Comment la pression des rouleaux affecte-t-elle le choix des matériaux de mes pièces d'usure ?

Dans l'usine, je vois souvent des gens qui cherchent à augmenter le rendement en augmentant la pression des rouleaux. Le broyeur commence alors à vibrer, la température du manchon augmente et l'usure s'aggrave. Le problème est simple. La pression modifie l'ensemble du mode de défaillance. Si je choisis un matériau par habitude, je le paie par des fissures, des écaillages et des arrêts prématurés.

La pression du rouleau détermine la contrainte de contact, la chaleur et la charge de fatigue sur la surface du manchon, et décide donc si je dois privilégier la dureté, la ténacité ou une structure composite. Lorsque la pression augmente, l'usure par abrasion et par fatigue s'accroît rapidement, et le choix "sûr" d'une haute teneur en chrome devient souvent un choix risqué.

Je l'ai appris à mes dépens. J'ai vu un jour un manchon qui semblait "assez dur" échouer rapidement parce qu'il n'était pas assez résistant pour les véritables pics de pression. Après cela, j'ai cessé de me demander seulement "Quelle est la dureté ?" et j'ai commencé à me demander "Quel est l'effet de la pression sur ma surface et sur mon cœur ?"

Pourquoi une pression de rouleau plus élevée accélère-t-elle l'usure de mes composants de broyage ?

Une pression plus élevée n'est pas simplement "plus de force". Elle modifie ce qui se passe au niveau de la ligne de contact. Si je ne respecte pas cela, l'usure augmente rapidement et les défaillances surviennent plus tôt que prévu.

Lorsque la pression du rouleau est plus élevée, la contrainte de contact augmente. Si la dureté n'est pas assez élevée, la surface subit une déformation plastique. La surface devient alors rugueuse et les particules abrasives s'enfoncent plus profondément. La pression augmente également la surface de contact réelle au niveau micro, de sorte que l'usure de l'adhésif peut augmenter. En outre, la charge cyclique devient plus lourde, de sorte que l'usure par fatigue passe au premier plan. Une fois que la fatigue commence, je vois apparaître des microfissures, puis des liaisons de fissures, et enfin un écaillage.

Lorsque j'analyse la situation pour une équipe de maintenance, j'utilise une carte simple. La pression détermine le mode d'usure qui domine, et c'est ce qui détermine le matériau.

D'après mon expérience, dès que la pression devient "élevée", je ne fais plus confiance aux aciers simples. Je commence à chercher un système capable de supporter la charge, de résister à la coupe et d'arrêter la croissance des fissures en même temps.

Comment choisir le matériau du manchon du rouleau en fonction des différents niveaux de pression ?

Choisir en fonction de la pression, c'est en fait choisir en fonction du stress et de la fatigue. Si je fais correspondre le matériau à la bande de pression, je réduis les surprises et je peux planifier les arrêts.

Je fais correspondre les basses pressions avec des alliages d'usure rentables, les pressions moyennes avec des systèmes améliorés en phase dure, et les hautes pressions avec des structures composites ou graduées qui conservent la dureté à la surface et la ténacité dans le corps. L'objectif n'est pas une dureté maximale. L'objectif est une usure stable sans fissures.

Voici comment je procède sur place. Je commence par la pression, puis j'ajoute l'abrasivité de l'aliment, l'humidité et l'historique des vibrations. Je choisis ensuite une "famille" de matériaux.

Je m'en tiens également à une règle : si la pression est élevée et que le broyeur présente des pics de pression, je donne la priorité à la ténacité et à la résistance à la fatigue, puis j'ajoute la dureté. Cette règle permet d'éviter de nombreux écaillages.

Que se passe-t-il si le matériau de mon manchon ne résiste pas à la pression du broyeur ?

Lorsque le matériel est mal conçu pour la pression, le broyeur ne tombe pas en panne de manière polie. Il tombe en panne d'une manière qui fait perdre du temps à la production.

