Härte vs. Zähigkeit: Worauf es bei Verschleißteilen für Vertikalmühlen wirklich ankommt

Wenn meine Walzenhülsen frühzeitig versagen, habe ich immer zuerst die "geringe Härte" verantwortlich gemacht. Dann sah ich, wie sehr harte Walzen innerhalb weniger Monate zerbrachen, während die weicheren manchmal länger hielten. Das war der Zeitpunkt, an dem ich begann, mir die Zähigkeit, die Auswirkungen und die tatsächlichen Arbeitsbedingungen genauer anzusehen.

Die Härte bestimmt, wie schnell sich die Oberfläche abnutzt. Die Zähigkeit bestimmt, wie schnell das Teil bricht. Bei Vertikalmühlen hängt die tatsächliche Lebensdauer davon ab, dass ein Gleichgewicht zwischen den beiden Faktoren gefunden wird, das auf dem Aufprallniveau, der Vorschubgröße und der vorherrschenden Ausfallart basiert, und nicht allein auf der Härte.

%(一定要是百分比键，而不是感叹号)VRM Rollenhülse Härte vs. Zähigkeit

Ich möchte genau die Fragen durchgehen, die mir viele Werksteams vor Ort stellen. Ich werde nicht nur über Laborwerte sprechen, sondern auch darüber, wie sich Hülsen verhalten, wenn die Mühle vibriert, die Zufuhr sich ändert oder eine große Klinkerkugel in die Mahlzone fällt. Ich hoffe, dies hilft Ihnen, Härte und Zähigkeit auf eine einfachere und praktischere Weise zu betrachten.

Warum versagen meine VRM Rollenhülsen, obwohl die Härte hoch ist?

Viele Ingenieure sagen mir: "Der Lieferant hat HRC 60 angegeben, aber die Hülse ist trotzdem gerissen." Das habe ich schon so oft gehört. Ich verstehe die Frustration, denn auf dem Papier sieht alles gut aus.

Hohe Härte allein schützt nicht vor Rissen oder Abplatzungen. Wenn die Mikrostruktur spröde oder die Zähigkeit gering ist, können sehr harte Hülsen bei Stößen, Vibrationen oder lokaler Belastung frühzeitig versagen, selbst wenn der Härteprüfwert beeindruckend aussieht.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)Hohe Härte VRM sleeve cracking

Was hohe Härte verbirgt

Wenn ich Mühlen besuche, sehe ich oft Ärmel mit:

Die Lieferanten treiben manchmal den Kohlenstoff- und Legierungsgehalt in die Höhe, um eine höhere Härte zu erreichen, und kühlen das Gussteil dann zu schnell ab. Die Härtepistole zeigt HRC 60+ an, so dass sich jeder sicher fühlt. Aber die Matrix wird voll von großen Karbiden in einem spröden Netzwerk. Unter dem Druck des Walzens und dem plötzlichen Aufprall des übergroßen Vorschubs entstehen an diesen Schwachstellen Mikrorisse. Sie schließen sich zusammen und führen dazu, dass Teile der Oberfläche abfallen. In einem VRM ist die Belastung nicht statisch. Der Druck ändert sich, die Bettdicke ist nicht konstant, und die Walzen rutschen und vibrieren. In dieser realen Umgebung funktioniert eine etwas geringere Härte mit einer duktilen Unterstützung oft besser als eine "sehr harte, aber glasartige" Struktur.

Wie kann ich Härte und Zähigkeit in Einklang bringen, um die Lebensdauer meiner Walzenhülsen zu verlängern?

Ich erlebe oft, dass Betriebe nach einem Misserfolg von "superharten" auf "sehr zähe" Materialien umsteigen. Dann stellen sie fest, dass die Abnutzung zu schnell erfolgt. Dieses Hin- und Herwechseln kostet Zeit, Geld und Vertrauen innerhalb der Anlage.

