随着科技及工业的快速发展，大型机械设备零部件磨损速率显著增加，严重影响了磨矿效率。据统计，全世界 1/3 能源消耗于摩擦磨损，80% 零件因磨损而失效。磨粒磨损作为较为普遍的磨损失效形式，占比高达 50%。矿山行业属于耐磨件高消耗行业，伴随着矿山企业规模不断扩大、矿石品位逐年降低，破碎、粉磨设备的生产能力成为提高产能的关键因素，物料粉碎过程中能量消耗和钢材消耗等问题也变得更加突出。
1 选材原则
目前市场上耐磨材料种类繁多，且各有其优越性和局限性，需要根据实际工况合理选材，充分发挥材料特性，才能提高耐磨件使用寿命。对于矿山设备，耐磨材料选择一般遵循如下原则。
1.1 工艺流程
因地理位置及岩石成形机理不同，矿物的组成成分之间机械性能亦不同，使得矿石的破碎研磨难易程度存在差异性。受矿山规模、采矿方式及投资运营成本等因素影响，碎磨工艺流程呈现多样化。选矿厂往往根据自身特点进行工艺流程的设计与选择，工艺流程分布不同，同时存在干、湿磨矿的生产方式，需要根据具体工况条件选用不同的耐磨材料。
1.2 碎磨设备
矿石碎磨过程主要包括破碎作业和磨矿作业。破碎设备是破碎作业稳定运行的关键，主要包括圆锥破碎机、鄂式破碎机、旋回破碎机以及高压辊磨机、盘旋式破碎机等。破碎作业处于碎磨工艺流程中上游环节，主要作用是破碎开采的大块矿石，为磨矿作业提供符合粒度要求的物料。因此，破碎机衬板承受强烈冲击和高接触应力，需要外硬内韧的耐磨材料以抵抗强冲击和强大压力。
磨矿设备主要有半自磨机、自磨机、球磨机和搅拌磨机等。自磨机、半自磨机与球磨机的工作原理基本相同，只是自磨机以物料本身作为磨矿介质，以此达到矿石粉碎的效果。自磨机衬板遭受大块物料的研磨和较小的冲击，高硬度、高耐磨性且保持一定韧性的耐磨材料是不错的选择，高铬铸铁材质衬板现已尝试在大型自磨机上进行应用。半自磨机以一定比例的磨料作为磨矿介质，利用磨料、物料以及衬板间的碰撞、冲击和摩擦，形成有效粉碎。半自磨机衬板遭受磨料、物料强烈的冲击和研磨，并以冲击磨损较为严重。因此，材料选择更关注材料的强韧性、硬韧性，以此保证磨机运行中衬板的安全可靠性和使用寿命，防止衬板发生早期断裂，一般可选用高韧性低合金钢、新型高锰钢以及复合材料。球磨机磨球规格小，物料填充率高，磨体被提升后对衬板冲击作用弱，衬板以研磨为主，宜选用高硬度、耐磨性好，并兼顾一定韧性的材料，如马氏体耐磨钢、高铬铸铁或复合材料等。搅拌磨作为细磨和超细磨设备，它是利用内部搅拌器带动磨矿介质旋转，实现有效粉碎物料以及对复杂矿物进行有效筛选的目的。搅拌磨基本的磨碎作用是磨剥而不是冲击作用，衬板在磨介及物料作用下，表面受到高应力的研磨，耐磨材料一般选用铬系抗磨白口铁。
随着磨矿技术、磨矿工艺的发展，碎磨设备的规格越来越大，可处理物料的块度增大，设备比破碎率增加，处理能力增强，因而碎磨设备用耐磨衬板几何形状变大，截面增厚，质量增加，承受相当强烈的碰撞、挤压、冲击和摩擦，对耐磨材料的韧性、强度、淬透性等性能提出了更高的要求。
1.3 磨损规律
磨损即为相互接触的物体，因相对运动而造成表面材料的丢失或转移。根据磨损产生的机制，一般将磨损分为黏着磨损、表面疲劳磨损、磨料磨损和化学磨损 4 种类型。其中磨料磨损较为严重，尤其在湿态工况条件下，因存在腐蚀介质，同种材料的磨损率是干态下的数倍 (酸性介质中尤其严重)。因此，衬板材料应具备较高的硬度和屈服强度，以抵抗磨粒磨损的同时抑制腐蚀对磨损的加速作用。
