تُعدّ مكبس الأسطوانات من معدات الطحن واسعة الانتشار، عالية الكفاءة وموفرة للطاقة، وهي مناسبة بشكل خاص للطحن الأولي للكلنكر الإسمنتي. كما أنها فعّالة في طحن الحجر الجيري، وخبث أفران الصهر، والحجر الرملي الجيري، والفحم الخام، والجبس، ورمل الكوارتز، وخام الحديد، وغيرها من المواد. تتمثل الميزة الرئيسية لمكبس الأسطوانات في بثق المواد تحت ضغط عالٍ يتراوح بين 50 و300 ميجا باسكال لتحقيق هدف التكسير. يتعرض سطح أسطوانة مكبس الأسطوانات لتآكل كاشط شديد الإجهاد في ظل ظروف تشغيل قاسية للغاية، والتآكل أمر لا مفر منه بعد فترة من الاستخدام. بالإضافة إلى ذلك، قد يحدث تقشر أو تقشر ناتج عن إجهاد دورات منخفضة في غلاف أسطوانة مكبس الأسطوانات بسبب وجود أجسام غريبة مثل كتل الحديد أو التشغيل غير السليم الذي يؤدي إلى فجوة صغيرة جدًا بين الأسطوانات.

مادة جسم الأسطوانة هي الفولاذ المطروق 34CrNiMoA أو 42CrMo، وهو فولاذ باهظ الثمن. في معظم الحالات، يكون الاستبدال غير ممكن، والإصلاح في الموقع هو الخيار الوحيد. لذلك، يجب تطبيق حماية فعالة على سطح أسطوانة البثق أثناء تصنيع مكبس الأسطوانات. حاليًا، يُعتبر طلاء سطح أسطوانة البثق بمواد مقاومة للتآكل الطريقة الأكثر فعالية وملاءمة.

يوجد تفاوت كبير في المتانة بين طبقة مقاومة التآكل عالية الصلابة على سطح الأسطوانة ومادة جسم الأسطوانة. إن تغطية سطح الأسطوانة مباشرةً بطبقة مقاومة التآكل عرضة لمشاكل التقشر واسعة النطاق. لذا، من الضروري تصميم مواد تغطية ذات مستويات متانة مختلفة بين طبقة مقاومة التآكل على سطح الأسطوانة ومادة جسم الأسطوانة لضمان موثوقية التغطية. إضافةً إلى ضمان مقاومة التآكل لطبقة نمط سطح الأسطوانة، يجب أيضًا ضمان مقاومة التقشر الناتج عن الإجهاد لطبقة الانتقال. لذلك، يجب أن تتمتع مادة تغطية طبقة الانتقال في مكبس الأسطوانات بمرونة ومتانة عاليتين.

مادة غلاف الدرفلة هي عادةً فولاذ سبيكي متوسط ​​الكربون، مثل فولاذ 42CrMo، الذي يُقسّى ويُخفّف بعد التشكيل. يتميز فولاذ 42CrMo بقوة عالية، وقابلية عالية للتصليد، ومتانة جيدة، وتشوه طفيف أثناء التبريد، ومقاومة عالية للزحف والتمزق عند درجات حرارة عالية. يُستخدم هذا الفولاذ في تصنيع المشغولات التي تتطلب قوة أعلى ومقاطع عرضية أكبر بعد التبريد والتخفيض مقارنةً بفولاذ 35CrMo. تبلغ نسبة الكربون المكافئة الشاملة لفولاذ 42CrMo 0.78%. ونظرًا لارتفاع نسبة الكربون المكافئة، فإنه يتميز بميل قوي للتصليد، مما يجعله مادة صعبة اللحام نسبيًا. تزيد عناصر مثل المنغنيز والموليبدينوم في تركيبه من قابليته لظهور البقع البيضاء، كما أنه عرضة للتشقق المتأخر. وعندما تكون نسبة الفوسفور والكبريت مرتفعة أيضًا، يزداد احتمال حدوث التشقق الساخن. ولمنع حدوث التشقق الساخن، يجب أن يحتوي سلك اللحام المُختار على نسبة منخفضة من الكربون والفوسفور والكبريت، ونسبة عالية من المنغنيز لتعزيز إزالة الكبريت. البنية المجهرية بعد التبريد والتلطيف هي سوربيت مُلطف يحافظ على التوجه المارتنسيتي.