Um Härte und Zähigkeit auszubalancieren, schaue ich mir zunächst die Hauptausfallart an. Wenn der Verschleiß die Grenze ist, erhöhe ich die Härte bei gleichbleibender Zähigkeit. Wenn Rissbildung die Grenze ist, passe ich die Legierung und die Wärmebehandlung an, um die Zähigkeit zu erhöhen, auch wenn die Härte leicht sinkt.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)Härte-Zähigkeit-Bilanztabelle

Eine einfache Art und Weise, wie ich über Gleichgewicht denke

Ich mag eine sehr einfache Tabelle, wenn ich mit Teams spreche:

Um das richtige Gleichgewicht herzustellen, nutzen wir das Legierungsdesign und die Wärmebehandlung. Wir können zum Beispiel Karbide verfeinern, durchgehende spröde Netzwerke vermeiden und eine starke, aber duktile Matrix erhalten. Bei Metall-Keramik-Verbundwerkstoffen kann ich sehr harte Zonen dort platzieren, wo der Gleitverschleiß am höchsten ist, und zäheren Stahl in Bereichen, die Stößen und Biegungen ausgesetzt sind. In der Praxis verfolge ich nicht einen einzigen magischen Härtewert. Ich definiere einen Härtebereich zusammen mit einem Zielwert für die Schlagzähigkeit (z.B. einem Charpy-Wert), der zum Mühlentyp, zum Druck und zum Vorschub passt. Diese Mischung sorgt für eine viel stabilere Lebensdauer als die Härte allein.

Warum reißt mein derzeitiges Verschleißteil bei Stoßbelastungen?

Viele Benutzer berichten mir, dass die Hülse anfangs gut aussieht. Aber nachdem ein schwerer Anschlag oder ein großes Metallstück durchgegangen ist, stellen sie einen Riss auf der Oberfläche fest. Manchmal löst sich die Mühle erst bei starken Vibrationen.

Risse bei Stoßbelastungen bedeuten in der Regel, dass das Material die Stoßenergie nicht absorbieren kann. Die Matrix ist zu spröde, die Konstruktion führt zu einer Spannungskonzentration oder der Guss und die Wärmebehandlung haben versteckte Defekte hinterlassen, die beim Aufprall wachsen.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)Rissbildung durch Aufprall vrm Walze

Was Impact wirklich im Inneren der Hülle macht

Ich möchte das Thema in drei Teile aufteilen:

Ein einziger starker Aufprall sendet eine Spannungswelle durch die Hülse. Wenn die Struktur voller grober Karbide in einem schwachen Netzwerk ist, entstehen an diesen Stellen Risse. Wenn Gussfehler wie Porosität oder Schrumpfung unter der Oberfläche sitzen, kann der Aufprall sie in Makrorisse verwandeln. Scharfe Kanten und dünne Querschnitte erhöhen ebenfalls die lokale Spannung. Ich habe schon Hülsen mit perfekten Härteberichten gesehen, aber ohne Angaben zur Schlagzähigkeit. Bei unserer Arbeit verlangen wir immer Schlag- und Biegeversuche und manchmal sogar eine Bruchanalyse nach dem Versagen. Auf diese Weise können wir beurteilen, ob die Hülse versagt hat, weil sich das Material unter einem echten Stoß nicht biegen und erholen konnte.

Wie verbessern Metall-Keramik-Verbundwalzen die Zähigkeit meines VRM-Systems?

Als ich zum ersten Mal Metall-Keramik-Verbundhülsen in einem Werk einführte, befürchteten die Leute, dass die Keramik die Hülse brüchiger machen würde. Sie dachten, "Keramik" bedeute "zerbrechlich wie Glas". Die Ergebnisse in der Praxis haben sie überrascht.

Metall-Keramik-Verbundwalzen verwenden sehr harte Keramikzonen, die in eine zähe Metallmatrix eingebettet sind. Sie verbessern die Zähigkeit des Systems, da die Matrix Stöße und Biegungen aushält, während die Keramik den größten Teil des Abriebs an der Oberfläche aufnimmt.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)Metall-Keramik-Verbundwerkstoff vrm Walze

Wie die Verbundstruktur funktioniert

Normalerweise erkläre ich die Struktur folgendermaßen:

