Výběr materiálu pro pístní tyče a válce, jakožto hlavní součásti v hydraulických a pneumatických systémech, přímo ovlivňuje životnost, spolehlivost a provozní účinnost zařízení. V náročných provozních podmínkách vysokotlakého a vysokofrekvenčního vratného pohybu musí mít materiál válce vynikající mechanické vlastnosti, odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi a dobrou zpracovatelnost. Mezi hlavní materiály používané pro pístní tyče a válce v průmyslovém sektoru v současnosti patří vysoce-kvalitní uhlíková konstrukční ocel, legovaná konstrukční ocel, nerezová ocel a speciální povrchově-upravené materiály, z nichž každý nabízí výhody v závislosti na konkrétní aplikaci.
1. Vysoce-kvalitní uhlíková konstrukční ocel: vyvážení hospodárnosti a základního výkonu
Vysoce{0}}kvalitní uhlíková konstrukční ocel (jako je ocel 20 a ocel 35) je tradičním základním materiálem pro pístní tyče a válce. Vzhledem ke své nízké ceně a snadnému zpracování je široce používán ve středně a nízkotlakých-aplikacích, kde nejsou vysoké požadavky na pevnost. Normalizační nebo temperační tepelné zpracování může zlepšit celkové mechanické vlastnosti této oceli, zatímco chromování účinně zvyšuje její odolnost proti opotřebení a korozi. Avšak základní omezení uhlíkové oceli spočívají v její relativně nízké pevnosti v tahu a odolnosti proti únavě. Je náchylný k deformaci nebo korozi ve vysokotlakém-nebo korozivním prostředí, a proto často vyžaduje následné procesy povrchového kalení, aby se tyto nedostatky vyřešily.
II. Legovaná konstrukční ocel: Preferovaná možnost pro vysokou pevnost a odolnost proti únavě
Pro podmínky středního-až{1}}vysokého-tlaku a vysokého-zatížení jsou preferovanou volbou legované konstrukční oceli (jako je ocel 45, 27SiMn a 40Cr), protože obsahují legující prvky, jako je chrom, mangan a křemík. Například 40Cr, po kalení a tepelném zpracování popouštěním, může dosáhnout vysoké pevnosti v tahu (Větší nebo rovné 800 MPa) a meze kluzu, přičemž také vykazuje dobrou rázovou houževnatost a rozměrovou stabilitu. Bloky válců vyrobené z tohoto materiálu fungují výjimečně dobře v aplikacích s velkým{11}}zátěžem, jako jsou stavební stroje a hutní zařízení. K dalšímu zvýšení tvrdosti povrchu a odolnosti proti opotřebení za účelem zmírnění opotřebení způsobeného vysokofrekvenčním třením je však zapotřebí přesné obrábění a techniky povrchového kalení (jako je nitridace a nauhličování).
III. Nerezová ocel: Řešení pro odolnost proti korozi a vysokou{1}}čistotu prostředí
Ve vysoce korozivních prostředích nebo při vysokých{0}}požadavcích na čistotu, jako je chemické zpracování, zpracování potravin a lodní inženýrství, je preferovaným materiálem láhve nerezová ocel (např. 304 a 316L). Austenitická nerezová ocel nabízí nejen vynikající odolnost vůči kyselinám, zásadám a korozi v solné mlze, ale její ne-magnetické vlastnosti ji také činí vhodnou pro přesné nástroje. Přidání molybdenu do nerezové oceli 316L dále zvyšuje její odolnost proti důlkové a štěrbinové korozi. Vysoká cena materiálu a nízká tepelná vodivost však vyžadují kompromis- mezi pevností a odolností proti korozi v prostředí s vysokou-teplotou a{10}}tlakem. Kromě toho jsou láhve z nerezové oceli obvykle zrcadlově -leštěné nebo elektrolyticky leštěné, aby splňovaly požadavky sanitární nebo optické{13}}kvality.
IV. Technologie povrchové úpravy: Sekundární vylepšení vlastností materiálu
Kromě základního materiálu je skutečný výkon pístnice a těla válce vysoce závislý na technikách povrchového inženýrství. Mezi běžné léčebné metody patří:
•Tvrdé chromování: Galvanizace vytváří rovnoměrně silnou vrstvu chrómu (typicky 30-50 μm), výrazně zlepšuje tvrdost povrchu (HV 800-1200) a odolnost proti opotřebení, ale je třeba vzít v úvahu riziko vodíkového křehnutí.
•Nitridace: Atomy dusíku jsou zaváděny do povrchu oceli pod úhlem přibližně 500 stupňů a vytvářejí nitridovou vrstvu s vysokou-tvrdostí (až HV 900-1100), která nabízí odolnost proti opotřebení, zadírání a únavě.
•Nástřik keramiky nebo karbidu wolframu: Tepelné stříkání vytváří ultra{0}}tvrdý povlak vhodný pro extrémní opotřebení nebo provozní podmínky při vysokých-teplotách, ale kontrola přilnavosti a rovnoměrnosti povlaku může být náročná.
Závěr
Výběr materiálu pístnice a válce vyžaduje komplexní zvážení mnoha faktorů, včetně provozního tlaku, prostředí kapaliny, nákladového rozpočtu a cyklu údržby. V budoucnu, s pokrokem ve vědě o materiálech, aplikace vysoce-pevnostních, lehkých slitin (jako jsou kompozity ze slitiny titanu), technologie nano{2}}povlakování a aditivní výrobní procesy dále zlepší výkon válců a poskytne spolehlivější řešení pro špičkový-odvětví výroby zařízení.