أسلاك اللحام من سلسلة T من شركة شاندونغ شين يوان بوتونغ هي أسلاك لحام ذات قلب تدفق من حديد الزهر عالي الكروم من سلسلة Fe-Cr-C، وتتميز بخاصية الحماية الذاتية، والحد الأدنى من الخبث أو انعدامه تمامًا دون إضافة أي عوامل مُكوِّنة للخبث. وبصفتها شركة رائدة في مجال اللحام السطحي بالقوس المفتوح في الصين، تحظى هذه الأسلاك بحصة سوقية كبيرة واعتراف واسع النطاق في الصناعة. تتميز هذه الأسلاك بمقاومة عالية للتآكل، حيث تحافظ على صلابة جيدة ومقاومة للتآكل حتى في درجات حرارة عالية تتجاوز 350 درجة مئوية. تصل صلابة طبقة العمل المقاومة للتآكل بعد اللحام السطحي إلى 60 هيئة حقوق الإنسان أو أكثر، مع وجود عدد كبير من الشقوق الدقيقة.

إذا تم تطبيق أسلاك اللحام المقاومة للتآكل ذات القلب المحشو بالتدفق مباشرةً على المعدن الأساسي، فإن الاختلاف الكبير في درجة انصهار المعدن المترسب في الطبقة المقاومة للتآكل والمعدن الأساسي يؤدي إلى عدم تزامن عملية الانصهار. ينصهر المعدن ذو درجة الانصهار المنخفضة قبل الأوان، مما يتسبب في ترهل أو عدم اندماجه مع المعدن ذي درجة الانصهار العالية. إضافةً إلى ذلك، يتصلب المعدن ذو درجة الانصهار العالية وينكمش مبكرًا، مما يُسبب إجهادًا على المعدن ذي درجة الانصهار المنخفضة الذي لا يزال في حالة تصلب جزئي وضعيف، وقد يؤدي ذلك إلى حدوث تشققات.

بالإضافة إلى ذلك، تختلف معاملات التمدد الخطي للبنيتين المجهريتين اختلافًا كبيرًا. سيؤدي الانكماش غير المتناسق الناتج عن التبريد بينهما إلى إجهاد سطحي داخلي كبير، مما قد يتسبب في حدوث تشققات سطحية في الحالات الشديدة. كما سيتولد إجهاد حراري أثناء التشغيل في درجات حرارة عالية، ولا يمكن التخلص من هذا الإجهاد الحراري (مع أن المعالجة الحرارية بعد اللحام قد تزيل الإجهاد المتبقي من اللحام، إلا أن الإجهاد الحراري يتولد أثناء التشغيل).

وفقًا لشروط العمل المذكورة أعلاه، لم يعد هذا الشرط ينطبق على لحام أنواع الفولاذ المختلفة، مثل اللحام بين أنواع الفولاذ المختلفة F (الفريت)، وM (المارتنسيت)، وA (الأوستنيت). بل يجب أن يكون هذا الشرط خاصًا بلحام سبائك الفولاذ متوسطة الكربون مع حديد الزهر الأبيض عالي الكروم المقاوم للتآكل. يجب أن تتمتع مادة الطبقة الانتقالية المطورة خصيصًا بمتانة عالية وقدرة فائقة على منع التشققات، كما يجب أن يتمتع المعدن السطحي بمقاومة ممتازة للتشققات ومتانة عالية للصدمات. ينبغي أن يمنع هذا بشكل فعال امتداد تشققات اللحام وتشققات الإجهاد على سطح الأسطوانة وتطورها باتجاه جسم الأسطوانة، وبالتالي حماية جسم الأسطوانة من التلف.