Bei den Verbundwerkstoff-Designs von Dafang-Casting setzen wir Keramik in die Verschleißfläche ein, wo das Material gleitet und schleift. Die Matrix um die Keramik herum besteht aus einer speziell entwickelten Stahllegierung mit kontrollierter Härte und guter Schlagfestigkeit. Diese Kombination bedeutet, dass die Keramik vor Verschleiß schützt, während der Stahl sprödes Versagen verhindert. Der Schlüssel ist die Verbindung. Wir verwenden ein zentrifugales Verbundverfahren, so dass die Keramik und das Metall gut verschmolzen sind und sich im Betrieb nicht trennen. Wenn die Walze auf einen großen Klinker oder ein Metallstück trifft, absorbiert der Metallteil den größten Teil des Stoßes. Dadurch wird verhindert, dass die Keramik bricht und die gesamte Hülse reißt. In der Praxis können Verbundwerkstoffkonstruktionen also sowohl die Verschleißlebensdauer als auch die Zähigkeit des Systems erhöhen, wenn sie richtig konstruiert sind.

Welcher Härtegrad ist für meine Zement- oder Rohmühlenbedingungen tatsächlich geeignet?

Ich werde am Telefon oft nach einer "idealen HRC-Nummer" gefragt. Die Leute wollen eine einfache Antwort wie "verwenden Sie HRC 60 für alles". Aber ich habe gesehen, dass dies nicht für alle Mühlen und Vorschübe gilt.

Die geeignete Härte hängt von der Materialart, der Partikelgröße, dem Druck und dem Aufprallniveau ab. Rohmühlen verwenden oft eine etwas geringere Härte mit höherer Zähigkeit, während Feinzementmühlen und Schlackenmühlen eine höhere Härte verwenden können, wenn der Aufprall unter Kontrolle ist.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)Härtebereich für Zementrohmühlen

Typische Härtebereiche, die ich als Ausgangspunkt verwende

Dies ist eine einfache Ausgangstabelle, die ich in Gesprächen verwende (die Werte sind allgemeine Bereiche, ein echtes Design braucht mehr Details):

In Rohmühlen stößt der große, weiche Kalkstein die Walzen unter hohem Druck an. Ich bevorzuge hier eine etwas geringere Härte, aber eine starke, zähe Matrix. In Zementmühlen ist der Klinker abrasiver, so dass eine höhere Härte hilfreich ist, solange die Konstruktion große Aufprallereignisse verhindert. Bei Schlacke ist das Material sehr abrasiv, so dass keramische Verbundwerkstoffe oder Legierungen mit höherer Härte sinnvoll sind, aber auch hier ist eine sichere Zähigkeit erforderlich. In Kohlemühlen kommen häufig Fremdkörper wie Steine oder Metall vor; hier ist die Zähigkeit an den Kanten entscheidend. Diese Werte sind keine festen Regeln. Ich vergleiche sie immer mit dem Hauptversagensmodus und dem früheren Verhalten der Hülse, bevor ich ein endgültiges Härteziel festlege.

Wie kann ich Abplatzungen und Risse in den Walzenmänteln meiner Kohlemühle reduzieren?

Kohlemühlen bereiten oft die größten Kopfschmerzen. Ich habe gesehen, wie Muffen in der Nähe der Kanten abgebrochen sind und starke Vibrationen verursacht haben. Viele Fabriken akzeptieren dies als "normal", aber das muss nicht so sein.

Um Abplatzungen und Risse in Kohlemühlenmänteln zu reduzieren, konzentriere ich mich auf härtere Legierungen, ein besseres Kantendesign, strenge Qualitätskontrollen beim Gießen und Betriebspraktiken, die das Eindringen von Metall und Steinen sowie plötzliche Lastwechsel begrenzen.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)Abplatzen der Kohlemühlenwalze

Schlüssel, die ich in Kohlemühlenfällen prüfe

So strukturiere ich meine Inspektion:

Kohle ist weniger abrasiv als Klinker, so dass wir keine extreme Härte benötigen. Aber wir sind starken Stößen durch Steine und Fremdkörper ausgesetzt. Ich wähle in der Regel Materialien im Bereich HRC 48-56 mit höherer Schlagzähigkeit und guter Rissbeständigkeit. Wir ändern auch die Kantenform, um scharfe Ecken und dünne Lippen zu vermeiden, die leicht brechen. Die Gussqualität ist hier sehr wichtig. Versteckte Defekte werden beim Aufprall zu Rissanfängern. Deshalb drängen wir auf strenge zerstörungsfreie Prüfungen bei Verbundwerkstoff- und Legierungsteilen. Was den Betrieb betrifft, so erinnere ich die Teams daran, Metalldetektoren, Magnete und einfache Siebe zu verwenden. Ich habe große Verbesserungen bei der Lebensdauer der Muffen gesehen, indem ich verhindert habe, dass große Steine und Metall in die Mühle gelangen.

