1. مادة إطار الأسطوانة المركبة الثانوية من حديد الزهر عالي الكروم
تُصنع أكمام بكرات مركبة من الحديد الزهر عالي الكروم والسيراميك من الحديد الزهر عالي الكروم كمادة أساسية، وذلك من خلال عملية خاصة، حيث يتم تشكيل الحديد الزهر عالي الكروم وجزيئات السيراميك على شكل قرص العسل، وجزيئات سيراميك ZTA، ثم من خلال عملية صب الرمل، يتم تشكيل مركب ثانوي من الحديد الزهر عالي الكروم والسيراميك والحديد المطاوع. يوضح الجدول 1 أدناه التركيب الكيميائي لمادة الحديد الزهر عالي الكروم.
الجدول 1: التركيب الكيميائي لبكرة حديد الزهر عالية الكروم المركبة (نسبة مئوية وزنية)
| مادة | C | Si | Mn | S | P | Cr |
| إطار دوار مصنوع من مركب السيراميك والحديد الزهر عالي الكروم | 2.8-3.2 | 0.5-1.0 | 0.5-1.2 | ≤0.05 | ≤0.05 | 20-26 |
| حديد مطاوع | 3.2-3.9 | 2.5-2.7 | 0.3~0.5 | ≤0.04 | ≤0.04 |
2. الخصائص الميكانيكية
إطار الأسطوانة المركب من السيراميك والحديد الزهر عالي الكروم هو عبارة عن قالب مركب ثانوي يتكون من الحديد الزهر عالي الكروم، وجزيئات سيراميك ZTA، وحديد مطاوع. هذا ما يمنح غلاف الأسطوانة المركب من السيراميك قوة وصلابة عاليتين، بالإضافة إلى متانة عالية، مما يضمن مقاومة التآكل وسلامة غلاف الأسطوانة. تتجاوز صلابة جزيئات سيراميك ZTA 2100 HV، بينما تتجاوز صلابة كربيد M7C3 في الحديد الزهر عالي الكروم 1400 HV، وتتجاوز صلابة مصفوفة الحديد الزهر عالي الكروم 750 HV. لذلك، في ظل ظروف التآكل الناتج عن الاحتكاك الشديد بين جسمين، وبسبب اختلاف المواد، فإن عمر خدمة غلاف الأسطوانة المركب من السيراميك يتراوح بين 1.5 و3 أضعاف عمر خدمة غلاف الأسطوانة المصنوع من الحديد الزهر عالي الكروم العادي. يوضح الجدول 2 أدناه خصائص الحديد الزهر عالي الكروم والحديد المطاوع.
الجدول 2: الخصائص الميكانيكية
| مادة | قوة الشد / ميجا باسكال | مقاومة الصدمات جول/سم2 | الصلابة/HRC | معدل الاستطالة (%) |
| كروم عالي | ≥800 | ≥4 | ≥60 | --- |
| حديد مطاوع | 500~650 | ---- | 147~241 (HB) | 4~10 |
3. تصميم هيكل إطار أسطواني مركب من السيراميك والحديد الزهر عالي الكروم
يوضح الشكلان 1 و2 أدناه التصميم الهيكلي لغلاف الأسطوانة المركب من الحديد الزهر عالي الكروم والسيراميك. تمثل المنطقة الحمراء ذات الشكل الشبيه بخلية النحل منطقة توزيع جزيئات السيراميك المقاومة للتآكل ZTA. تتوزع جزيئات السيراميك في مصفوفة سبيكة الكروم العالية على شكل خلية نحل، وتغطي طبقة السيراميك منطقة التآكل التشغيلي لغلاف الأسطوانة بالكامل. المنطقة الخضراء خارج طبقة السيراميك هي حديد زهر عالي الكروم، والمنطقة الزرقاء هي حديد مطاوع.
