصر آلیاژی مانند کروم، منگنز و سیلیکون، انتخابی ارجح هستند. به عنوان مثال، 40Cr، پس از عملیات حرارتی کوئنچ و تلطیف، می تواند به استحکام کششی بالایی (بیشتر از یا برابر با 800 مگاپاسکال) و استحکام تسلیم دست یابد، در حالی که چقرمگی ضربه و پایداری ابعادی خوبی نیز از خود نشان می دهد. بلوکهای سیلندر ساخته شده از این ماده در کاربردهای سنگین{11} مانند ماشینآلات ساختمانی و تجهیزات متالورژی، عملکرد فوقالعادهای دارند. با این حال، ماشینکاری دقیق و تکنیکهای سختسازی سطحی (مانند نیترید کردن و کربورسازی) برای افزایش بیشتر سختی سطح و مقاومت در برابر سایش برای کاهش سایش ناشی از اصطکاک فرکانس بالا مورد نیاز است.
III. فولاد ضد زنگ: راه حلی برای مقاومت در برابر خوردگی و پاکیزگی بالا{1}
در محیطهای بسیار خورنده یا نیازمندیهای{0} تمیزی بالا، مانند فرآوری شیمیایی، فرآوری مواد غذایی، و مهندسی دریایی، فولاد ضد زنگ (مانند 304 و 316L) ماده سیلندر ترجیحی است. فولاد زنگ نزن آستنیتی نه تنها مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی اسیدی، قلیایی و اسپری نمک دارد، بلکه خواص غیر مغناطیسی آن را برای ابزارهای دقیق نیز مناسب می کند. افزودن مولیبدن به فولاد ضد زنگ 316L مقاومت آن را در برابر خوردگی حفره ای و شکافی افزایش می دهد. با این حال، هزینه بالای مواد و رسانایی حرارتی پایین آن، نیاز به مبادله-میان مقاومت و مقاومت در برابر خوردگی در محیطهای-در دمای بالا و{10}}بالا دارد. علاوه بر این، سیلندرهای فولادی ضد زنگ معمولاً به صورت آینهای{12}}صیقل داده میشوند یا به صورت الکترولیتی پرداخت میشوند تا نیازهای کاربردی درجه بهداشتی یا نوری{13}} را برآورده کنند.
IV. فناوری تصفیه سطح: افزایش ثانویه خواص مواد
علاوه بر مواد پایه، عملکرد واقعی میله پیستون و بدنه سیلندر به شدت به تکنیک های مهندسی سطح بستگی دارد. روش های درمانی رایج عبارتند از:
• آبکاری کروم سخت: آبکاری یک لایه کروم ضخیم یکنواخت (معمولاً 30-50 میکرومتر) ایجاد می کند که به طور قابل توجهی سختی سطح (HV 800-1200) و مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد، اما خطر تردی هیدروژنی باید در نظر گرفته شود.
• نیترید کردن: اتم های نیتروژن در حدود 500 درجه به سطح فولاد وارد می شوند و یک لایه نیترید با سختی بالا-(تا HV 900-1100) تشکیل می دهند که مقاومت در برابر سایش، ضد تشنج و مقاومت در برابر خستگی را ارائه می دهد.
•پاشیدن کاربید سرامیک یا تنگستن: پاشش حرارتی پوششی فوقالعاده{0}سخت مناسب برای سایش شدید یا شرایط عملیاتی{1}در دمای بالا ایجاد میکند، اما کنترل چسبندگی و یکنواختی پوشش میتواند چالش برانگیز باشد.
نتیجه گیری
انتخاب میله پیستون و مواد سیلندر نیازمند در نظر گرفتن همه جانبه عوامل متعددی از جمله فشار عملیاتی، محیط سیال، بودجه هزینه و چرخه تعمیر و نگهداری است. در آینده، با پیشرفتهای علم مواد، استفاده از آلیاژهای سبک وزن و استحکام بالا (مانند کامپوزیتهای آلیاژ تیتانیوم)، فناوری پوششدهی نانو و فرآیندهای ساخت افزودنی، عملکرد سیلندر را بیشتر میکند و راهحلهای مطمئنتری برای صنعت ساخت تجهیزات پیشرفته ارائه میکند.
