衬板材料选择

衬板材料选择

通过对矿山磨机衬板工作状况及受力条件分析，确定衬板材料适合的性能：硬度HRC≥45，冲击韧度ak≥25J/cm2。普通高锰钢在球磨机衬板中的应用不能很好地发挥加工硬化作用，失效形式多样，寿命较低。

1、磨机衬板工作条件分析

1.1 受力分析

磨机衬板的主要作用是保护磨机并利用衬板的凸峰带起磨球，对物料进行研磨和粉碎。所以衬板的主要失效形式是小能量多次冲击下的磨料磨损。研磨体群和物料在运动中，大直径的磨球主要分布在外圈，瀑落时大部分砸在物料床底部，只有小部分砸在衬板上，由于物料的缓冲作用和物料与研磨体在工作中相互撞击打乱了研磨体的运行轨迹，使得落击点偏离，下降高度降低，因而大大减缓了研磨体对衬板的一次冲击，增加了冲击次数，提高了冲击频率。研磨体对衬板冲击造成衬板断裂的主要作用力是衬板表面与研磨体接触点切向的垂直分力，这个力的大小受衬板形状、研磨体运动状态、速度和方向等诸多因素影响使之很大程度上削弱了直接作用的强度，使衬板受冲击程度得到改善。

1.2 衬板主要失效形式分析

直到目前国内磨机衬板的材料仍然有近一半采用普通的高锰钢，高锰钢衬板的主要失效形式有以下几种：

1）断裂失效：磨机衬板因受到研磨体和物料的较大冲击，特别是目前水泥磨机向着高效节能的大型化发展的形势下，衬板的受冲击功作用增大。断裂的危险性增加，尽管高锰钢韧性很好，但目前供货质量不能很好保证，例如出现含碳量过高，锰碳比不当，水韧处理存在问题时会发生断裂失效。

2）突起变形：高锰钢衬板在工作中受到研磨体和物料的不断冲击产生相变使体积增大，同时还由于冲击带来塑性材料的延展，造成衬板厚度尺寸降低，周向尺寸加大的塑性变形，而衬板的周向尺寸受球磨机外形尺寸的限制，没有多少伸缩空间导致衬板突起，引起紧固螺栓的拉断，造成部分衬板脱落等严重后果。这种现象在较大型磨机上时有发生，在小型磨机上也有发生。

3）磨损失效：磨料磨损是磨机失效的主要形式之一，即使在大磨机一仓工作的衬板承受的应力较大，表面容易产生加工硬化，但这种硬化层很薄，在磨料的反复作用下，被挤压变形隆起的金属及受大块磨料棱角冲击的硬化层很容易开裂而剥落。经研究发现更多条件下的衬板表面实现加工硬化的程度有限，就更加速了研磨体物料与衬板的干摩擦磨损，并伴随有凿削和犁铧现象发生。

2、不同材料衬板的分析

通过对衬板的工作条件及失效形式分析，衬板材料选取应考虑以下几个主要问题：

1）相对耐磨性或使用寿命要高；

2）有适当的韧性，保证衬板在服役过程中的安全可靠性是尤为重要的；

3）除要考虑衬板本身的生产费用外，还要考虑安装费，更换衬板的停机费、劳务费、辅助材料的消耗及生产率等多方面的内容。

2.1 材料的选择

2.1.1 高铬铸铁

1）化学成分见表1.

2）硬度与金相组织硬度：HRC ≥46（铸态）；HRC ≥58（淬火态）。韧性：ak≥25 J/cm2。

金相组织：共晶碳化物M7C3+ 二次碳化物+马氏体+残余奥氏体。

3）热处理如图1 所示

热处理时需注意的问题：

（1）热应力问题，因为高铬铸铁合金元素含量高，而合金含量越高材料导热性越差，在炉子里加热若不控制加热速度，当衬板表层已达700 ℃~800 ℃而芯部只有300 ℃~400 ℃时，这样因内外温差造成膨胀不同步而产生热应力，极易造成衬板开裂。所以应尽量低温入炉（＜300 ℃）.升温速度应控制在≤80 ℃/h，在650 ℃时再保温0.5 h 以减小其内外温差；

（2）淬火时由于在强风冷却下，表面温度迅速降低，短期内表层与芯部会有较大温差，所造成的内应力会残留在衬板内，应及时回火消除应力，否则极易自然开裂。

2.1.2 中碳多元低合金钢（ZG45Si2Mn BTi Re）

化学成分见表2，热处理曲线如图 2.

硬度与韧性硬度：HRC≥50；韧性ak≥25J/cm2.热处理工艺需要注意的问题：1）硼（B）是此钢中的重要的成分，0.001%的B几乎不增加生产成本，但其对材料淬透性贡献相当于0.35%Mo，但B 一但超过0.007%则会产生灾难性的“硼脆”；

2）因硼（B）、钛（Ti）烧损大，收得率不稳定，应选用优质废钢，并对钢水进行充分脱氧。使用铝作为脱氧剂时，注意不要使铝含量超过上限。脱氧效果不足时，可使用部分复合脱氧剂，如硅钙系列等。

2.1.3 中铬合金钢（ZG42Si Mn Cr5Mo Cu BTi RE）

1）化学成份见表3.

2）机械性能和金相

硬度：HRC：48～52；韧性：ak≥25 J/cm2；金相组织：马氏体+残余奥氏体+碳化物。

3）热处理工艺如图3 所示。