鐵礦選礦設(shè)備磨機(jī)磨球的失效分析

鐵礦選礦設(shè)備磨機(jī)磨球的磨損主要包括磨料磨損和疲勞磨損。

磨料磨損是指外界硬顆?；蛘邔?duì)磨表面上硬突起物在摩擦過(guò)程中引起表面材料脫落現(xiàn)象；而疲勞磨損則是指循環(huán)應(yīng)力周期性作用在摩擦表面上，使表面材料疲勞而引起材料成微粒脫落的現(xiàn)象。

磨球的磨損失效可以概括為下面幾種機(jī)制：

1、切削和鑿削磨損

鐵礦選礦設(shè)備磨機(jī)磨球在運(yùn)動(dòng)上升階段，與鐵礦石間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，或者是滑動(dòng)兼滾動(dòng)。被磨物料煤的硬度較低，但仍然可以造成擦傷式磨料磨損，特別是煤中含有18%左右的灰分，灰分中含有SiO2、Al2O3等硬的組成物，對(duì)表面可起切削作用，形成切屑，在表面留下溝槽，造成切削磨損。由于煤中硬組分比較低，因此溝槽只在磨面局部地區(qū)不均勻分布。硬組分磨粒硬度、尺寸不同，因而所形成的溝槽深淺不一，寬窄有異。此外由于磨球運(yùn)動(dòng)形式復(fù)雜，切削路徑也不同，在相對(duì)滑動(dòng)中發(fā)生長(zhǎng)程切削，形成較長(zhǎng)的磨溝。當(dāng)有滑動(dòng)兼滾動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)短程切削，形成較短溝槽。當(dāng)磨球下落，發(fā)生沖擊時(shí)，局部鑿削，形成弧立的鑿削坑。因而最后形成微觀磨面上的縱橫交錯(cuò)、雜亂分布的切削溝槽和弧立的鑿削坑，對(duì)局部軟區(qū)則會(huì)形成嚴(yán)重的切削磨損。

2、變形磨損

磨球與鐵礦相對(duì)滑動(dòng)和沖擊接觸時(shí)，除去直接切削和鑿削外，當(dāng)沖擊功很大時(shí)不家犁溝變形和鑿削變形伴隨發(fā)生，這種變形是指表面的局部塑性流動(dòng)，金屬將被推擠至溝槽和鑿削凹坑外側(cè)，在鐵礦重復(fù)作用、金屬反復(fù)變形下，因?yàn)閼?yīng)變疲勞產(chǎn)生裂紋，裂紋擴(kuò)展、連接，形成犁屑薄片，自表面脫落。硬度較高的材料形成變形磨損作用較小；硬度較低，塑性較大的材料變形磨損的比例較大。

