Dureté ou ténacité : Ce qui compte vraiment pour les pièces d'usure des broyeurs verticaux

Lorsque mes manchons de rouleaux tombaient en panne prématurément, j'accusais d'abord la "faible dureté". Puis j'ai vu des rouleaux très durs se fissurer en quelques mois alors que des rouleaux plus souples duraient parfois plus longtemps. C'est à ce moment-là que j'ai commencé à examiner de près la dureté, l'impact et les conditions de travail réelles.

La dureté détermine la vitesse d'usure de la surface. La ténacité contrôle la vitesse à laquelle la pièce se casse. Pour les broyeurs verticaux, la durée de vie réelle dépend de la recherche d'un équilibre entre les deux, en fonction du niveau d'impact, de la taille de l'alimentation et du mode de défaillance dominant, et non de la dureté seule.

%(一定要是百分比键，而不是感叹号)Dureté et ténacité des manchons de rouleaux VRM

Je souhaite aborder les questions exactes que de nombreuses équipes d'usine me posent sur le terrain. Je ne parlerai pas seulement des chiffres de laboratoire, mais aussi de la façon dont les manches se comportent lorsque le broyeur vibre, que l'alimentation change ou qu'une grosse boule de clinker tombe dans la zone de broyage. J'espère que cela vous aidera à aborder la dureté et la ténacité d'une manière plus simple et plus pratique.

Pourquoi mes manchons à rouleaux VRM sont-ils défectueux alors que la dureté est élevée ?

De nombreux ingénieurs me disent : "Le fournisseur a donné HRC 60, mais le manchon s'est quand même fissuré". J'ai entendu cela très souvent. Je comprends leur frustration, car sur le papier, tout semble parfait.

Une dureté élevée ne suffit pas à empêcher la fissuration ou l'écaillage. Si la microstructure est fragile ou si la ténacité est faible, les manchons très durs peuvent se rompre prématurément sous l'effet d'un impact, d'une vibration ou d'une contrainte locale, même si la valeur de l'essai de dureté semble impressionnante.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)fissuration des manchons VRM à haute dureté

Ce que cache une grande dureté

Lorsque je visite des usines, je vois souvent des manches avec :

Les fournisseurs poussent parfois la teneur en carbone et en alliages pour obtenir une dureté plus élevée, puis refroidissent la pièce moulée trop rapidement. Le pistolet de dureté indique HRC 60+, ce qui rassure tout le monde. Mais la matrice devient pleine de grands carbures dans un réseau fragile. Sous la pression du laminage et l'impact soudain d'une alimentation surdimensionnée, des microfissures apparaissent à ces points faibles. Elles se rejoignent et provoquent la chute de morceaux de surface. Dans un VRM, la charge n'est pas statique. La pression varie, l'épaisseur du lit n'est pas constante et les rouleaux glissent et vibrent. Dans cet environnement réel, une dureté légèrement inférieure avec un support plus ductile donne souvent de meilleurs résultats qu'une structure "très dure mais vitreuse".

Comment puis-je équilibrer la dureté et la résistance pour prolonger la durée de vie de mes manchons ?

Je vois souvent des usines passer de matériaux "super durs" à des matériaux "très durs" après un mauvais échec. Elles constatent alors que l'usure devient trop rapide. Ce va-et-vient coûte du temps, de l'argent et de la confiance au sein de l'usine.

Pour équilibrer la dureté et la résistance, j'examine d'abord le principal mode de défaillance. Si l'usure est la limite, j'augmente la dureté tout en préservant la ténacité. Si la fissuration est la limite, j'ajuste l'alliage et le traitement thermique pour augmenter la ténacité, même si la dureté diminue légèrement.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)tableau d'équilibre de la dureté et de la ténacité

Une façon simple de penser l'équilibre

J'aime avoir une table très simple lorsque je discute avec des équipes :

Pour trouver le bon équilibre, nous utilisons la conception de l'alliage et le traitement thermique. Par exemple, nous pouvons affiner les carbures, éviter les réseaux fragiles continus et conserver une matrice solide mais plus ductile. Avec les conceptions composites métal-céramique, je peux placer des zones très dures là où l'usure par glissement est la plus forte, et de l'acier plus résistant dans les régions qui subissent des chocs et des flexions. Dans la pratique, je ne recherche pas une valeur de dureté magique unique. Je définis une plage de dureté ainsi qu'un objectif de résistance aux chocs (comme une valeur Charpy) qui correspond au type de broyeur, à la pression et à l'alimentation. Cette combinaison permet d'obtenir une durée de vie beaucoup plus stable que la dureté seule.

