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    滾筒式球磨機(jī)的襯板與磨球組成一對(duì)磨損副，其工況條件是帶有沖擊的三體磨粒磨損系統(tǒng)，該磨損系統(tǒng)是沖擊、滑動(dòng)與研磨過(guò)程的聯(lián)合作用。加載方式是影響耐磨材料相互作用方式和磨損機(jī)理的最重要的因素，對(duì)不同直徑的球磨機(jī)，雖然襯板和磨球的材料不變，由于磨球與襯板落差發(fā)生很大變化，造成磨球?qū)σr板的沖擊載荷顯著不同，從而導(dǎo)致襯板和磨球的使用壽命差異很大；文獻(xiàn)報(bào)道，不同球磨機(jī)襯板如用高錳鋼，磨球選用耐磨性較好的高鉻鑄鐵，也會(huì)造成高錳鋼襯板磨損量增大。因此建立不同沖擊載荷和配副條件下的耐磨材料的三體磨粒磨損特性，可為不同工況條件下的球磨機(jī)襯板選材提供依據(jù)。目前，球磨機(jī)的襯板選材仍大多沿用高錳鋼，高錳鋼襯板在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題是：當(dāng)沖擊載荷不大時(shí)，不能充分加工硬化，耐磨性差。為此，作者對(duì)鋼的成分進(jìn)行了多元優(yōu)化設(shè)計(jì)，并采用了一種新型復(fù)合變質(zhì)劑、爐前合金化工藝、凝固和冷卻速度控制等措施，得到了一種相組成合理、晶粒細(xì)化、組織均勻、性能良好的復(fù)相耐磨鋼。該復(fù)相耐磨鋼無(wú)須熱處理，可在鑄態(tài)下直接應(yīng)用，具有節(jié)能、高效、成本低等特點(diǎn)。本文通過(guò)改變沖擊功大小，研究鑄態(tài)直接應(yīng)用的復(fù)合變質(zhì)復(fù)相耐磨鋼（要求變質(zhì)后的化學(xué)成分如表1所示）和高錳鋼的動(dòng)載磨損特性，這對(duì)滾筒式球磨機(jī)的襯板選材具有指導(dǎo)意義，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
1、試驗(yàn)條件和方法
    試驗(yàn)用鋼在150 kg中頻感應(yīng)爐中冶煉，砂型澆鑄并在高溫時(shí)進(jìn)行強(qiáng)風(fēng)冷卻，澆注溫度為1550℃。
    磨損實(shí)驗(yàn)是在MLD-10型動(dòng)載沖擊磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。由于目前球磨機(jī)的磨球材料大多為低鉻鑄鐵球，對(duì)磨下試樣選為低鉻鑄鐵（尺寸為寬度20 mm，外徑50mm，內(nèi)徑30mm;硬度52HRC）。上試樣為實(shí)驗(yàn)試樣(10mm×10mm×30mm)，試驗(yàn)過(guò)程中，下試樣旋轉(zhuǎn)，上試樣以一定頻率沖擊下試樣，磨料通過(guò)料斗均勻流入兩試樣之間受到?jīng)_擊并碾碎。因此，上試樣在與帶有磨料的旋轉(zhuǎn)下試樣接觸瞬間，試樣接觸面上既受到?jīng)_擊力作用，同時(shí)又有短程滑動(dòng)，較好地模擬了球磨機(jī)磨損工況下的磨損情況。上試樣沖擊頻率為200次／min，下試樣轉(zhuǎn)速為31.4 r/min，磨粒是粒度為20/40精制石英砂，預(yù)沖10min，然后沖擊磨損20min，所選取的沖擊功為1.0J、3.6J、4.5J。實(shí)驗(yàn)前后均用丙酮清洗試樣，用感量為萬(wàn)分之一電子天平稱(chēng)重，以磨損失重量W的倒數(shù)w-l表示上試樣耐磨性。通過(guò)金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電鏡對(duì)變質(zhì)前后鑄鋼進(jìn)行組織、磨損形貌的觀察。
2、試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼的顯微組織和沖擊韌性
    鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼顯微組織如圖la所示。可見(jiàn)，經(jīng)復(fù)合變質(zhì)處理的鑄態(tài)耐磨鋼，不僅晶粒得到細(xì)化，而且組織的均勻性大為改善。鑄態(tài)組織為馬氏體十貝氏體十少量殘余奧氏體，馬氏體基體上分布著針狀下貝氏體，其亞結(jié)構(gòu)如圖lb所示。從圖ib可看出，在馬氏體板條與貝氏體束之間及貝氏體鐵素體板條間、內(nèi)部均存在著熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性很高的薄膜狀殘余奧氏體，亞結(jié)構(gòu)的位錯(cuò)密度很高。其力學(xué)性能如表2所示。許多研究者指出6～9]，薄膜狀殘余奧氏體對(duì)鋼的韌性改善極為有利，此正是鑄態(tài)耐磨鋼具有高沖擊韌性的關(guān)鍵所在；而高密度的位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)使鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼具有較高的硬度。總之，鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼高的硬度和良好的沖擊韌性是由其組織組成和相組成、形態(tài)、分布及其亞結(jié)構(gòu)決定的，而成分設(shè)計(jì)、爐前工藝控制和凝固冷卻控制是決定鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼這種組織結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵所在。
2.2  不同沖擊載荷下鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼的耐磨性
