Dans la pratique, différents matériaux ont fait leurs preuves pour la fabrication des battoirs. Il s'agit notamment des aciers au manganèse, des aciers à structure martensitique (appelés ci-après aciers martensitiques), des aciers au chrome et des composites à matrice métallique (MMC, par exemple céramique), dans lesquels les différents aciers sont combinés avec un type spécial de céramique.
Une augmentation de la résistance à l’usure de l’acier (dureté) s’accompagne généralement d’une diminution de la ténacité (résistance aux chocs) du matériau.
Acier au manganèse
La résistance à l'usure de l'acier au manganèse à structure austénitique est due au phénomène d'écrouissage. Les chocs et les contraintes de pression provoquent un durcissement de la structure austénitique de la surface. La dureté initiale de l'acier au manganèse est d'environ 200 HV (20 HRC, essai de dureté selon Rockwell). La résistance aux chocs est d'environ 250 J/cm². Après l'écrouissage, la dureté initiale peut ainsi augmenter jusqu'à une dureté opérationnelle allant jusqu'à environ 500 HV (50 HRC). Les couches plus profondes, non encore durcies, assurent ainsi la grande ténacité de cet acier. La profondeur et la dureté des surfaces écrouies dépendent de l'application et du type d'acier au manganèse. La couche durcie pénètre jusqu'à une profondeur d'environ 10 mm. L'acier au manganèse a une longue histoire. Aujourd'hui, cet acier est principalement utilisé pour les mâchoires de concasseur, les cônes de concassage et les coquilles de concassage. Dans le concasseur à percussion, il est recommandé d'utiliser des barres de fracturation en manganèse uniquement lors du concassage de matériaux d'alimentation moins abrasifs et très gros (par exemple du calcaire).
Acier martensitique
La martensite est un type de fer entièrement saturé en carbone qui est obtenu par refroidissement rapide. Ce n'est que lors du traitement thermique ultérieur que le carbone est éliminé de la martensite, ce qui améliore la résistance et les propriétés d'usure. La dureté de cet acier varie entre 44 et 57 HRC et la résistance aux chocs entre 100 et 300 J/cm². Ainsi, en ce qui concerne la dureté et la ténacité, les aciers martensitiques se situent entre l'acier au manganèse et l'acier au chrome. Ils sont utilisés lorsque la charge d'impact est trop faible pour durcir l'acier au manganèse et/ou qu'une bonne résistance à l'usure est requise en plus d'une bonne résistance aux chocs.
Acier chromé
Dans le cas de l'acier au chrome, le carbone est lié chimiquement sous forme de carbure de chrome. La résistance à l'usure de l'acier au chrome repose sur ces carbures durs de la matrice dure, le mouvement étant entravé par des décalages, ce qui assure une grande résistance mais en même temps une moindre ténacité. Pour éviter que le matériau ne devienne cassant, les battoirs doivent être traités thermiquement. Il faut à cet effet veiller à respecter exactement les paramètres de température et de temps de recuit. L'acier au chrome présente généralement une dureté de 60 à 64 HRC et une très faible résistance aux chocs de 10 J/cm². Pour éviter la rupture des battoirs en acier au chrome, il ne doit pas y avoir d'éléments incassables dans le matériau d'alimentation.
Composites à matrice métallique
Les composites à matrice métallique, ergo MMC, associent la résistance élevée de la matrice métallique à une céramique extrêmement dure. Des préformes poreuses en particules de céramique sont ainsi produites. La masse métallique fondue pénètre dans le réseau céramique poreux. L'expérience et le savoir-faire sont propres au procédé de coulée dans lequel deux matériaux différents, à savoir l'acier d'une épaisseur de 7,85 g/cm³ et la céramique d'une épaisseur de 1 à 3 g/cm³, sont combinés et une infiltration complète est réalisée. Cette combinaison rend les battoirs particulièrement résistants à l'usure mais en même temps très résistants aux chocs. Les battoirs en composites issus du domaine de la céramique permettent d'obtenir une durée de vie trois à cinq fois supérieure à celle de l'acier martensitique.
Les avantages des battoirs avec insert en céramique :
- Très résistant à l'usure
- Haute résistance aux chocs (selon le matériau de base)
- Une durée de vie supérieure à celle de l'acier conventionnel, donc des coûts par tonne inférieurs