Pourquoi ma pièce d'usure actuelle se fissure-t-elle sous l'effet des chocs ?

De nombreux utilisateurs me disent que le manchon semble en bon état au départ. Mais après un arrêt important ou le passage d'une grosse pièce métallique, ils découvrent une fissure à la surface. Parfois, le broyeur se déclenche d'abord en raison d'une forte vibration.

Les fissures sous les charges d'impact signifient généralement que le matériau ne peut pas absorber l'énergie du choc. La matrice est trop fragile, la conception crée une concentration de contraintes, ou le moulage et le traitement thermique ont laissé des défauts cachés qui se développent sous l'effet de l'impact.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)impact cracking vrm roller

Ce que l'impact fait réellement à l'intérieur du manchon

J'aime diviser la question en trois parties :

Un seul impact lourd envoie une onde de stress à travers le manchon. Si la structure est pleine de carbures grossiers dans un réseau faible, les fissures commencent à ces points. Si des défauts de coulée tels que la porosité ou le retrait se trouvent sous la surface, l'impact peut les transformer en macro-fissures. Les arêtes vives et les sections fines augmentent également les contraintes locales. J'ai vu des manchons dont les rapports de dureté étaient parfaits, mais dont les données de résistance aux chocs étaient nulles. Dans notre travail, nous demandons toujours des essais d'impact, des essais de flexion et parfois même une analyse des fractures après rupture. Nous pouvons ainsi déterminer si le manchon s'est rompu parce que le matériau n'a pas pu se plier et se rétablir en cas de choc réel.

Comment les rouleaux composites métallo-céramiques améliorent-ils la résistance de mon système VRM ?

Lorsque j'ai introduit pour la première fois des manchons composites métal-céramique dans une usine, les gens craignaient que la céramique ne rende le manchon plus fragile. Ils pensaient que "céramique" signifiait "fragile comme le verre". Les résultats obtenus sur le terrain les ont surpris.

Les rouleaux composites métal-céramique utilisent des zones céramiques très dures intégrées dans une matrice métallique résistante. Ils améliorent la résistance du système car la matrice supporte les chocs et la flexion, tandis que la céramique absorbe la majeure partie de l'abrasion à la surface.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)rouleau vrm en composite métal-céramique

Fonctionnement de la structure composite

J'explique généralement la structure de la manière suivante :

Dans les conceptions composites de Dafang-Casting, nous plaçons de la céramique dans la surface d'usure où le matériau glisse et se meule. La matrice qui l'entoure est un alliage d'acier spécialement conçu, d'une dureté contrôlée et d'une bonne résistance aux chocs. Cette combinaison signifie que la céramique protège contre l'usure, tandis que l'acier prévient les ruptures fragiles. La clé, c'est la liaison. Nous utilisons un procédé composite centrifuge pour que la céramique et le métal soient bien fusionnés et ne se séparent pas en service. Lorsque le rouleau rencontre un gros clinker ou une bavette métallique, la partie métallique absorbe la majeure partie du choc. Cela empêche la céramique de se briser et le manchon dans son ensemble de se fissurer. En pratique, les conceptions composites peuvent donc augmenter la durée de vie et la résistance du système lorsqu'elles sont conçues correctement.

Quel niveau de dureté est réellement adapté aux conditions de mon ciment ou de mon broyeur de cru ?

On me demande souvent par téléphone le "numéro HRC idéal". Les gens veulent une réponse simple comme "utilisez HRC 60 pour tout". Mais j'ai constaté que cela ne fonctionne pas pour tous les moulins et toutes les matières premières.

La dureté appropriée dépend du type de matériau, de la taille des particules, de la pression et du niveau d'impact. Les broyeurs bruts utilisent souvent une dureté légèrement inférieure avec une ténacité plus élevée, tandis que les broyeurs à ciment de finition et les broyeurs à laitier peuvent utiliser une dureté plus élevée si l'impact est contrôlé.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)gamme de dureté du broyeur de ciment

Plages de dureté typiques que j'utilise comme point de départ

Il s'agit d'un tableau de départ simple que j'utilise lors de mes entretiens (les valeurs sont des fourchettes générales, la conception réelle nécessite plus de détails) :

Dans les broyeurs bruts, le gros calcaire tendre frappe les rouleaux sous haute pression. Je préfère une dureté un peu plus faible mais une matrice forte et résistante. Dans les broyeurs de finition de ciment, le clinker est plus abrasif, une dureté plus élevée est donc utile tant que la conception empêche les impacts importants. Pour le laitier, le matériau est très abrasif, les composites céramiques ou les alliages à dureté plus élevée ont donc du sens, mais là encore avec une ténacité sûre. Les broyeurs à charbon sont souvent confrontés à des corps étrangers tels que des pierres ou des métaux ; dans ce cas, la ténacité des bords est essentielle. Ces valeurs ne sont pas des règles fixes. Je vérifie toujours le mode de défaillance principal et le comportement antérieur du manchon avant de donner une cible de dureté finale.

