Dureza frente a tenacidad: Lo que realmente importa en las piezas de desgaste de los molinos verticales

Cuando mis manguitos de rodillo fallaban antes de tiempo, solía culpar primero a la "baja dureza". Luego vi que los rodillos muy duros se agrietaban en pocos meses, mientras que los más blandos a veces duraban más. Fue entonces cuando empecé a fijarme en la dureza, el impacto y las condiciones reales de trabajo.

La dureza controla la rapidez con que se desgasta la superficie. La dureza controla la rapidez con que se rompe la pieza. Para los molinos verticales, la vida útil real depende de encontrar un equilibrio entre ambas, basado en el nivel de impacto, el tamaño de alimentación y el modo de fallo dominante, no solo en la dureza.

%(一定要是百分比键，而不是感叹号)Dureza del manguito de rodillo VRM frente a tenacidad

Quiero repasar las preguntas exactas que muchos equipos de planta me hacen in situ. No sólo hablaré de los números de laboratorio, sino también de cómo se comportan los manguitos cuando el molino vibra, cambia la alimentación o cae una gran bola de clínker en la zona de molienda. Espero que esto le ayude a ver la dureza y la tenacidad de una forma más sencilla y práctica.

¿Por qué fallan mis manguitos de rodillo VRM aunque la dureza sea alta?

Muchos ingenieros me dicen: "El proveedor dio HRC 60, pero aun así el manguito se rajó". He oído esto muchas veces. Entiendo la frustración, porque sobre el papel todo parece estar bien.

Una dureza elevada no impide por sí sola el agrietamiento o el desconchamiento. Si la microestructura es frágil o la tenacidad es baja, los manguitos muy duros pueden fallar prematuramente por impacto, vibración o tensión local, aunque el valor del ensayo de dureza parezca impresionante.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)agrietamiento del manguito VRM de alta dureza

Lo que esconde la alta dureza

Cuando visito molinos, a menudo veo mangas con:

Los proveedores a veces fuerzan el contenido de carbono y aleación para obtener una mayor dureza, y luego enfrían la fundición demasiado rápido. La pistola de dureza marca HRC 60+, por lo que todo el mundo se siente seguro. Pero la matriz se llena de grandes carburos en una red quebradiza. Bajo la presión del laminado y el impacto repentino de la alimentación sobredimensionada, aparecen microfisuras en estos puntos débiles. Se unen y provocan el desprendimiento de trozos superficiales. En un VRM, la carga no es estática. La presión cambia, el grosor del lecho no es constante y los rodillos patinan y vibran. En este entorno real, una dureza ligeramente inferior con un soporte más dúctil suele funcionar mejor que una estructura "muy dura pero vidriosa".

¿Cómo puedo equilibrar la dureza y la tenacidad para prolongar la vida útil de mis manguitos de rodillo?

A menudo veo que las fábricas pasan de materiales "superduros" a "muy resistentes" después de un mal fallo. Entonces descubren que el desgaste es demasiado rápido. Estas idas y venidas cuestan tiempo, dinero y confianza dentro de la planta.

Para equilibrar la dureza y la tenacidad, primero me fijo en el principal modo de fallo. Si el desgaste es el límite, aumento la dureza con una tenacidad segura. Si el límite es el agrietamiento, ajusto la aleación y el tratamiento térmico para aumentar la tenacidad, aunque la dureza disminuya ligeramente.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)tabla de equilibrio de dureza y tenacidad

Mi forma de pensar sobre el equilibrio es sencilla

Me gusta tener una mesa muy sencilla cuando hablo con los equipos:

Para establecer el equilibrio adecuado, utilizamos el diseño de la aleación y el tratamiento térmico. Por ejemplo, podemos refinar los carburos, evitar las redes frágiles continuas y mantener una matriz fuerte pero más dúctil. Con los diseños de compuestos metal-cerámica, puedo colocar zonas muy duras donde el desgaste por deslizamiento es mayor, y acero más duro en las regiones que sufren impactos y flexiones. En la práctica, no persigo un único valor mágico de dureza. Defino un rango de dureza junto con un objetivo de tenacidad al impacto (como un valor Charpy) que se ajuste al tipo de molino, la presión y la alimentación. Esta combinación proporciona una vida útil mucho más estable que la dureza por sí sola.