Si la dureté est trop faible, je constate une déformation plastique, une perte de profil rapide et une usure irrégulière. Cela provoque des vibrations, le contact se détériore et l'usure s'accélère à nouveau. Si la ténacité est trop faible, je vois des fissures à la surface, puis les fissures s'agrandissent sous l'effet de la charge cyclique, puis l'écaillage commence. Lorsque l'écaillage commence, la surface devient rugueuse et le lit devient instable. Le broyeur consomme plus d'énergie et l'opérateur augmente la pression pour récupérer. Cela accélère les dégâts.

Je l'explique par une réaction en chaîne :

C'est pourquoi je n'accepte pas comme preuve que "ça marchait avant". Si l'usine a augmenté la pression du rouleau, l'ancienne preuve n'existe plus.

Comment le composite métallo-céramique se comporte-t-il sous la pression d'un rouleau ?

La haute pression punit les matériaux qui ne sont que durs ou résistants. Un composite métallo-céramique peut survivre parce qu'il répartit le travail sur plusieurs phases.

Sous la pression élevée des rouleaux, le composite métal-céramique conserve une surface d'usure dure pour résister à la coupe, tandis que la matrice métallique offre une ténacité et un support de charge qui ralentissent la croissance des fissures. Bien réalisée, elle permet également d'éviter les grandes zones de fragilité qui déclenchent l'écaillage.

Lorsque j'examine les performances sous pression, je m'intéresse à trois éléments : les contraintes de contact, les cycles de fatigue et l'arrêt des fissures. Un bon composite comporte une phase dure pour résister à l'abrasion et une phase plus dure pour arrêter les fissures. Il peut également être conçu de manière graduelle, de sorte que la surface est plus dure et l'intérieur plus résistant. C'est important parce que la surface est soumise à l'usure, mais le corps est soumis à la flexion et aux chocs.

Dans les projets de coulée Dafang, je m'attache à maintenir la phase céramique stable et bien collée, car c'est à haute pression que les faiblesses de collage apparaissent en premier.

Pourquoi les rouleaux traditionnels à haute teneur en chrome se brisent-ils sous l'effet de la haute pression ?

Le fer à haute teneur en chrome résiste bien à l'abrasion, mais la pression transforme la bataille en fatigue et en fissures. C'est là qu'il peut perdre.

Les rouleaux traditionnels à haute teneur en chrome reposent sur des carbures durs dans une matrice fragile. Sous la pression élevée du rouleau, la charge cyclique provoque des microfissures aux interfaces carbure-matrice et dans les zones fragiles. Une fois que les fissures apparaissent, elles se développent rapidement car le matériau a une ténacité limitée. Si la pièce coulée présente des carbures grossiers ou une ségrégation, le chemin de la fissure devient encore plus facile. En cas de pics de pression, j'observe souvent des fissures superficielles, puis un écaillage, même si le taux d'usure moyen semble correct.

Il s'agit du problème de la pression dans un tableau :

Je ne dis donc pas que la haute teneur en chrome est "mauvaise". Je l'appelle "limité par la pression". Si la pression est élevée, j'opte pour des dessins qui combattent la fatigue, et pas seulement l'abrasion.

Comment une sélection appropriée des matériaux peut-elle réduire la fissuration sous la pression des rouleaux ?

La fissuration sous pression n'est pas résolue par la seule dureté. La fissuration est résolue en contrôlant la contrainte, en arrêtant le début de la fissure et en ralentissant la croissance de la fissure.

Je réduis la fissuration en choisissant un manchon suffisamment robuste et résistant à la fatigue pour supporter les pics de pression, et en utilisant une structure qui maintient les phases dures fines et bien soutenues. Dans de nombreuses usines, cela signifie passer d'alliages monolithiques à des solutions composites ou graduelles.