    MLD-10型動(dòng)載沖擊磨損實(shí)駿機(jī)上的磨損過(guò)程包括上試樣的自由下落與旋轉(zhuǎn)的下試樣產(chǎn)生沖擊和上試樣被重新提起進(jìn)行下次沖擊之前，上下試樣之間相對(duì)產(chǎn)生三體磨粒磨損。
    鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼和高錳鋼在不同沖擊載荷下的耐磨性如圖2所示。可以看出，當(dāng)沖擊功較小(1.0 J)時(shí)，鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼的耐磨性最高，而高錳鋼的耐磨性最低；當(dāng)沖擊功增為3. 60J時(shí)，鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼的耐磨性稍低于高錳鋼；當(dāng)沖擊功增為4. 50 J時(shí)；鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼的耐磨性大大低于高錳鋼。從上述結(jié)果可以看出，鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼在較小沖擊載荷下表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性。由于MI}D - 10型動(dòng)載沖擊磨損試驗(yàn)機(jī)與球磨機(jī)實(shí)際工況條件具有相似性，所以，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為球磨機(jī)襯板的選材和工藝控制過(guò)程提供依據(jù)。
2.3  磨損形貌及磨損機(jī)理分析
    鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼的磨損形貌如圖3所示。可見(jiàn)，沖擊載荷1.0 J時(shí)，磨損面上幾乎全為顯微切削和犁溝，幾乎沒(méi)有沖擊塑性變形的痕跡。沖擊載荷4.5 J時(shí)，沖擊塑變坑增加，磨損面中脆性斷裂顯著增加，幾乎沒(méi)有犁溝的痕跡。而以往大量的分析研究表明：韌性材料（如高錳鋼）在高沖擊載荷下的沖擊磨損機(jī)理主要是沖擊坑擠壓塑性變形唇，經(jīng)反復(fù)塑變形成大量塊狀磨屑，極少有犁溝和切削。
    從上述磨損形貌和以往研究可得出，在沖擊載荷較小時(shí)，由于滑動(dòng)磨損而使磨損面上主要為顯微切削和犁溝，提高鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼的硬度將有助于提高耐磨鋼滑動(dòng)磨損耐磨性；在沖擊載荷較大時(shí)，由于沖擊塑變坑增加，該沖擊塑變坑可以在一次沖擊后形成，也可能在多次沖擊后形成，金屬經(jīng)過(guò)多次沖擊變形最終以疲勞或脆性斷裂機(jī)理失效，因此，為了提高耐磨鋼的耐磨性，應(yīng)提高耐磨鋼的強(qiáng)韌性。
3、工業(yè)實(shí)驗(yàn)
    我們于2001年12月在河南靈寶金礦2.1×3.0(m)的金礦磨機(jī)上同時(shí)安裝鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼和高錳鋼兩種材質(zhì)的襯板，進(jìn)行工業(yè)性對(duì)比實(shí)驗(yàn)。高錳鋼襯板1100 h己基本失效，而鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼襯板可運(yùn)轉(zhuǎn)1680 h。運(yùn)行結(jié)果表明：當(dāng)球磨機(jī)直徑較小時(shí)，相應(yīng)襯板承受的沖擊載荷較小，鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼作為中小型球磨機(jī)襯板的使用壽命高于高錳鋼襯板，且鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼具有合金成本低，無(wú)熱處理工藝環(huán)節(jié)，耐磨性高和裝卸費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，其經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。
4、結(jié)論
    (1)米用合理的成分設(shè)計(jì)、爐前工藝控制和凝固冷卻所得鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼具有合適的組織組成和相形態(tài)、分布及其亞結(jié)構(gòu)，使鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼具有高的硬度和良好的沖擊韌性配合。
    (2)在動(dòng)載沖擊磨損實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)沖擊功為3．60J時(shí)，鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼具有和高錳鋼相當(dāng)?shù)哪湍バ裕划?dāng)沖擊功為1.0 J時(shí)，鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼的耐磨性是高錳鋼兩倍以上。實(shí)際的工業(yè)性運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)比實(shí)驗(yàn)也表明：試驗(yàn)開(kāi)發(fā)的鑄態(tài)復(fù)相耐磨鋼具有高的抗滑動(dòng)磨損和一定的沖擊塑變磨損抗力，是一種高效、節(jié)能適用于中小型球磨機(jī)襯板的耐磨材料。