国内外耐磨衬板发展现状摘要：本文针对冶金机械中刮板机衬板，铁矿烧结机衬板，球磨机衬板，运煤系统等的磨损问题，对国内外常用各类耐磨衬板进行对比，指出各类耐磨衬板的耐磨性能，耐高温性能，抗冲击性能及经济效益的优劣，并指出其所适合的工况类别，最后展望了国内外耐磨衬板领域研究的发展趋势。
关键词：耐磨白口铸铁衬板；高锰钢衬板；磁性衬板；双金属复合耐磨板；合金衬板耐磨衬板，是指耐磨钢板通过切割、卷板变形、打孔和焊接等生产工艺加工，用于运输和丌采设备上的耐磨部件。
冶金、矿山、机械、铁路、建材、煤炭、电力、化工、农机和军工等各部门均使用大量的耐磨材料。
目前，国内外广泛使用高锰钢作为设备耐磨材料的首选。
然而许多研究结果表明，在弱冲击载荷作用下，高锰钢并不耐磨。
因为水韧处理后的高锰钢，初始硬度低(仅HRC20左右)，在中等冲击载荷作用下不能产生足够的加工硬化，导致强度和韧性均不足。
所以国内外纷纷研制新的耐磨材料取代高锰钢作为新的耐磨材料。
选择适应不同情况的衬板材料可使物流顺畅，经久耐用，是实现安全、文明生产的一大课题。
1.耐磨白口铸铁衬板耐磨白口铸铁可分为普通白口铸铁和高铬白口铸铁两个发展阶段。
是历史上主要的耐磨件。
1.1普通白口铸铁在战国时期出土的农具文物金相组织中发现了蠕虫样石墨组织，这就是可锻铸铁，成分测定表明其为低硅高碳高锰高硫的完全白口组织[1]。
普通白口铸铁合金元素含量很低，硬质点少，显微组织是P+网状渗碳体或低温莱氏体。
网状渗碳体脆性大，裂纹倾向明显，极易断裂和磨损失效。
但是由于它生产工艺简单，在历史上被应用了很长一段时间。
一些学者对白口铸铁的微合金化做了不少研究，一定程度上改善了白口耐磨铸铁的力学性能和使用性能。
白口铸铁在等温淬火热处理后得到贝氏体组织，内部的粒状的共晶碳化物可以提高冲击韧性，被用来制造小型耐磨衬板[2]。
不添加合金元素的普通白口铸铁，工程上被应用于：（1）耐磨性要求不高的抗磨铸件。
（2）可锻铸铁白口胚件。
用于抗磨铸件的化学成分特点为含碳量高、含硅量低，目的是增加渗碳体数量提高耐磨性。
可锻铸铁白口胚件的成分却含硅相对偏高，含碳偏低，以加速石墨化退火过程，改善退火石墨形状。
1.2高铬铸铁其基体组织硬度很高，在低冲击载荷下能较好地抵抗切削磨损，铁铬碳化物颗粒作为硬质相镶嵌在基体上，基体起了支撑作用并能减缓切削效果，从而使高铬铸铁具备了很好的耐磨性。
其缺点是冲击韧性和抵抗裂纹扩展的能力差。
当载荷增大时容易在碳化物颗粒处萌生微裂纹，有可能使工件断裂而整体失效。
并且在冲击和凿削的双重作用下极易出现疲劳脆性，使耐磨性降低。
为克服上述缺点，近年来有学者研究开发了低合金耐一磨铸钢。
低合金耐磨铸钢冲击韧性高于铸铁，组织中贝氏体铁素体条与残余奥氏体薄膜相间排列，在大的冲击载荷下，残余奥氏体会诱发马氏体相变和塑性变形，可吸收30%以上的冲击功，减少裂纹的萌生与扩展，从而提高了整体耐磨性，可代替高铬铸铁作为新的耐磨件。
高铬铸铁具有优异的抗磨能力，良好的韧性和抗蚀性。
在采矿、水泥、电力、筑路机械、耐火材料等方面应用十分广泛，常见于衬板，锤头，磨球材质。
80年代以后更被广泛用于抛丸清理机的室体制作和抛丸器叶片、衬板的制作上，能非常有效防止高速密集的弹丸束击穿钢板壳体。
目前，高铬铸铁在高等级公路大型施工成套设备[3]中的应用范围正在扩大，具有广泛的应用前景。
2.高锰钢耐磨衬板高锰钢是历史最悠久的一种耐磨材料，是由英国Robert Hadfield于1882发明的，故亦称Hadfield钢[4]。
