滾筒式球磨機的襯板與磨球組成一對磨損副，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、滑動與研磨過程的聯(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理的最重要的因素，對不同直徑的球磨機，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，從而導致襯板和磨球的使用壽命差異很大；文獻報道，不同球磨機襯板如用高錳鋼，磨球選用耐磨性較好的高鉻鑄鐵，也會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襯板選材提供依據(jù)。目前，球磨機的襯板選材仍大多沿用高錳鋼，高錳鋼襯板在使用過程中存在的問題是：當沖擊載荷不大時，不能充分加工硬化，耐磨性差。為此，作者對鋼的成分進行了多元優(yōu)化設計，并采用了一種新型復合變質(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、晶粒細化、組織均勻、性能良好的復相耐磨鋼。該復相耐磨鋼無須熱處理，可在鑄態(tài)下直接應用，具有節(jié)能、高效、成本低等特點。本文通過改變沖擊功大小，研究鑄態(tài)直接應用的復合變質(zhì)復相耐磨鋼（要求變質(zhì)后的化學成分如表1所示）和高錳鋼的動載磨損特性，這對滾筒式球磨機的襯板選材具有指導意義，富通新能源生產(chǎn)銷售球磨機、雷蒙磨粉機等磨機機械設備。
1、試驗條件和方法
    試驗用鋼在150 kg中頻感應爐中冶煉，砂型澆鑄并在高溫時進行強風冷卻，澆注溫度為1550℃。
    磨損實驗是在MLD-10型動載沖擊磨損試驗機上進行。由于目前球磨機的磨球材料大多為低鉻鑄鐵球，對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）。上試樣為實驗試樣(10mm×10mm×30mm)，試驗過程中，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，同時又有短程滑動，較好地模擬了球磨機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，預沖10min，然后沖擊磨損20min，所選取的沖擊功為1.0J、3.6J、4.5J。實驗前后均用丙酮清洗試樣，用感量為萬分之一電子天平稱重，以磨損失重量W的倒數(shù)w-l表示上試樣耐磨性。通過金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電鏡對變質(zhì)前后鑄鋼進行組織、磨損形貌的觀察。
2、試驗結(jié)果及分析
2.1鑄態(tài)復相耐磨鋼的顯微組織和沖擊韌性
    鑄態(tài)復相耐磨鋼顯微組織如圖la所示。可見，經(jīng)復合變質(zhì)處理的鑄態(tài)耐磨鋼，不僅晶粒得到細化，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)定性和機械穩(wěn)定性很高的薄膜狀殘余奧氏體，亞結(jié)構(gòu)的位錯密度很高。其力學性能如表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鍵所在；而高密度的位錯亞結(jié)構(gòu)使鑄態(tài)復相耐磨鋼具有較高的硬度。總之，鑄態(tài)復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，而成分設計、爐前工藝控制和凝固冷卻控制是決定鑄態(tài)復相耐磨鋼這種組織結(jié)構(gòu)的關鍵所在。
2.2  不同沖擊載荷下鑄態(tài)復相耐磨鋼的耐磨性
    MLD-10型動載沖擊磨損實駿機上的磨損過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行下次沖擊之前，上下試樣之間相對產(chǎn)生三體磨粒磨損。
    鑄態(tài)復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，當沖擊功較小(1.0 J)時，鑄態(tài)復相耐磨鋼的耐磨性最高，而高錳鋼的耐磨性最低；當沖擊功增為3. 60J時，鑄態(tài)復相耐磨鋼的耐磨性稍低于高錳鋼；當沖擊功增為4. 50 J時；鑄態(tài)復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型動載沖擊磨損試驗機與球磨機實際工況條件具有相似性，所以，本實驗結(jié)果可為球磨機襯板的選材和工藝控制過程提供依據(jù)。
2.3  磨損形貌及磨損機理分析
    鑄態(tài)復相耐磨鋼的磨損形貌如圖3所示。可見，沖擊載荷1.0 J時，磨損面上幾乎全為顯微切削和犁溝，幾乎沒有沖擊塑性變形的痕跡。沖擊載荷4.5 J時，沖擊塑變坑增加，磨損面中脆性斷裂顯著增加，幾乎沒有犁溝的痕跡。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理主要是沖擊坑擠壓塑性變形唇，經(jīng)反復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，由于滑動磨損而使磨損面上主要為顯微切削和犁溝，提高鑄態(tài)復相耐磨鋼的硬度將有助于提高耐磨鋼滑動磨損耐磨性；在沖擊載荷較大時，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)過多次沖擊變形最終以疲勞或脆性斷裂機理失效，因此，為了提高耐磨鋼的耐磨性，應提高耐磨鋼的強韌性。
3、工業(yè)實驗
    我們于2001年12月在河南靈寶金礦2.1×3.0(m)的金礦磨機上同時安裝鑄態(tài)復相耐磨鋼和高錳鋼兩種材質(zhì)的襯板，進行工業(yè)性對比實驗。高錳鋼襯板1100 h己基本失效，而鑄態(tài)復相耐磨鋼襯板可運轉(zhuǎn)1680 h。運行結(jié)果表明：當球磨機直徑較小時，相應襯板承受的沖擊載荷較小，鑄態(tài)復相耐磨鋼作為中小型球磨機襯板的使用壽命高于高錳鋼襯板，且鑄態(tài)復相耐磨鋼具有合金成本低，無熱處理工藝環(huán)節(jié)，耐磨性高和裝卸費用低等優(yōu)點，其經(jīng)濟效益非常顯著。
4、結(jié)論
    (1)米用合理的成分設計、爐前工藝控制和凝固冷卻所得鑄態(tài)復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)復相耐磨鋼具有高的硬度和良好的沖擊韌性配合。
    (2)在動載沖擊磨損實驗過程中，當沖擊功為3．60J時，鑄態(tài)復相耐磨鋼具有和高錳鋼相當?shù)哪湍バ裕划敍_擊功為1.0 J時，鑄態(tài)復相耐磨鋼的耐磨性是高錳鋼兩倍以上。實際的工業(yè)性運轉(zhuǎn)對比實驗也表明：試驗開發(fā)的鑄態(tài)復相耐磨鋼具有高的抗滑動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襯板的耐磨材料。