¿Por qué mi pieza de desgaste actual se agrieta bajo cargas de impacto?

Muchos usuarios me dicen que el manguito parece estar bien al principio. Pero después de una parada pesada o el paso de una gran pieza de metal, encuentran una grieta en la superficie. A veces, la fresadora se dispara primero con las vibraciones fuertes.

Las grietas bajo cargas de impacto suelen significar que el material no puede absorber la energía del choque. La matriz es demasiado quebradiza, el diseño crea concentración de tensiones o la fundición y el tratamiento térmico han dejado defectos ocultos que crecen al recibir el impacto.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)impacto agrietamiento rodillo vrm

Qué hace realmente el impacto dentro de la manga

Me gusta dividir la cuestión en tres partes:

Un solo impacto fuerte envía una onda de tensión a través del manguito. Si la estructura está llena de carburos gruesos en una red débil, las grietas empiezan en estos puntos. Si los defectos de fundición, como la porosidad o la contracción, se encuentran bajo la superficie, el impacto puede convertirlos en macrofisuras. Los bordes afilados y las secciones transversales finas también aumentan la tensión local. He visto manguitos con informes de dureza perfectos pero con datos de tenacidad al impacto nulos. En nuestro trabajo, siempre pedimos ensayos de impacto, de flexión y, a veces, incluso análisis de fractura tras el fallo. Así podemos juzgar si el manguito falló porque el material no pudo doblarse y recuperarse bajo un impacto real.

¿Cómo mejoran los rodillos compuestos de metal-cerámica la resistencia de mi sistema VRM?

Cuando introduje por primera vez los manguitos compuestos de metal y cerámica en una planta, a la gente le preocupaba que la cerámica hiciera el manguito más quebradizo. Pensaban que "cerámica" significaba "frágil como el cristal". Los resultados sobre el terreno les sorprendieron.

Los rodillos compuestos metal-cerámica utilizan zonas de cerámica muy dura incrustadas en una matriz metálica resistente. Mejoran la tenacidad del sistema porque la matriz soporta los impactos y la flexión, mientras que la cerámica soporta la mayor parte de la abrasión en la superficie.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)rodillo vrm compuesto metal-cerámico

Cómo funciona la estructura compuesta

Suelo explicar la estructura así:

En los diseños compuestos de Dafang-Casting, colocamos cerámica en la superficie de desgaste, donde el material se desliza y muele. La matriz que la rodea es una aleación de acero especialmente diseñada con dureza controlada y buena resistencia al impacto. Esta combinación significa que la cerámica protege contra el desgaste, mientras que el acero evita los fallos por fragilidad. La clave es la unión. Utilizamos un proceso de compuesto centrífugo para que la cerámica y el metal estén bien fusionados y no se separen en servicio. Cuando el rodillo se encuentra con un gran clínker o una vagoneta metálica, la parte metálica absorbe la mayor parte del impacto. Esto evita que la cerámica se rompa y que el manguito en su conjunto se agriete. Así que, en la práctica, los diseños de materiales compuestos pueden aumentar tanto la vida útil como la resistencia del sistema cuando se diseñan correctamente.

¿Qué nivel de dureza es realmente adecuado para las condiciones de mi molino de cemento o de crudo?

A menudo me preguntan por teléfono por un "número HRC ideal". La gente quiere una respuesta sencilla del tipo "utilice HRC 60 para todo". Pero he comprobado que esto no funciona en todas las fresadoras y alimentadores.

La dureza adecuada depende del tipo de material, el tamaño de las partículas, la presión y el nivel de impacto. Los molinos de crudo suelen utilizar una dureza ligeramente inferior con mayor tenacidad, mientras que los molinos de cemento de acabado y los molinos de escoria pueden utilizar una dureza superior si el impacto está bajo control.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)rango de dureza del molino de crudo de cemento

Rangos de dureza típicos que utilizo como punto de partida

Esta es una sencilla tabla de partida que utilizo en las charlas (los valores son rangos generales, el diseño real necesita más detalles):

En los molinos de crudo, las grandes piedras calizas blandas golpean los rodillos a alta presión. Yo prefiero una dureza un poco más baja pero una matriz fuerte y resistente. En los molinos de acabado de cemento, el clinker es más abrasivo, por lo que una mayor dureza ayuda siempre que el diseño evite grandes impactos. En el caso de la escoria, el material es muy abrasivo, por lo que los compuestos cerámicos o las aleaciones de mayor dureza tienen sentido, pero de nuevo con una tenacidad segura. Los molinos de carbón suelen tener cuerpos extraños, como piedras o metal; en este caso, la tenacidad en los bordes es fundamental. Estos valores no son reglas fijas. Antes de fijar un objetivo final de dureza, siempre realizo comprobaciones cruzadas con el modo de fallo principal y el comportamiento anterior del manguito.