3、疲勞磨損

在鐵礦選礦設(shè)備球磨機(jī)工作期間，磨球始終受到?jīng)_擊和碰撞，磨球表面必要存在疲勞過(guò)程，根據(jù)疲勞剝落的尺寸大小可區(qū)分為宏觀疲勞剝落和微觀疲勞剝落兩種。在鑄球中（低碳白口和中錳球鐵）兩類疲勞都發(fā)生，在鍛磨球中，如果鋼材質(zhì)量不好，也可能出現(xiàn)宏觀疲勞，但主要出現(xiàn)表面的微觀疲勞剝落。疲勞過(guò)程包含疲勞裂紋的形成和擴(kuò)展兩個(gè)過(guò)程，而疲勞裂紋的形成取決于應(yīng)力狀態(tài)和材料情況。鑄球中冶金質(zhì)量不好，存在鑄造缺陷（氣孔、縮孔、夾雜等）、缺陷處應(yīng)力集中容易形成裂紋，在較短的疲勞周次下可擴(kuò)展到邊緣，形成宏觀大塊剝落，導(dǎo)致表面失圓。這種宏觀疲勞剝落是鑄磨球中特有的危害性最大的一種磨損方式。微觀疲勞剝落由磨面和亞表層特征綜合確定，如前所述，是由表層或亞表層的疲勞裂紋擴(kuò)展形成的淺層剝落，其尺寸較小。疲勞裂紋的形成取決于磨球的受力和應(yīng)力狀態(tài)。磨球在拋落運(yùn)動(dòng)時(shí)，與鐵礦或磨球撞擊，受到?jīng)_擊正應(yīng)力，或在上升運(yùn)動(dòng)發(fā)生滾動(dòng)與相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，受到正壓力和切向力，均可引起赫茲接觸壓力。表層下最大切應(yīng)力引起塑性變形和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。使位錯(cuò)堆積，應(yīng)力集中，從而引起脆性相本身（滲碳體相）或脆性相（石墨）與基體界面處的開(kāi)裂。當(dāng)組織中不存在脆性第二相時(shí)，則在界面缺陷處產(chǎn)生裂紋。此外還可在亞表層動(dòng)態(tài)恢復(fù)區(qū)和硬化區(qū)交界處形成裂紋。從磨損的機(jī)理來(lái)看，無(wú)論是鑿磨損、變形磨損或脆性剝落，均出現(xiàn)裂紋的萌生、擴(kuò)展直至材料脫落，因此它們都可能被視為疲勞磨損。

4、鐵礦選礦設(shè)備磨球的脆性剝落

鑄鐵磨球中處于表面的脆性第二相（滲碳體，石墨）在磨損中發(fā)生開(kāi)裂、斷裂和剝落，形成較小的剝落坑。脆性剝落可促進(jìn)微觀疲勞淺層剝落的發(fā)生。

以上幾種機(jī)理并非同時(shí)對(duì)磨球失效起主要作用，對(duì)不同材料、不同工況條件起主要作用的磨損機(jī)理是不同的，或是起作用的程度不同。磨球磨損機(jī)理的變化，大約有以下四種情況。

鐵礦選礦設(shè)備磨球大小不同：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用的情況來(lái)看，低碳白口鑄鐵在大型機(jī)中有較高的破碎率，亞表層裂紋形成更為嚴(yán)重，說(shuō)明大磨機(jī)中磨球承受沖擊作用較大，疲勞剝落和脆性剝落成為主要機(jī)理，切削和變形失效機(jī)理起次要作用。而在較小磨機(jī)中，二類機(jī)理發(fā)生的比例有所變化，磨球的磨損失效以切削和變形機(jī)理為主要形式。

磨球材料不同：如前所述，鑄鐵磨球與鍛鋼磨球磨損機(jī)理不完全相同，鑄鐵磨球中有脆性第二相和鑄造缺陷，因而會(huì)出現(xiàn)特有的宏觀疲勞剝落和脆性相的剝落機(jī)理。此外，微觀疲勞剝落由于脆性剝落的加速和脆性相裂紋源的存在，發(fā)生的程度也更為嚴(yán)重些。而45Mn一類鍛磨球中，除去切削和變形外，還有主要的疲勞磨損機(jī)理—微觀疲勞存在，但其程度較輕微。

磨料特性不同：廣泛而言，磨料硬度不同，各種機(jī)理所起作用不同，對(duì)磨煤磨球，煤中所含灰分比例不同，對(duì)切削機(jī)理所起作用有影響，煤中灰份比例越大，煤料硬組分越多，則切削作用增大，切削磨損更為嚴(yán)重。

運(yùn)動(dòng)時(shí)間不同：運(yùn)行時(shí)間不同，也會(huì)引起磨損機(jī)理的變化。主要由于磨球內(nèi)外組織的差別所引起。以中錳球?yàn)槔瑑?nèi)外石墨化程度不同，表層一般石墨化不足，而有白化發(fā)生，表層較硬，因而磨損初期，切削輕微，碳化物剝落和微觀疲勞剝落較為嚴(yán)重。而隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，表層磨掉后，出現(xiàn)石墨的剝落和疲勞磨損，切削作用有所增加。