تُستخدم طريقة العزل السطحي بين فولاذ السبائك متوسط ​​الكربون وطبقة السطح المقاومة للتآكل. يُختار معدن ذو معامل تمدد خطي يقع بين المعدنين كمعدن حشو لطبقة الانتقال لتقليل الإجهاد الحراري الناتج عن اختلاف معاملات التمدد الخطي. كما يجب مراعاة التكلفة لحل المشكلات المذكورة. على عكس الصناعات الكيميائية وصناعة أوعية ضغط الغلايات، تتميز طبقة العزل بسماكة كبيرة. في حال استخدام مواد لحام تقليدية من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (18-8) لطبقة العزل، ستكون التكلفة باهظة للغاية. إضافةً إلى ذلك، يجب مراعاة صلابة ومتانة منطقة الانصهار مع طبقة السطح المقاومة للتآكل. يحدث هجرة للكربون في هذه الطبقة، مما يؤدي إلى تكوين مناطق انتقالية مكربنة وغير مكربنة. سيؤدي التغير المفاجئ في الصلابة في هذه المناطق إلى آثار سلبية، مما يُسهل حدوث فشل الإجهاد فيها.

مع ذلك، ونظرًا لندرة موارد النيكل والارتفاع الحاد الأخير في سعره، بات من الضروري استبداله بعناصر أخرى لخفض التكاليف. ويُشابه تأثير المنجنيز على الأوستنيت تأثير النيكل، لذا يُمكن استخدامه بدلًا من النيكل لإنتاج مواد لحام منخفضة التكلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي.

يُعدّ الكربون عنصرًا قويًا في تكوين الأوستنيت، إذ تفوق قدرته على تكوينه قدرة النيكل بثلاثين ضعفًا. مع ذلك، لا يُمكن إضافته إلى الفولاذ المقاوم للصدأ لأنه يُسبب تآكلًا تحسسيًا وما يتبعه من مشاكل تآكل بين الحبيبات بعد اللحام. في هذه الظروف، تتجاوز نسبة الكربون في سلك اللحام ذي القلب المتدفق المقاوم للتآكل بعد عملية التغطية السطحية 4%. تؤدي النسبة العالية جدًا من الكربون إلى زيادة صلابة اللحام وهشاشته، مما يُؤثر سلبًا على متانته.

للتغلب على التآكل بين الحبيبات في الفولاذ المقاوم للصدأ المصنوع من الكروم والنيكل، مثل الفولاذ 18-8، يُخفَّض محتوى الكربون في الفولاذ عادةً إلى أقل من 0.03%، أو تُضاف عناصر ذات ميل أكبر للكربون من الكروم (مثل التيتانيوم أو النيوبيوم) لمنع تكوّن كربيدات الكروم. في ظروف التشغيل هذه، حيث تُعدّ الصلابة العالية ومقاومة التآكل من المتطلبات الأساسية، يُزاد محتوى الكربون في الفولاذ لتلبية متطلبات الصلابة ومقاومة التآكل.

يُعد كل من المنغنيز والنيكل من العناصر المُكوِّنة للأوستنيت، أي أنهما قادران على تكوين محلول صلب قابل للامتزاج التام (الأوستنيت) مع الحديد. مع ذلك، لا يكمن دور المنغنيز في تكوين الأوستنيت، بل في تقليل معدل التبريد الحرج للفولاذ، وزيادة استقرار الأوستنيت أثناء التبريد، وتثبيط تحلله، والسماح للأوستنيت المتكون عند درجات حرارة عالية بالبقاء في درجة حرارة الغرفة. للمنغنيز تأثير ضئيل على تحسين مقاومة الفولاذ للتآكل. لذا، في ظروف التشغيل هذه حيث لا تُعدّ مقاومة التآكل ضرورية، يُمكن استخدام المنغنيز بدلًا من النيكل للحصول على بنية أوستنيت أحادية الطور. في الوقت نفسه، يتمتع المنغنيز بتأثير تقوية أكبر للمحلول الصلب مقارنةً بالنيكل، مما يُحسّن أداء الفولاذ. إضافةً إلى ذلك، يُمكن لكبريتيد المنغنيز المتكون أن يحل محل كبريتيد الحديد، مما يمنع التشققات الساخنة، وبالتالي يُفيد في اللحام. كما يُمكن للمنغنيز أن يُعادل الآثار الضارة لبعض العناصر الضارة، وهو عنصر يُقلل من قابلية الفولاذ للتشقق أثناء التصلب.

