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您选择的钢球硬度合适吗

最近有客户问,要求的钢球表面硬度是60HRC,在磨机内用了一段时间后取出检测表面硬度,为什么表面硬度成了65-67HRC了?


其实这种现象在很多地方都存在,比如表面经过抛丸处理的工件表面硬度比未处理的工件表面要高得多。还比如我们小的时候拿一根铁丝在同一位置反复折叠,那么折叠的位置会发热而且会越来越硬,到一定程度后再进行折叠就会断裂。这些现象都可以通过金属材料的加工硬化理论来解释,那么何谓“加工硬化”?

金属材料经压力加工(如轧制、锻造、挤压、拉丝和冲压等)变形后,不仅改变了其外形尺寸,而且也使内部组织和性能发生变化。例如,经冷塑性变形后,金属的强度、硬度显著提高而塑性、韧性下降,也就是常称的加工硬化或形变强化。不过,若压力加工工艺不当,在变形量超过金属的塑性值后,将会产生裂纹或断裂。这也就很好的解释了为什么铁丝经过反复折叠后会发生断裂的问题。


对于矿用钢球来说也同样面临这样的问题,钢球在磨机内以抛落、滑动、滚动等方式运动,运动过程中与钢球、矿石、衬板等物体之间不断碰撞,撞击过程即会产生加工硬化作用,导致钢球表面硬度升高,根据经验通常提高幅度达到10-15%,这也就解释了客户的疑虑。


随着选矿工艺的不断发展,磨机尺寸越来越朝着大型化的方向发展,据了解,目前最大的半自磨机尺寸达到13m,这对钢球的使用来说是极大的考验,意味着钢球抛落的高度不断提高,对矿石、钢球和衬板的冲击作用更大,如果钢球韧性较差,会因承受不了如此高强度的冲击而发生破碎,影响矿山的正常生产。所以,要求钢球在具备优异的韧性的同时还要具备良好的耐磨性能。


众所周知,硬度与韧性是彼此矛盾存在的,即,硬度越高韧性相对越差,硬度较低时韧性相对较高。因此,当钢球硬度过高时,韧性就会较差,表现为冲击韧性值较低,抗疲劳寿命不足,从而导致在磨机内磨损过程中较早的发生剥落掉块,严重时发生破碎,这将大大降低磨矿效果,增加矿山的运行成本。所以,要避免此类情况的发生,那么钢球的硬度到底多少合适呢?


早在1995年,丁庆如在《磨球选材的计算方法》一文中指出,磨球的磨损和耐磨性与Hm/Hs(Hm为钢球的硬度,Hs为磨料的硬度)比值有关:当冲击作用小时,磨球可选用较高硬度的材料。取Hm/Hs=1.3~1.7,Hm=(1.3~1.7)Hs;当冲击作用较大时,磨球可选用较低硬度的材料,取Hm/Hs=0.7~1.1,Hm=(0.7-1.1)Hs。


以上钢球硬度选择的方法可供大家参考,但还要结合矿山具体的工况条件及工艺要求,如球磨机主要起到将矿石进一步研磨到一定细度满足选别的要求,通常钢球在磨机内没有较大的抛落高度,这时可主要考虑钢球的硬度,以具有较高的耐磨性为主,适当考虑韧性即可满足使用要求,而大型半自磨机则应该首先考虑钢球的韧性,保证钢球使用过程不发生破碎。