A hidraulikus és pneumatikus rendszerek alapelemeiként a dugattyúrudak és hengerek anyagválasztása közvetlenül befolyásolja a berendezés tartósságát, megbízhatóságát és működési hatékonyságát. A nagy-nyomású, nagy-frekvenciájú, oda-vissza mozgást igénylő üzemi körülmények között a henger anyagának kiváló mechanikai tulajdonságokkal, kopásállósággal, korrózióállósággal és jó feldolgozhatósággal kell rendelkeznie. Jelenleg az ipari szektorban a dugattyúrudakhoz és -hengerekhez használt fő anyagok közé tartozik a jó-minőségű szénszerkezeti acél, az ötvözött szerkezeti acél, a rozsdamentes acél és a speciális felületkezelt-anyagok, amelyek mindegyike előnyöket kínál az adott alkalmazástól függően.
1. Kiváló-minőségű szénszerkezeti acél: a gazdaságosság és az alapvető teljesítmény egyensúlya
A kiváló-szénacél szerkezeti acél (például 20-as és 35-ös acél) a dugattyúrudak és -hengerek hagyományos alapanyaga. Alacsony költsége és könnyű feldolgozhatósága miatt széles körben használják közepes és alacsony nyomású-alkalmazásokban, ahol nem magasak a szilárdsági követelmények. A normalizálás vagy temperálás hőkezelés javíthatja ennek az acélnak az általános mechanikai tulajdonságait, míg a krómozás hatékonyan javítja a kopás- és korrózióállóságát. A szénacél korlátai azonban viszonylag alacsony szakítószilárdságában és fáradásállóságában rejlenek. Nagy nyomású vagy korrozív környezetben hajlamos deformációra vagy korrózióra, ezért gyakran utólagos felületkeményítési eljárásokra van szükség e hiányosságok kiküszöbölése érdekében.
II. Ötvözött szerkezeti acél: az előnyben részesített lehetőség a nagy szilárdság és a fáradtságállóság érdekében
Közepes---nagy nyomású és nagy-terhelési körülmények között az ötvözött szerkezeti acélok (például 45-ös acél, 27SiMn és 40Cr) előnyösek, mivel ötvözőelemeket, például krómot, mangánt és szilíciumot tartalmaznak. Például a 40Cr a kioltás és a temperálás hőkezelése után nagy szakítószilárdságot (nagyobb vagy egyenlő 800 MPa) és folyáshatárt érhet el, miközben jó ütésállóságot és méretstabilitást is mutat. Az ebből az anyagból készült hengerblokkok kivételesen jól teljesítenek nagy terhelésű{11}}alkalmazásokban, például építőipari gépeknél és kohászati berendezéseknél. Mindazonáltal precíziós megmunkálási és felületkeményítési technikákra (például nitridálásra és karburálásra) van szükség a felület keménységének és kopásállóságának további növelése érdekében a nagyfrekvenciás súrlódás okozta kopás mérséklése érdekében.
III. Rozsdamentes acél: Megoldás a korrózióállósághoz és a magas{1}}tisztaságú környezethez
Erősen korrozív környezetben vagy magas -tisztasági követelmények mellett, mint például a vegyi feldolgozás, az élelmiszer-feldolgozás és a hajózási technika, a rozsdamentes acél (például 304 és 316 liter) az előnyben részesített hengeranyag. Az ausztenites rozsdamentes acél nemcsak kiválóan ellenáll a sav-, lúg- és sóspray-korróziónak, hanem nem-mágneses tulajdonságai miatt precíziós műszerekben is használható. A molibdén hozzáadása a 316L-es rozsdamentes acélhoz tovább növeli a lyuk- és réskorrózióval szembeni ellenállást. Magas anyagköltsége és alacsony hővezető képessége azonban kompromisszumot tesz szükségessé a szilárdság és a korrózióállóság között magas-hőmérsékletű és{10}}nagy nyomású környezetben. Ezenkívül a rozsdamentes acél hengereket jellemzően tükörfényes{12}}vagy elektrolitikusan polírozzák, hogy megfeleljenek az egészségügyi vagy optikai -minőségű alkalmazási követelményeknek.
IV. Felületkezelési technológia: az anyagtulajdonságok másodlagos javítása
Az alapanyagon kívül a dugattyúrúd és a hengertest tényleges teljesítménye nagymértékben függ a felülettervezési technikáktól. A gyakori kezelési módszerek a következők:
•Keménykrómozás: A galvanizálás egyenletesen vastag krómréteget hoz létre (jellemzően 30-50 μm), jelentősen javítva a felületi keménységet (HV 800-1200) és a kopásállóságot, de számolni kell a hidrogénes ridegség kockázatával.
•Nitridálás: A nitrogénatomokat körülbelül 500 fokos szögben vezetik be az acél felületébe, és nagy -keménységű nitridréteget képeznek (akár HV 900-1100), amely kopásállóságot, beragadás- és kifáradásállóságot biztosít.
• Kerámia vagy volfrámkarbid permetezése: A termikus permetezés ultrakemény bevonatot hoz létre, amely extrém kopáshoz vagy magas hőmérsékletű{1}}hőmérséklethez is alkalmas, de a bevonat adhéziójának és egyenletességének szabályozása kihívást jelenthet.
Következtetés
A dugattyúrúd és a henger anyagának kiválasztása számos tényező átfogó figyelembevételét igényli, beleértve az üzemi nyomást, a folyadékkörnyezetet, a költségkeretet és a karbantartási ciklust. A jövőben az anyagtudomány fejlődésével a nagyszilárdságú, könnyű ötvözetek (például titánötvözet kompozitok), a nano-bevonattechnológia és az additív gyártási folyamatok alkalmazása tovább javítja a hengerek teljesítményét, megbízhatóbb megoldásokat kínálva a csúcskategóriás-berendezéseket gyártó ipar számára.