奥氏体高锰钢最初是在纯铁中加入锰铁得到的，经水淬后得到单相奥氏体组织。
1883年，Hadfield获得英国专利，在随后几年里测定了它的物理性能及工艺性能。
1892年，第一次使用这种材料制作铸件。
18%年确定了它的热处理的水淬温度。
1902年进一步确定了高锰钢铸件的水淬为980℃- 1050℃,以保证钢的韧性和强度。
后来经不断研究将碳含量大体确定为1.2%左右，锰含量定为12%-13%左右，并且一直沿用到现在[5][6]。
高锰钢作为一种优良的耐磨材料，它具有良好的耐磨性加工硬化，但如果工件受不到足够的冲击力或摩擦力，就不会产生充分的加工硬化现象，工件的耐磨性也就大为降低[7]。
对于厚大断面工件，芯部常常出现碳化物而降低其使用性能；寒冷条件下使用的高锰钢常出现脆断现象；而在湿磨条件下面临腐蚀磨损的向题[8]。
这些实际应用过程中经常出现的问题，又促使人们在的基础上寻找新的解决方法[9]。
在我国，从上世纪五六十年代起至今广泛使用高锰钢作为设备的耐磨材料。
高锰钢成了耐磨材料的代名词。
人们几乎把高锰钢作为一种万能的耐磨材料来使用，然而在实践过程中发现[11]，高锰钢的起始硬度低，如果在使用中不能发生加工硬化，就无法发挥高锰钢潜在的耐磨能力。
许多研究结果表明，在弱冲击载荷作用下，高锰钢并不耐磨。
因为水韧处理后的高锰钢，初始硬度低，仅为HRC20左右，对使用后的高锰钢衬板分析测试发现，其表面硬度只有HRC30-40，硬化层深度只有0.05-0.1cm，在中等冲击载荷作用下不能产生足够的加工硬化，强度和韧性均不足，是衬板磨损非常严重的原因所在。
高锰钢衬板可用于球磨机，破碎机,装载机,挖掘机,刀具,推土机挖斗及刀板,螺旋输送机等耐磨损结构件制作设备。
可采用气割加工,进行各种焊接.尽管钢板的强度很高,但冷弯性能良好,可进行冷加工成型。
高锰钢主要用途如下：（1）冶金工业：主要用在烧结和炼铁等、料仓衬板、料车、喉管、布料器及底座、料斗、管道、泵壳、破碎机部件、出渣槽、风机、振动筛等；（2）水泥工业：冲击盘、管道、泵壳、磨机内衬、破碎机零件、出渣槽、各种底盘、振动筛等；（3）电力工业：出灰管、料仓、风机叶片、燃烧器管线、输料槽和料斗内衬、破碎机部件、磨煤机部件、空气处理系统和运输机；（4）煤炭行业：主要用于洗选煤和采掘及矿物运输、卡车货槽衬板、料仓内衬、输料槽内衬、破碎机部、盖板、耐磨棒和耐磨板；高锰钢衬板用于冶金工业上时，主要被用于球磨机用耐磨衬板。
球磨机高锰钢衬板是用来保护球磨机筒体，使球磨机筒体免受研磨体和物料直接冲击和磨擦，同时也可利用不同形式的高锰钢衬板来调整研磨体的运动状态，以增强研磨体对物料的粉碎作用，有助于提高磨机的粉磨效率，增加产量，降低金属消耗。
球磨机高锰钢衬板有三大特点：（1）高耐磨、耐冲击：球磨机高锰钢衬板经科学合理的合金元素配方，使该球磨机衬板具有良好的理化性能，硬度HRC45－55以上，冲击韧性值25J以上，使用寿命是高锰钢的2倍以上。
能够承受巨大的冲击力度。
在工作中能长期保持衬板的表面形状，以保证磨机稳定提高5%以上的产量。
（2）高强度、高韧性：在球磨机高锰钢衬板淬火过程中，采用热稳定性能好的专用双介质淬火剂为介质，使产品达到高强度、高硬度和高韧性的配合，以满足了耐磨损的工艺要求。
（3）高性价比、适应性能强：球磨机高锰钢衬板经先进的工艺处理，它具有淬火硬度高、韧性值高的特点，使该高锰钢衬板具有良好的耐磨性能，与普通衬板相比，球磨机高锰钢衬板表现出了卓越的性价比。
能适应矿山湿磨、干磨、混合磨等。