يُعدّ النيتروجين عنصرًا قويًا في تكوين الأوستنيت، إذ تبلغ قدرته على تكوينه 30 ضعف قدرة النيكل. مع ذلك، كونه غازًا، لا يُمكن إضافة سوى كمية محدودة منه لتجنب مشاكل المسامية. يتضح من معادلة النيكل المكافئة أن إضافة المنجنيز ليست فعّالة جدًا في تكوين الأوستنيت. لكن إضافة المنجنيز تُذيب المزيد من النيتروجين في الفولاذ المقاوم للصدأ، والنيتروجين عنصر قوي جدًا في تكوين الأوستنيت. تبلغ قدرة النيتروجين بنسبة 0.25% على تكوين الأوستنيت ما يُعادل قدرة 7.5% من النيكل. مع ذلك، يجب ألا تكون نسبة المنجنيز عالية جدًا، وإلا سيُؤدي ذلك إلى تكوّن حبيبات خشنة أثناء التصلب والتشغيل في درجات حرارة عالية، مما يزيد من هشاشة المادة. لذلك، لا يُمكن إضافة كميات زائدة من المنجنيز والنيتروجين.

في حالة انعدام النيكل أو انخفاض محتواه، يُمكن تقليل إضافة الكروم لتكوين بنية أوستنيتية بنسبة 100%، وذلك بالرجوع إلى مخطط شيفلر. ورغم أن هذا يؤدي إلى انخفاض مقاومة التآكل، إلا أنه ممكن في ظروف التشغيل التي تقتصر على الصدمات والتآكل السطحي دون تآكل أو بتآكل طفيف. ومع انخفاض محتوى الكروم وارتفاع محتوى الكربون، يُمكن إضافة كمية معينة من العناصر القوية المُكوِّنة للكربيدات، مثل النيوبيوم والتيتانيوم، لمنع تكوّن كربيدات الكروم.

في الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 200، يُستخدم المنجنيز والنيتروجين بكميات كافية لاستبدال النيكل وتكوين بنية أوستنيتية بنسبة 100%. كلما انخفض محتوى النيكل، زادت الكميات المطلوبة من المنجنيز والنيتروجين. على سبيل المثال، يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 201 على 4.5% نيكل و0.25% نيتروجين فقط. وفقًا لمعادلة مكافئ النيكل، فإن هذا المحتوى من النيتروجين لديه قدرة على تكوين الأوستنيت تعادل 7.5% نيكل، وبالتالي يمكن أيضًا تكوين بنية أوستنيتية بنسبة 100%. هذا هو مبدأ تكوين الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 200.

استنادًا إلى الأفكار المذكورة أعلاه، نجحت شركتنا في تطوير سلك لحام T96 ذي قلب تدفقي معزول خاص، وذلك من خلال تجارب تركيبية. تبلغ صلابته بعد المعالجة السطحية 180-220 HB. وهو عبارة عن سبيكة معدنية ملحومة تتميز بمقاومة عالية للتآكل والصدمات والإجهاد الناتج عن الضغط العالي.

مع تلبية متطلبات الأداء لطبقة الانتقال في أكمام الأسطوانات، تنخفض التكلفة بنسبة 45% مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي 18-8 المصنوع من الكروم والنيكل. وهذا لا يوفر موارد النيكل الثمينة فحسب، بل يقلل التكاليف أيضًا. سلك اللحام T96 ذو القلب المتدفق مناسب ليس فقط لتصنيع وإصلاح أكمام أسطوانات مكابس الأسطوانات، بل أيضًا لتصنيع وإصلاح أكمام أسطوانات مطاحن الصلب المصبوب العمودية. كما يمكن استخدامه لتغطية أسطح قطع العمل المعرضة لأحمال صدمية أو دورانية عالية. وهو مناسب للحام طبقة الانتقال في عمليات التصليد السطحي ولحام إصلاح الأجزاء المقاومة للتآكل المصنوعة من فولاذ المنغنيز.