Kao osnovne komponente u hidrauličkim i pneumatskim sistemima, izbor materijala za klipnjače i cilindre direktno utiče na izdržljivost, pouzdanost i operativnu efikasnost opreme. Pod zahtjevnim radnim uvjetima visokog-pritiska, visoko-povratnog kretanja, materijal cilindra mora posjedovati odlična mehanička svojstva, otpornost na habanje, otpornost na koroziju i dobru obradivost. Trenutno, glavni materijali koji se koriste za klipnjače i cilindre u industrijskom sektoru su visokokvalitetni ugljični konstrukcijski čelik, legirani konstrukcioni čelik, nehrđajući čelik i specijalni površinski{5}}obrađeni materijali, od kojih svaki nudi prednosti ovisno o specifičnoj primjeni.
1. Visok-kvalitetni ugljični konstrukcijski čelik: uravnoteženje ekonomije i osnovnih performansi
Visok-ugljični konstrukcijski čelik (kao što je čelik 20 i čelik 35) je tradicionalni osnovni materijal za klipnjače i cilindre. Zbog niske cijene i lakoće obrade, široko se koristi u aplikacijama srednjeg i niskog-pritiska gdje zahtjevi za čvrstoćom nisu visoki. Termička obrada normalizacijom ili kaljenjem može poboljšati ukupna mehanička svojstva ovog čelika, dok hromiranje efikasno povećava njegovu otpornost na habanje i koroziju. Međutim, inherentna ograničenja ugljičnog čelika leže u njegovoj relativno niskoj vlačnoj čvrstoći i otpornosti na zamor. Sklon je deformacijama ili koroziji u okolini visokog{8}}pritiska ili korozivnim okruženjima, i stoga su često potrebni naknadni procesi površinskog očvršćavanja kako bi se ovi nedostaci riješili.
II. Legirani konstrukcijski čelik: poželjna opcija za visoku čvrstoću i otpornost na zamor
Za uslove srednje-do-visokog-pritiska i visokog-opterećenja, legirani konstrukcioni čelici (kao što su čelik 45, 27SiMn i 40Cr) su poželjniji izbor zbog uključivanja legirajućih elemenata kao što su hrom, mangan i silicijum. Na primjer, 40Cr, nakon kaljenja i termičke obrade, može postići visoku vlačnu čvrstoću (veću ili jednaku 800 MPa) i granicu tečenja, dok također pokazuje dobru udarnu žilavost i stabilnost dimenzija. Blokovi cilindara napravljeni od ovog materijala imaju izuzetne rezultate u aplikacijama sa teškim-opterećenjima kao što su građevinske mašine i metalurška oprema. Međutim, potrebne su precizne tehnike strojne obrade i površinskog očvršćavanja (kao što su nitriranje i karburiziranje) kako bi se dodatno poboljšala površinska tvrdoća i otpornost na habanje kako bi se ublažilo trošenje uzrokovano trenjem visoke{13}}frekvencije.
III. Nerđajući čelik: Rješenje za otpornost na koroziju i visoku{1}}čistoću okruženja
U visoko korozivnim okruženjima ili visokim{0}} zahtjevima za čistoćom, kao što su hemijska obrada, prerada hrane i brodsko inženjerstvo, nehrđajući čelik (kao što su 304 i 316L) je poželjan materijal za cilindre. Austenitni nerđajući čelik ne samo da nudi odličnu otpornost na kiselinu, alkalije i koroziju sprejom soli, već ga njegova nemagnetna svojstva čine i pogodnim za precizne instrumente. Dodatak molibdena nehrđajućem čeliku 316L dodatno povećava njegovu otpornost na koroziju u obliku rupica i pukotina. Međutim, njegova visoka cijena materijala i niska toplotna provodljivost zahtijevaju kompromis-između čvrstoće i otpornosti na koroziju u okruženjima visokih{9}temperatura i visokog{10}}pritiska. Nadalje, cilindri od nehrđajućeg čelika su obično zrcalno-polirani ili elektrolitički polirani kako bi se ispunili zahtjevi za sanitarnu ili optičku{13}}primenu.
IV. Tehnologija obrade površine: sekundarno poboljšanje svojstava materijala
Osim osnovnog materijala, stvarne performanse klipnjače i tijela cilindra uvelike zavise od tehnika površinskog inženjeringa. Uobičajene metode liječenja uključuju:
• Tvrdo hromiranje: galvanizacija stvara ujednačeno debeo sloj hroma (obično 30-50 μm), značajno poboljšavajući površinsku tvrdoću (HV 800-1200) i otpornost na habanje, ali treba uzeti u obzir rizik od vodonične krtosti.
•Azotiranje: atomi azota se uvode u površinu čelika na približno 500 stepeni, formirajući sloj nitrida visoke{1}}tvrdoće (do HV 900-1100), koji nudi otpornost na habanje, protiv zaglavljivanja i otpornost na zamor.
• Prskanje keramike ili volfram karbida: termičko prskanje stvara ultra-prevlaku pogodnu za ekstremno habanje ili visoke{1}}radne uslove, ali kontrola adhezije i uniformnosti premaza može biti izazov.
Zaključak
Odabir klipnjače i materijala za cilindar zahtijeva sveobuhvatno razmatranje više faktora, uključujući radni pritisak, okruženje fluida, budžet i ciklus održavanja. U budućnosti, s napretkom u nauci o materijalima, primjena lakih legura velike-kosti (kao što su kompoziti legura titanijuma), nano-tehnologija premaza i procesi proizvodnje aditiva dodatno će poboljšati performanse cilindara, pružajući pouzdanija rješenja za industriju vrhunske-proizvodnje opreme.