高锰钢条形衬板是球磨机使用时间最长、最普遍的一种衬板，结构形式为高低结构，用压条和螺栓固接，但通过多年的使用发现:（1）噪音大。
浮选厂房球磨机附近的噪音高达100 dB，对操作者的身心健康，特别是对人的听力有很大的伤害。
（2）球磨机存在漏矿现象。
由于矿石和磨矿介质对衬板的冲击和对紧固螺栓的磨损，特别是磨机内部筒壁的不平，磨机的螺栓孔经常出现漏矿现象，需要经常停机对螺栓进行紧固，不仅影响设备的作业率，而且磨机的漏矿进到大小齿轮中还会对齿轮的寿命造成影响，甚至造成大齿轮的提前报废。
（3）锰钢衬板的检修量大。
一段0 3.2 mX3.1 m球磨机的锰钢衬板使用寿命约4. 5个月，二段磨机衬板约13.5个月，每次的检修劳动强度都很大，一块大的衬板重达256 kg，小的衬板也有110 kg，必须靠吊车配合，一套衬板的重量 38 t,检修一次一般需连续工作56小时才能把衬板更换完毕。
筒内外全凭哨音和手势间接联系，极易发生人身事故。
目前，对高锰钢的研究工作主要集中在高锰钢的合金化及工艺控制方面。
由于高锰钢基体强度低，添加合金元素铬、钥后产生固溶强化；添加Ti, V等碳化物形成元素，通过弥散热处理工艺可在奥氏体基体上获得弥散分布的有硬质点的组织[13]。
这些弥散的硬质点不仅自身有很好的硬度和耐磨性，同时还可阻碍位错的运动，从而提高加工硬化能力，提高耐磨性。
工艺上的改进主要是利用铸后余热进行退火。
3.金属磁性耐磨衬板金属磁性衬板[15]主要有磁性材料，保护磁性材料用的金属外壳，磁性材料和金属外壳粘接用的不溶性粘合剂构成，用粘合剂将磁性材料粘接在金属外壳而成的产品称金属磁性衬板。
当金属磁性衬板被安装在球磨机内，衬板利用自身的永久磁力，一面牢牢地吸附在筒体、端盖上，另一面将球磨机内碎和小的铁磁性介质紧紧吸附上，形成了吸附保护层，当保护层达到一定厚度以后，衬板与运动中的磨矿介质和物料之间不再产生直接冲击和磨蚀，从而降低了衬板的磨损速度，使衬板的使用周期大大延长。
而保护层始终处于磨耗与补充的动态平衡之中，起到了永久保护磁性衬板的作用。
磁性衬板的寿命可以达到一般锰钢衬板的数倍。
工作原理见示意图1。
图 1 金属磁性衬板工作原理示意图.磁性衬板使用时间较晚，磁性衬板考虑到物料的密度、硬度、粒度及工作不同的特点，分别选用不同材料作为衬板基本材料，通过适当的工艺将板体和永磁体固结起来，板体上设置凸起部分便于存料，防止吸附在衬板表面的磁性物质滑移，具有以下特点: （1）提高磨机作业率，磁性衬板重量轻筒体无螺栓，安装时间缩短7-8小时（根据球磨机大小不同，安装时间也不同），安装次数是锰钢衬板安装次数的1/8-1/10次，由于筒体无螺栓勿须停车紧螺丝。
（2）使用磁性衬板省电，使用磁性衬板减少磨机旋转力矩，因此理论上肯定省电。
且磁性衬板重量轻，是锰钢衬板的40-50%，厚度仅为锰钢衬板的60%-70%。
所以能使球磨机电耗降低，比锰钢衬板降低7%-10%。
（3）安装对筒壁和端盖的平面度要求较高。
不允许出现凹凸不平的现象，需要对筒壁和端盖进行处理，另外，出口和人口端盖的磁性衬板安装的磁力方向与受到的离心力方向垂直，削弱了吸附牢固强度。
所以，为了防止磁性衬板移动，需要在人口与出口端盖位置增加一圈固定螺丝，增加了漏矿点。
（4）由于磁性衬板（包括矿垫层在内）的厚度比锰钢衬板薄，因此球磨机容积增大有利于提高磨机台时能力。
（5）便于安装，磁性衬板靠磁力吸附在底板上，减轻了安装的劳动强度，避免了传统衬板因重量太大而造成的安装事故。
（6）磁性衬板能使球磨机球耗降低，比锰钢衬板降低10%左右。