Sollte ich bei meinen Betriebsmitteln der Schlagfestigkeit oder der Oberflächenhärte den Vorrang geben?

Wenn ich an Besprechungen mit Prozess- und Wartungsteams teilnehme, möchte die eine Seite oft mehr Härte und die andere Seite mehr Zähigkeit. Beide haben gute Gründe, die auf ihren täglichen Schmerzen beruhen.

Wenn Ihr Hauptproblem die schnelle, gleichmäßige Abnutzung ist, sollten Sie der Härte den Vorrang geben. Wenn Ihr Hauptproblem Absplitterungen, Abplatzungen oder Risse sind, sollten Sie der Schlagfestigkeit den Vorrang geben. Bei den meisten VRMs legen wir zuerst die Härte fest und stellen dann sicher, dass die Zähigkeit hoch genug ist, um nicht zu versagen.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)Schlagkraft vs. Härte Priorität

Einfache Entscheidungslogik, die ich verwende

Ich zeichne oft eine kleine Tabelle auf das Whiteboard:

Wir müssen nicht das eine wählen und das andere vergessen. Stattdessen entscheiden wir, welches der beiden das Design leitet. Bei einer Schlackenmahlanlage mit stabilem Bett und guter Prozesskontrolle kann ich die Härte hoch ansetzen, sogar mit Keramikzonen. Bei einer Anlage, bei der es häufig zu instabilen Bettdicken oder Fremdkörpern kommt, sage ich dem Team, dass die Schlagfestigkeit den Ton angeben muss. Bei Dafang-Casting geht unser Engineering-Ansatz im WENETING-Stil immer von der Art des Versagens aus, nicht von Kataloghärtezahlen.

Warum spielt die Zähigkeit eine größere Rolle, wenn meine Mühle Klinker oder hochschlagzähe Materialien verarbeitet?

Viele Menschen denken, dass das Mahlen von Klinker nur deshalb eine hohe Härte erfordert, weil Klinker so abrasiv ist. Aber in Wirklichkeit kann sich Klinker auch wie ein harter Hammer verhalten, wenn große Klumpen in die Mühle gelangen.

Die Zähigkeit ist beim Klinkermahlen wichtig, da große Klinkerstücke und Ringe starke lokale Stoß- und Biegebelastungen verursachen. Ohne ausreichende Zähigkeit können Walzen mit hoher Härte an den Kanten ausbrechen und unter diesen Stoßbelastungen abplatzen.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)Klinker Schlagzähigkeit

Was passiert eigentlich in Klinker-VRMs

Bei Klinker-VRMs sehe ich zwei Muster:

Die hohe Härte trägt zur Verringerung des normalen Gleitverschleißes auf der Oberfläche bei. Wenn jedoch eine große Klinkerkugel unter der Walze hindurchfährt, wird die Aufprallenergie auf eine kleine Kontaktfläche übertragen. Wenn sich das Material nicht leicht verformen und erholen kann, bilden sich Mikrorisse, die später zu sichtbaren Spänen werden. Auch Beschichtungen und Ringe auf dem Tisch können die Walze anheben und Biegespannungen in der Hülse erzeugen. Die Zähigkeit ermöglicht es dem Material, diese Ereignisse ohne plötzlichen Bruch zu überstehen. Deshalb bevorzuge ich bei Klinkern ein Gleichgewicht zwischen Härte und Zähigkeit und nicht eine Strategie, die nur auf die Härte abzielt. Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe sind hier hilfreich, da die Stahlmatrix in den sehr harten Zonen noch Zähigkeit verleiht.

Wie kann ich die tatsächliche Härte und Zähigkeit der von mir gekauften Rollhülsen überprüfen?

Viele Käufer erhalten lediglich ein Härteprüfungsblatt und eine grundlegende chemische Analyse. Das ist nicht genug, um die tatsächliche Leistung zu beurteilen. Ich ermutige Pflanzen immer dazu, nach mehr echten Daten zu fragen.

