Hüdrauliliste ja pneumaatiliste süsteemide põhikomponentidena mõjutab kolvivarraste ja silindrite materjalivalik otseselt seadmete vastupidavust, töökindlust ja töötõhusust. Kõrge -surve ja kõrge sagedusega edasi-tagasi liikumise tingimustes peavad silindri materjalil olema suurepärased mehaanilised omadused, kulumiskindlus, korrosioonikindlus ja hea töödeldavus. Praegu on tööstussektoris kolvivarraste ja -silindrite jaoks peamiselt kasutatavad materjalid kõrgekvaliteetne-süsinikkonstruktsiooniteras, legeeritud konstruktsiooniteras, roostevaba teras ja spetsiaalsed pinnaga{5}}töödeldud materjalid, millest igaüks pakub eeliseid sõltuvalt konkreetsest rakendusest.
1. Kvaliteetne-süsinikkonstruktsiooniteras: ökonoomsuse ja põhijõudluse tasakaalustamine
Kvaliteetne-süsinikkonstruktsiooniteras (nt 20 teras ja 35 teras) on traditsiooniline kolvivarraste ja silindrite alusmaterjal. Madalate kulude ja töötlemise lihtsuse tõttu kasutatakse seda laialdaselt keskmise ja -madala rõhuga rakendustes, kus tugevusnõuded ei ole kõrged. Termotöötluse normaliseerimine või karastamine võib parandada selle terase üldisi mehaanilisi omadusi, samas kui kroomimine suurendab tõhusalt selle kulumis- ja korrosioonikindlust. Süsinikterase omased piirangud seisnevad aga selle suhteliselt madalas tõmbetugevuses ja väsimuskindluses. Kõrgsurve või korrodeerivas keskkonnas on see kalduvus deformatsioonile või korrosioonile ning seetõttu nõuab nende puuduste kõrvaldamiseks sageli järgnevaid pinna kõvenemisprotsesse.
II. Legeeritud konstruktsiooniteras: eelistatud valik suure tugevuse ja väsimuskindluse jaoks
Keskmise -kuni -kõrge-rõhu ja suure-koormuse korral on legeerkonstruktsiooniterased (nt 45 teras, 27SiMn ja 40Cr) eelistatud valik, kuna need sisaldavad legeerelemente, nagu kroom, mangaan ja räni. Näiteks võib 40Cr pärast karastamise ja karastamise kuumtöötlemist saavutada kõrge tõmbetugevuse (suurem kui 800 MPa või sellega võrdne) ja voolavuspiiri, millel on ka hea löögikindlus ja mõõtmete stabiilsus. Sellest materjalist valmistatud silindriplokid toimivad erakordselt hästi{11}}suure koormusega rakendustes, nagu ehitusmasinad ja metallurgiaseadmed. Pinna kõvaduse ja kulumiskindluse edasiseks suurendamiseks, et leevendada kõrgsagedushõõrdumisest tingitud kulumist, on aga vaja täppistöötlemise ja pinnakõvendamise tehnikaid (nagu nitridimine ja karburiseerimine).
III. Roostevaba teras: lahendus korrosioonikindluse ja kõrge{1}}puhtusega keskkonna jaoks
Väga söövitavates keskkondades või kõrgete{0}}puhtusnõuetega, nagu keemiline töötlemine, toiduainete töötlemine ja mereehitus, on eelistatud balloonide materjal roostevaba teras (nt 304 ja 316L). Austeniitsest roostevabast terasest ei ole mitte ainult suurepärane vastupidavus happe-, leelise- ja soolapihustuskorrosioonile, vaid selle mitte-magnetilised omadused muudavad selle sobivaks ka täppisinstrumentide jaoks. Molübdeeni lisamine 316L roostevabale terasele suurendab veelgi selle vastupidavust punkt- ja pragukorrosioonile. Kuid selle kõrge materjalikulu ja madal soojusjuhtivus nõuavad kompromissi tugevuse ja korrosioonikindluse vahel kõrgel temperatuuril ja kõrgel rõhul{10}. Lisaks on roostevabast terasest silindrid tavaliselt peegelpoleeritud või elektrolüütiliselt poleeritud, et need vastaksid sanitaar- või optilistele nõuetele.
IV. Pinnatöötlustehnoloogia: materjali omaduste sekundaarne parandamine
Lisaks alusmaterjalile sõltub kolvivarda ja silindri korpuse tegelik jõudlus suurel määral pinnaehitustehnikatest. Levinud ravimeetodid hõlmavad järgmist:
•Kõvakroomimine: galvaniseerimine loob ühtlaselt paksu kroomikihi (tavaliselt 30-50 μm), parandades oluliselt pinna kõvadust (HV 800-1200) ja kulumiskindlust, kuid arvestada tuleks vesinikhapruse ohuga.
•Nitrideerimine: lämmastikuaatomid sisestatakse terase pinnale ligikaudu 500 kraadi juures, moodustades kõrge-kõvadusega nitriidikihi (kuni HV 900-1100), mis pakub kulumiskindlust, kinnikiilumisvastast ja väsimuskindlust.
•Keraamilise või volframkarbiidi pihustamine: termiline pihustamine loob ülikõva katte, mis sobib äärmuslikuks kulumiseks või kõrgel temperatuuril{1}}, kuid katte nakkuvuse ja ühtluse kontrollimine võib olla keeruline.
Järeldus
Kolvivarda ja silindri materjali valimine nõuab mitme teguri, sealhulgas töörõhu, vedelikukeskkonna, kulueelarve ja hooldustsükli põhjalikku arvessevõtmist. Tulevikus koos materjaliteaduse edusammudega suurendab ülitugevate ja kergete sulamite (nagu titaanisulamitest komposiidid), nano-kattetehnoloogia ja lisandite tootmisprotsesside rakendamine silindrite jõudlust veelgi, pakkudes usaldusväärsemaid lahendusi tipptasemel-seadmete tootmistööstusele.