因矿石属性的差异、碎磨工艺流程的多样化以及碎磨设备工作原理的不同，衬板的磨损规律也不尽相同。即使在相同工况条件下，同一破磨设备内不同部位的磨损程度也不相同，存在高磨损区域、高冲击区域以及低磨损、低冲击区域。在高冲击区，强韧性良好的合金钢是不错的选择；在高磨损区，可选用马氏体耐磨钢、贝氏体钢等耐磨材料；在低磨损、低冲击区，一般选用橡胶或钢-橡胶复合材料，起到研磨作用又有减重效果。因此，只有掌握磨损类型及磨损规律，才能进行差异化选材，实现衬板更换，节省成本，提高磨矿效率。
1.4 衬板结构
衬板结构设计是磨机性能的关键因素，决定物料在磨机内的抛落轨迹，影响磨矿效果。
衬板结构形式多样，大体可分为平滑衬板和不平滑衬板。平滑衬板提升作用小，磨料滚动和滑动作用强，磨削作用强，多用于细磨；不平滑衬板提升作用大，减少了磨料的滑动，加剧磨料对物料的冲击作用，有利于碎矿，多用于粗磨。现代磨矿设备多采用非平滑型衬板，主要包括波形衬板、压条衬板、L 形和梯形等凸棱衬板。波形衬板多用于球磨机，属于较简单的不平滑衬板，一定厚度的波峰可提升磨料高度，以撞击底部物料，同时其表面呈圆弧形，磨料对物料产生滑动磨削，兼顾粗磨与细磨效果，因此，结合磨机规格，波形衬板材料可选用硬度、耐磨性优异的马氏体组织合金钢、高铬铸铁以及复合材料等。凸棱结构衬板多用于自磨机、半自磨机，衬板提升作用强，高能量多频次碰撞，冲击破碎粗磨效果明显，尤其在大型磨机中表现尤为突出，宜采用高韧性、高硬度的合金钢、改性高锰钢、贝氏体钢或耐磨钢铁复合材料。衬板结构设计需考虑工艺性要求，这样能够非常大限度发挥材料特性，满足生产制造和使用性能要求。
1.5 材料性能
在湿磨工况下，矿浆一般偏酸性或呈中性，矿石硬度高，随着矿用磨机规格逐渐增大，磨料等研磨介质直径变大，耐磨衬板在服役过程中承受剧烈的冲击和磨料磨损，使用中后期磨损加剧，甚至发生断裂失效，其安全可靠性变得尤为重要。因此，设计大型耐磨衬板材料时应考虑以下性能指标。
(1)高淬透性、高淬硬性 粉磨设备大型化，耐磨衬板截面变得愈加厚大，高淬透型和淬硬性能够保证耐磨件淬硬层深度，保证材料在大尺寸范围内组织和性能的均匀性。
(2)良好的综合力学性能 良好的塑韧性能够较好吸收强冲击工况下的冲击能量，有效阻止裂纹的萌生和扩展，有助于抵抗断裂失效和剥落磨损；较高的硬度能够抵抗高硬度矿石切削磨损；较高的屈服强度能够防止大载荷冲击工况下材料的宏观塑性变形。
(3)高耐蚀性 高耐蚀性保证处于腐蚀介质中的磨机衬板能够抵抗腐蚀，利于提高衬板耐磨性。
(4)高耐磨蚀性 在湿磨条件下，腐蚀与磨损并非简单的叠加，其交互加速作用促使衬板的快速失效，高耐磨蚀性是湿磨工况下耐磨衬板重要的技术指标。
因此，耐磨衬板不能单一追求某一种材料特性，耐磨材料应具有较好的综合力学性能，高淬透性、淬硬性、高耐蚀性和高耐磨蚀性。
1.6 生产成本
耐磨铸件在服役环境中，在满足安全可靠性能的前提下，所选耐磨材料的合金化元素应尽量选用富有的、价格低廉的铁合金进行合金化，并实施与之相适宜的制造工艺。这样不仅可以降低生产成本，而且合理利用了现有资源，同时可以保证产品具有较高的使用寿命。这种性价比高的耐磨产品，较能获得客户的青睐，提高经济效益和社会效益。