¿Cómo puedo reducir el desconchamiento y el agrietamiento de los manguitos de los rodillos de mi molino de carbón?

Los molinos de carbón suelen dar los mayores quebraderos de cabeza. He visto manguitos romper trozos cerca de los bordes y causar graves vibraciones. Muchas plantas lo aceptan como algo "normal", pero no tiene por qué ser así.

Para reducir el desconchamiento y el agrietamiento en los manguitos de los molinos de carbón, me centro en aleaciones más resistentes, un mejor diseño de los bordes, un estricto control de calidad de la fundición y prácticas operativas que limiten la entrada de metales y piedras y los cambios bruscos de carga.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)desprendimiento de rodillos de molino de carbón

Claves que compruebo en los casos de molinos de carbón

Así es como estructuro mi inspección:

El carbón es menos abrasivo que el clínker, por lo que no necesitamos una dureza extrema. Pero sí sufrimos fuertes impactos de piedras y cuerpos extraños. Suelo elegir materiales en la gama HRC 48-56 con mayor dureza al impacto y buena resistencia a las grietas. También cambiamos la forma de los bordes para evitar esquinas afiladas y labios finos que se rompen con facilidad. La calidad de la fundición es muy importante aquí. Los defectos ocultos se convierten en iniciadores de grietas por impacto. Por eso exigimos pruebas no destructivas estrictas en las piezas compuestas y de aleación. En cuanto a las operaciones, recuerdo a los equipos que utilicen detectores de metales, imanes y cribados sencillos. He visto grandes mejoras en la vida útil de los manguitos simplemente impidiendo que las piedras grandes y el metal entren en el molino.

¿Debo dar prioridad a la resistencia a los impactos o a la dureza superficial de mis materiales de trabajo?

Cuando participo en reuniones con equipos de proceso y mantenimiento, a menudo una parte quiere más dureza y la otra, más tenacidad. Ambos tienen buenas razones basadas en su dolor cotidiano.

Si su principal problema es el desgaste rápido y uniforme, dé prioridad a la dureza. Si su principal problema es el astillado, desconchado o agrietamiento, priorice la resistencia al impacto. En la mayoría de los VRM, primero fijamos la dureza y luego nos aseguramos de que la tenacidad sea lo suficientemente alta como para no fallar.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)prioridad impacto vs dureza

Simple lógica de decisión que utilizo

A menudo dibujo una pequeña mesa en la pizarra:

No tenemos que elegir uno y olvidarnos del otro. En lugar de eso, decidimos cuál dirige el diseño. Para una línea de molienda de escoria con un lecho estable y un buen control del proceso, me siento seguro para aumentar la dureza, incluso con zonas cerámicas. Para una línea en la que el grosor del lecho es inestable o hay cuerpos extraños, le digo al equipo que la resistencia a los impactos debe ir por delante. En Dafang-Casting, nuestro enfoque de ingeniería de estilo wenetting parte siempre del modo de fallo, no de los números de dureza del catálogo.

¿Por qué importa más la tenacidad cuando mi molino manipula clínker o materiales de alto impacto?

Mucha gente piensa que la molienda de clínker sólo necesita una dureza elevada porque el clínker es muy abrasivo. Pero en realidad, el clínker también puede comportarse como un duro martillo cuando entran en el molino grandes terrones.