Comment puis-je réduire l'écaillage et la fissuration des manchons de rouleaux de mon broyeur à charbon ?

Les broyeurs à charbon sont souvent ceux qui donnent le plus de fil à retordre. J'ai vu des manchons se briser en morceaux près des bords et provoquer de graves vibrations. De nombreuses usines considèrent cela comme "normal", mais il n'est pas nécessaire qu'il en soit ainsi.

Pour réduire l'écaillage et la fissuration des manchons de broyeurs à charbon, je me concentre sur des alliages plus résistants, une meilleure conception des arêtes, un contrôle strict de la qualité du moulage et des pratiques d'exploitation qui limitent la pénétration de métal et de pierre et les changements de charge soudains.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)écaillage des rouleaux de broyeurs à charbon

Les clés que je vérifie dans les cas de broyage de charbon

Voici comment je structure mon inspection :

Le charbon est moins abrasif que le clinker, nous n'avons donc pas besoin d'une dureté extrême. En revanche, les pierres et les corps étrangers ont un impact important. Je choisis généralement des matériaux dont la dureté est comprise entre 48 et 56 HRC et qui présentent une plus grande résistance aux chocs et une bonne résistance aux fissures. Nous modifions également la forme des arêtes pour éviter les angles vifs et les lèvres minces qui se cassent facilement. La qualité du moulage est très importante à cet égard. Les défauts cachés deviennent des amorces de fissures sous l'effet de l'impact. Nous insistons donc pour que les pièces composites et en alliage fassent l'objet d'essais non destructifs rigoureux. En ce qui concerne les opérations, je rappelle aux équipes qu'elles doivent utiliser des détecteurs de métaux, des aimants et un simple filtrage. J'ai constaté d'importantes améliorations dans la durée de vie des manchons, simplement en empêchant les grosses pierres et le métal d'entrer dans le moulin.

Dois-je privilégier la résistance aux chocs ou la dureté de la surface pour mes matériaux d'exploitation ?

Lorsque je participe à des réunions avec des équipes chargées des processus et de la maintenance, il arrive souvent qu'une partie souhaite plus de fermeté et l'autre plus de dureté. Ils ont tous deux de bonnes raisons basées sur leur souffrance quotidienne.

Si votre principal problème est une usure rapide et uniforme, donnez la priorité à la dureté. Si votre principal problème est l'écaillage, l'effritement ou la fissuration, donnez la priorité à la résistance aux chocs. Dans la plupart des VRM, nous définissons d'abord la dureté, puis nous nous assurons que la ténacité est suffisamment élevée pour ne pas échouer.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)priorité à l'impact et à la dureté

Logique de décision simple que j'utilise

Je dessine souvent une petite table sur le tableau blanc :

Il n'est pas nécessaire de choisir l'un et d'oublier l'autre. Au contraire, nous décidons lequel mène la conception. Pour une ligne de broyage de scories avec un lit stable et un bon contrôle du processus, je me sens en sécurité en poussant la dureté à un niveau élevé, même avec des zones céramiques. Pour une ligne où l'épaisseur du lit est souvent instable ou où il y a des corps étrangers, je dis à l'équipe que c'est la résistance à l'impact qui doit primer. À Dafang-Casting, notre approche d'ingénierie de type wenetting part toujours du mode de défaillance, et non des chiffres de dureté du catalogue.

Pourquoi la ténacité est-elle plus importante lorsque mon broyeur traite du clinker ou des matériaux à fort impact ?

De nombreuses personnes pensent que le broyage du clinker ne nécessite qu'une dureté élevée, car le clinker est très abrasif. Mais en réalité, le clinker peut aussi se comporter comme un marteau dur lorsque de gros morceaux entrent dans le broyeur.