Dans la pratique, je recherche ces signaux de conception :

Je rappelle également aux équipes que des pointes de pression provenant d'un lit instable peuvent fissurer n'importe quel matériau. Le choix du matériau réduit le risque, mais une opération stable termine le travail.

La pression des rouleaux influence-t-elle la durée de vie et le coût par tonne de mon broyeur ?

Oui, et souvent d'une manière qui n'est pas linéaire. Une faible augmentation de la pression peut réduire la durée de vie bien plus que ce à quoi les gens s'attendent.

Une pression plus élevée augmente le taux d'usure et les dommages dus à la fatigue par heure. Les intervalles d'entretien s'en trouvent réduits. La fréquence des arrêts augmente alors. Le coût réel par tonne augmente alors, car les temps d'arrêt sont coûteux. Même si un manchon moins cher a un prix unitaire inférieur, il peut coûter plus cher par tonne s'il oblige à des arrêts supplémentaires ou s'il cause des dommages par vibration à d'autres pièces.

J'aime l'illustrer par une simple vue du coût par tonne :

C'est pourquoi je considère que la "remplaçabilité" fait partie de la sélection. À haute pression, je veux une durée de vie prévisible plus que le prix d'achat le plus bas.

Comment faire correspondre la pression des rouleaux avec la résistance à l'usure et la ténacité ?

La pression impose un compromis. Si je ne recherche que la résistance à l'usure, je risque d'obtenir un manchon fragile. Si je ne recherche que la ténacité, je peux obtenir une usure rapide. Le compromis est l'équilibre.

J'adapte la pression des rouleaux en sélectionnant un système de matériaux qui présente une dureté superficielle élevée pour l'abrasion et une ténacité et une résistance à la fatigue suffisantes pour éviter la fissuration et l'écaillage. À haute pression, je préfère les modèles composites ou gradués qui remplissent les deux fonctions.

J'utilise ce guide de décision :

Je surveille également l'usure de l'adhésif et le grippage à haute pression. Si le frottement est élevé, je choisis des systèmes qui réduisent le frottement et résistent à l'adhérence, et pas seulement une dureté plus élevée.

Comment optimiser la pression des cylindres et la sélection des matériaux pour un fonctionnement stable du broyeur ?

Si je veux un fonctionnement stable, je ne peux pas traiter la pression et le matériau comme deux boutons distincts. Ils fonctionnent comme un seul système. Un meilleur manchon peut permettre une pression plus sûre. Un meilleur contrôle de la pression peut permettre d'utiliser des matériaux plus simples. Le meilleur résultat est un lit de broyage stable et une usure prévisible.

J'optimise en réglant d'abord la pression du rouleau pour la stabilité du lit, puis en sélectionnant un matériau de manchon qui correspond à la pression maximale réelle et aux cycles de fatigue, et pas seulement à la pression moyenne. Cela permet de réduire les vibrations, les fissures et les arrêts imprévus.

Voici le flux de travail pratique que j'utilise :

Je me suis également fixé une règle stricte : si le broyeur a besoin d'une pression extrême pour rester productif, cela signifie souvent que les conditions de broyage ne sont pas stables. Il peut être moins coûteux d'améliorer la stabilité que d'acheter à chaque fois le manchon le plus exotique.

Conclusion

La pression des rouleaux détermine la contrainte de contact, la chaleur et la charge de fatigue, elle détermine donc ma stratégie en matière de matériaux d'usure. Lorsque la pression augmente, l'abrasion n'est qu'une partie de l'histoire, et la fissuration et l'écaillage deviennent le véritable risque. J'obtiens les meilleurs résultats lorsque j'adapte le niveau de pression et les pics de pression à un matériau qui équilibre la dureté de surface et la ténacité à cœur. Lorsque la pression est élevée, j'opte souvent pour le composite métal-céramique de Dafang-Casting, car il conserve sa résistance à l'usure tout en luttant contre les dommages dus à la fatigue, de sorte que l'usine reste stable et que les coûts par tonne diminuent.