La dureza es importante en la molienda de clínker porque los grandes trozos y anillos de clínker generan fuertes cargas locales de impacto y flexión. Sin una dureza suficiente, los rodillos de alta dureza pueden astillarse en los bordes y desconcharse bajo estas cargas de choque.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)dureza al impacto del clínker

Qué ocurre realmente en los VRM de clínker

En los VRM de clinker, veo dos patrones:

La elevada dureza ayuda a reducir el desgaste normal por deslizamiento de la superficie. Pero cuando una gran bola de clínker pasa por debajo del rodillo, la energía del impacto va a parar a una pequeña zona de contacto. Si el material no puede deformarse ligeramente y recuperarse, se forman microfisuras que más tarde se convierten en virutas visibles. Los revestimientos y anillos de la mesa también pueden levantar el rodillo y crear tensiones de flexión en el manguito. La dureza permite que el material resista estas situaciones sin fracturarse repentinamente. Por eso prefiero un equilibrio entre dureza y tenacidad para el clinker, no una estrategia de "sólo dureza". Los compuestos metal-cerámica ayudan en este caso porque la matriz de acero sigue aportando ductilidad alrededor de las zonas muy duras.

¿Cómo puedo verificar las prestaciones reales de dureza-resistencia de los manguitos de rodillo que compro?

Muchos compradores sólo reciben una hoja de prueba de dureza y un análisis químico básico. Esto no basta para juzgar el rendimiento real. Siempre animo a las plantas a pedir más datos reales.

Para verificar el rendimiento de la dureza-tenacidad, solicito informes de ensayo completos: dureza en toda la sección, valores de tenacidad al impacto, fotos de la microestructura, informes de END y, si es posible, análisis de la pieza desgastada después del servicio.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)dureza tenacidad calidad verificación

Lo que pido a los proveedores (y doy a mis clientes)

Aquí tienes una lista de control que yo utilizo:

La dureza no debe ser un único punto en la superficie. Un perfil desde la superficie hasta el núcleo nos indica si el manguito será estable bajo carga. Los valores de impacto Charpy a temperatura ambiente y alta temperatura dan una idea de cómo se comporta el material en condiciones reales de funcionamiento. Las imágenes de microestructura muestran si los carburos son finos y están bien distribuidos o si existen redes frágiles. Las pruebas no destructivas, como los ultrasonidos, los rayos X y la inspección por partículas magnéticas, detectan contracciones y grietas antes de la entrega. Después de cierto tiempo de servicio, me gusta cortar un rodillo desgastado para analizarlo. Esto cierra el círculo entre las pruebas de laboratorio y el comportamiento real de desgaste y nos ayuda a ajustar futuros pedidos.

¿Cómo elijo el material compuesto adecuado para mi molino y material de alimentación específicos?

Con tantas opciones de materiales compuestos en el mercado, muchas fábricas se sienten perdidas. Oyen palabras como "bimetálico", "metalocerámico", "tachonado" y "revestido", pero no saben cuál encaja con su molino.

Elijo los materiales compuestos teniendo en cuenta el tipo de molino, la dureza del material, el tamaño de las partículas, el nivel de impacto y el historial de fallos. A continuación, comparo estos datos con diferentes estructuras de materiales compuestos y rangos de dureza y resistencia.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)elegir material compuesto vrm

Cómo hago coincidir el tipo de compuesto con las condiciones del molino

A menudo utilizo una simple tabla de selección como primer filtro:

En Dafang-Casting, diseñamos la forma, el espaciado y la profundidad de la cerámica en función del tamaño de la alimentación y la distribución de la presión. En el caso de alimentación suave pero grande, evitamos exponer demasiada cerámica para reducir el astillado. Para materiales muy abrasivos pero finos, exponemos más cerámica para maximizar la vida útil. La composición de la matriz metálica y la dureza también pueden ajustarse para cada caso. Siempre relaciono la elección final con lo que el usuario ha visto antes: desgaste rápido, astillado de los bordes o grandes desconchados. La elección correcta del material compuesto es la que elimina el modo de fallo dominante, no la que tiene los números de catálogo más agresivos.

Conclusión

En mi trabajo con molinos verticales, he aprendido que los números de dureza por sí solos nunca cuentan toda la historia. La vida real en el molino siempre mezcla abrasión e impacto, por lo que debemos diseñar tanto la dureza como la tenacidad de forma conjunta. Si desea ayuda para seleccionar rodillos compuestos de metal-cerámica u otras piezas de desgaste con el equilibrio adecuado, nuestro equipo de Dafang-Casting y nuestro soporte de ingeniería de estilo wenetting pueden trabajar con el equipo de su planta para ampliar la vida útil, reducir el tiempo de inactividad y mantener sus VRM, molinos de crudo y molinos de carbón funcionando de forma segura y sin problemas.