La ténacité est importante dans le broyage du clinker car les gros morceaux et anneaux de clinker créent de fortes charges locales d'impact et de flexion. Sans une ténacité suffisante, les rouleaux à dureté élevée peuvent s'ébrécher sur les bords et s'effriter sous l'effet de ces chocs.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)Résistance à l'impact du clinker

Ce qui se passe réellement dans les VRM de clinker

Dans les VRM de clinker, je vois deux schémas :

Une dureté élevée permet de réduire l'usure normale par glissement de la surface. Mais lorsqu'une grosse bille de clinker passe sous le rouleau, l'énergie de l'impact est répartie sur une petite zone de contact. Si le matériau ne peut pas se déformer légèrement et se rétablir, des microfissures se forment et deviennent plus tard des copeaux visibles. Les revêtements et les anneaux de la table peuvent également soulever le rouleau et créer des contraintes de flexion dans le manchon. La ténacité permet au matériau de faire face à ces événements sans se rompre brusquement. C'est pourquoi je préfère un équilibre entre dureté et ténacité pour le clinker, plutôt qu'une stratégie "dureté seulement". Les composites métal-céramique sont utiles à cet égard, car la matrice d'acier conserve sa ductilité autour des zones très dures.

Comment puis-je vérifier les performances réelles de dureté des manchons que j'achète ?

De nombreux acheteurs ne reçoivent qu'une feuille de test de dureté et une analyse chimique de base. Ce n'est pas suffisant pour juger des performances réelles. J'encourage toujours les usines à demander plus de données réelles.

Pour vérifier les performances en matière de dureté et de ténacité, je demande des rapports d'essai complets : dureté en coupe, valeurs de ténacité, photos de la microstructure, rapports d'essais non destructifs et, si possible, analyse de la pièce usée après service.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)dureté ténacité vérification de la qualité

Ce que je demande aux fournisseurs (et ce que je donne à mes clients)

Voici une liste de contrôle que j'utilise :

La dureté ne doit pas se limiter à un seul point de la surface. Un profil de la surface à l'âme nous indique si le manchon sera stable sous charge. Les valeurs de résilience Charpy à température ambiante et à haute température donnent une idée du comportement du matériau dans des conditions réelles d'utilisation. Les images de la microstructure montrent si les carbures sont fins et bien répartis ou s'il existe des réseaux fragiles. Les essais non destructifs, tels que les contrôles par ultrasons, par rayons X et par magnétoscopie, permettent de détecter les retassures et les fissures avant la livraison. Après un certain temps d'utilisation, j'aime découper un rouleau usé pour l'analyser. Cela permet de boucler la boucle entre les essais en laboratoire et le comportement réel de l'usure et nous aide à ajuster les commandes futures.

Comment choisir le matériau composite le mieux adapté à mon moulin et à mon produit d'alimentation ?

Face à la multitude d'options composites disponibles sur le marché, de nombreuses usines se sentent perdues. Elles entendent des mots tels que "bimétal", "métal-céramique", "clouté" et "revêtu", mais elles ne savent pas lequel correspond à leur usine.

Je choisis les matériaux composites en fonction du type de broyeur, de la dureté du matériau, de la taille des particules, du niveau d'impact et de l'historique des défaillances. Je les associe ensuite à différentes structures composites et à différentes plages de dureté.

%(一定要是百分比键，而不是叹号)choisir le matériau composite vrm

Comment faire correspondre le type de composite aux conditions de l'usine

J'utilise souvent un simple tableau de sélection comme premier filtre :

Chez Dafang-Casting, nous concevons la forme, l'espacement et la profondeur de la céramique en fonction de la taille de l'aliment et de la répartition de la pression. Dans le cas d'une alimentation douce mais importante, nous évitons d'exposer trop de céramique pour réduire l'écaillage. Pour les matériaux très abrasifs mais fins, nous exposons plus de céramique pour maximiser la durée de vie. La composition de la matrice métallique et la dureté peuvent également être adaptées à chaque cas. Je lie toujours le choix final à ce que l'utilisateur a vu auparavant : usure rapide, écaillage des bords ou écaillage important. Le bon choix de composite est celui qui élimine le mode de défaillance dominant, et non celui dont les numéros de catalogue sont les plus agressifs.

Conclusion

Dans mon travail avec les broyeurs verticaux, j'ai appris que les chiffres de dureté à eux seuls ne disent jamais tout. La vie réelle dans le broyeur mélange toujours l'abrasion et l'impact, c'est pourquoi nous devons concevoir à la fois la dureté et la ténacité. Si vous souhaitez obtenir de l'aide pour sélectionner des rouleaux composites métal-céramique ou d'autres pièces d'usure présentant le bon équilibre, notre équipe Dafang-Casting et notre support d'ingénierie de style wenetting peuvent travailler avec l'équipe de votre usine pour prolonger la durée de vie, réduire les temps d'arrêt et assurer la sécurité et le bon fonctionnement de vos broyeurs verticaux, de vos broyeurs de matières premières et de vos broyeurs de charbon.