Um die Härte-Zähigkeit zu überprüfen, verlange ich vollständige Prüfberichte: Härte im Querschnitt, Kerbschlagzähigkeitswerte, Mikrostrukturfotos, NDT-Berichte und, wenn möglich, eine Analyse der verschlissenen Teile nach dem Einsatz.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)Härte Zähigkeit Qualitätsprüfung

Was ich von Lieferanten verlange (und meinen Kunden mitteile)

Hier ist eine Checkliste, die ich verwende:

Die Härte sollte nicht nur ein einzelner Punkt auf der Oberfläche sein. Ein Profil von der Oberfläche bis zum Kern sagt uns, ob die Hülse unter Belastung stabil ist. Charpy-Kerbschlagwerte bei Raum- und Hochtemperatur geben einen Eindruck davon, wie sich das Material unter realen Betriebsbedingungen verhält. Mikrostrukturbilder zeigen, ob die Karbide fein und gut verteilt sind oder ob spröde Netzwerke vorhanden sind. Zerstörungsfreie Prüfungen wie Ultraschall-, Röntgen- und Magnetpulverprüfung finden Schrumpfung und Risse vor der Auslieferung. Nach einiger Betriebszeit schneide ich gerne eine abgenutzte Walze zur Analyse zu. Dies schließt den Kreis zwischen den Labortests und dem tatsächlichen Verschleißverhalten und hilft uns, zukünftige Bestellungen anzupassen.

Wie wähle ich das richtige Verbundmaterial für meine Mühle und mein Futtermittel aus?

Bei so vielen Verbundwerkstoffoptionen auf dem Markt fühlen sich viele Betriebe verloren. Sie hören Wörter wie "Bimetall", "Metall-Keramik", "genoppt" und "plattiert", aber sie wissen nicht, welches davon zu ihrem Werk passt.

Bei der Auswahl von Verbundwerkstoffen achte ich auf den Mühlentyp, die Materialhärte, die Partikelgröße, den Aufprallwert und die Fehlerhistorie in der Vergangenheit. Dann stimme ich diese mit verschiedenen Verbundwerkstoffstrukturen und Härtebereichen ab.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)Komposit-VRM-Material auswählen

Wie ich den Komposit-Typ den Mühlenbedingungen anpasse

Ich verwende oft eine einfache Auswahltabelle als ersten Filter:

Bei Dafang-Casting gestalten wir die Form, den Abstand und die Tiefe der Keramik auf der Grundlage der Größe der Speisung und der Druckverteilung. Bei weichem, aber großem Vorschub vermeiden wir zu viel freiliegende Keramik, um Abplatzungen zu vermeiden. Bei sehr abrasivem, aber feinem Material legen wir mehr Keramik frei, um die Lebensdauer zu maximieren. Auch die Zusammensetzung der Metallmatrix und die Härte können von Fall zu Fall angepasst werden. Ich mache die endgültige Wahl immer davon abhängig, was der Benutzer zuvor gesehen hat: schnelle Abnutzung, Kantenabplatzungen oder große Abplatzungen. Der richtige Verbundwerkstoff ist derjenige, der die vorherrschende Fehlerart beseitigt, nicht derjenige mit den aggressivsten Katalognummern.

Fazit

Bei meiner Arbeit mit Vertikalmühlen habe ich gelernt, dass die Härtezahlen allein nie die ganze Geschichte erzählen. Im wirklichen Leben in der Mühle mischen sich immer Abrieb und Aufprall, so dass wir sowohl die Härte als auch die Zähigkeit berücksichtigen müssen. Wenn Sie Hilfe bei der Auswahl von Metall-Keramik-Verbundwalzen oder anderen Verschleißteilen mit dem richtigen Gleichgewicht benötigen, können unser Dafang-Casting-Team und unser technischer Support im Winnetou-Stil mit Ihrem Anlagenteam zusammenarbeiten, um die Lebensdauer zu verlängern, die Ausfallzeiten zu reduzieren und dafür zu sorgen, dass Ihre VRMs, Rohmühlen und Kohlemühlen sicher und reibungslos laufen.