На практике зарекомендовали себя различные материалы для изготовления ударных бил. К ним относятся марганцевые стали, стали с мартенситной структурой (далее именуемые мартенситными сталями), хромированные стали и композиты с металлической матрицей (MMC, например, керамика), в которых различные стали сочетаются со специальным типом керамики.
Повышение износостойкости (твёрдости) стали обычно сопровождается снижением вязкости (ударопрочности) материала.
Марганцевая сталь
Износостойкость марганцевой стали с аустенитной структурой обусловлена явлением наклепа. Ударная и сжимающая нагрузка приводит к упрочнению аустенитной структуры на поверхности. Начальная твердость марганцевой стали составляет около 200 HV (20 HRC, испытание на твердость по Роквеллу). Ударная вязкость составляет около 250 Дж/см². После наклепа начальная твердость может увеличиться до рабочей твердости около 500 HV (50 HRC). Более глубокие, еще не закаленные слои обеспечивают большую прочность этой стали. Глубина и твердость наклепанных поверхностей зависят от области применения и типа марганцевой стали. Закаленный слой проникает на глубину около 10 мм. Марганцевая сталь имеет долгую историю. Сегодня эта сталь используется в основном для щек дробилок, дробильных конусов и дробильных снарядов. В ударной дробилке марганцевые ударные билы рекомендуется использовать только при дроблении малоабразивного и очень крупного исходного материала (например, известняка).
Мартенситная сталь
Мартенсит — это полностью насыщенный углеродом тип железа, который получается путем быстрого охлаждения. Только при последующей термической обработке углерод удаляется из мартенсита, что улучшает прочностные и износостойкие свойства. Твердость этой стали составляет от 44 до 57 HRC, а ударная вязкость — от 100 до 300 Дж/см². Таким образом, по твердости и вязкости мартенситные стали занимают промежуточное положение между марганцевой сталью и хромистой сталью. Их используют, если ударная нагрузка слишком мала для закалки марганцевой стали и/или требуется хорошая износостойкость вместе с хорошей ударной прочностью.
Хромированная сталь
В хромированной стали углерод химически связан в форме карбида хрома. Износостойкость хромированной стали основана на этих твердых карбидах твердой матрицы, при этом движение затруднено смещениями, что обеспечивает высокую степень прочности, но в то же время меньшую вязкость. Чтобы предотвратить хрупкость материала, ударные брусья должны быть подвергнуты термической обработке. При этом необходимо следить за тем, чтобы параметры температуры и времени отжига точно соблюдались. Хромированная сталь обычно имеет твердость от 60 до 64 HRC и очень низкую ударную вязкость 10 Дж/см². Чтобы предотвратить поломку ударных брусьев из хромированной стали, в исходном материале не должно быть неломких элементов.
Композиты с металлической матрицей
Композиты с металлической матрицей, ergo MMC сочетают в себе высокую стойкость металлической матрицы с чрезвычайно твердой керамикой. В процессе производятся пористые заготовки из керамических частиц. Металлическая расплавленная масса проникает в пористую керамическую сеть. Опыт и знания характерны для процесса литья, в котором объединяются два разных материала, а именно сталь толщиной 7,85 г/см³ и керамика толщиной 1 – 3 г/см³, и происходит тщательная инфильтрация. Такое сочетание делает ударные брусья особенно износостойкими, но в то же время очень ударопрочными. С ударными брусьями из композитов из области керамики можно достичь срока службы, который в три-пять раз больше, чем у мартенситной стали.
Преимущества ударных бил с керамической вставкой:
- Очень износостойкий
- Высокая ударопрочность (в зависимости от основного материала)
- Более длительный срок службы, чем у обычной стали, следовательно, более низкие затраты на тонну