Grinding media are widely used in the primary stages of the grinding process at extraction sites around the world. Among various geometries, spheres are one of the most common shapes due to their efficiency and ease of handling. ABS Spheres is involved in the production of grinding media in spherical form. Understanding the relationship between process parameters and the final mechanical properties of the product is fundamental for optimizing performance and durability. Grinding media spheres require specific properties, typically high surface hardness and high impact toughness. This study analyzes the final product to understand how process parameters influence the microstructure and mechanical properties. Specifically, quenching time was identified as the most influential parameter, directly affecting surface hardness and the development of different internal microstructures such as martensite and retained austenite. Furthermore, sphere size impacts the final properties due to differences in heat transfer and control over the process parameters during manufacturing. The presence of retained austenite and the size of prior austenitic grains were also investigated as key factors influencing the final mechanical properties of the manufactured spheres. Retained austenite is also considered to play a role in spalling phenomena which is one of the major causes of mass loss in the spheres during the drop test. The findings contribute to improved process control and quality assurance in grinding media production by ABS.

I mezzi di macinazione sono ampiamente utilizzati nelle fasi iniziali del processo di macinazione nei siti di estrazione in tutto il mondo. Tra le varie geometrie, le sfere sono una delle forme più comuni grazie alla loro efficienza e facilità di utilizzo. ABS Sfere è coinvolta nella produzione di media di macinazione di forma sferica. Comprendere la relazione tra i parametri di processo e le proprietà meccaniche finali del prodotto è fondamentale per ottimizzarne le prestazioni e la durata. I mezzi di macinazione di forma sferica richiedono proprietà specifiche, tipicamente un’elevata durezza superficiale e un’elevata tenacità all’impatto, per garantire un funzionamento efficace in ambienti gravosi. Questo studio analizza il prodotto finito per comprendere come i parametri di processo influenzino la microstruttura e le proprietà meccaniche. In particolare, il tempo di tempra è risultato essere il parametro più determinante, influenzando direttamente la durezza superficiale e lo sviluppo di diverse microstrutture interne, come martensite e austenite residua. Inoltre, la dimensione delle sfere influisce sulle proprietà finali a causa delle differenze nel trasferimento di calore e nel controllo dei parametri di processo durante la produzione. È stata anche analizzata la presenza di austenite residua e la dimensione dei grani austenitici come fattori chiave che influenzano le proprietà meccaniche finali delle sfere prodotte. L’ austenite residua è considerata inoltre un fattore che contribuisce ai fenomeni di spalling, i quali rappresentano una delle principali cause di perdita di massa nelle sfere durante il test di caduta. I risultati contribuiscono a migliorare il controllo del processo e ad assicurare una buona qualità nella produzione di mezzi di macinazione da parte di ABS.

Influence of process parameters on the mechanical properties and microstructure of steel grinding media spheres produced by ABS Sfere

Mamoli, Ludovico
2024/2025

Abstract

Grinding media are widely used in the primary stages of the grinding process at extraction sites around the world. Among various geometries, spheres are one of the most common shapes due to their efficiency and ease of handling. ABS Spheres is involved in the production of grinding media in spherical form. Understanding the relationship between process parameters and the final mechanical properties of the product is fundamental for optimizing performance and durability. Grinding media spheres require specific properties, typically high surface hardness and high impact toughness. This study analyzes the final product to understand how process parameters influence the microstructure and mechanical properties. Specifically, quenching time was identified as the most influential parameter, directly affecting surface hardness and the development of different internal microstructures such as martensite and retained austenite. Furthermore, sphere size impacts the final properties due to differences in heat transfer and control over the process parameters during manufacturing. The presence of retained austenite and the size of prior austenitic grains were also investigated as key factors influencing the final mechanical properties of the manufactured spheres. Retained austenite is also considered to play a role in spalling phenomena which is one of the major causes of mass loss in the spheres during the drop test. The findings contribute to improved process control and quality assurance in grinding media production by ABS.
Ghirardi, Marco
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
22-lug-2025
2024/2025
I mezzi di macinazione sono ampiamente utilizzati nelle fasi iniziali del processo di macinazione nei siti di estrazione in tutto il mondo. Tra le varie geometrie, le sfere sono una delle forme più comuni grazie alla loro efficienza e facilità di utilizzo. ABS Sfere è coinvolta nella produzione di media di macinazione di forma sferica. Comprendere la relazione tra i parametri di processo e le proprietà meccaniche finali del prodotto è fondamentale per ottimizzarne le prestazioni e la durata. I mezzi di macinazione di forma sferica richiedono proprietà specifiche, tipicamente un’elevata durezza superficiale e un’elevata tenacità all’impatto, per garantire un funzionamento efficace in ambienti gravosi. Questo studio analizza il prodotto finito per comprendere come i parametri di processo influenzino la microstruttura e le proprietà meccaniche. In particolare, il tempo di tempra è risultato essere il parametro più determinante, influenzando direttamente la durezza superficiale e lo sviluppo di diverse microstrutture interne, come martensite e austenite residua. Inoltre, la dimensione delle sfere influisce sulle proprietà finali a causa delle differenze nel trasferimento di calore e nel controllo dei parametri di processo durante la produzione. È stata anche analizzata la presenza di austenite residua e la dimensione dei grani austenitici come fattori chiave che influenzano le proprietà meccaniche finali delle sfere prodotte. L’ austenite residua è considerata inoltre un fattore che contribuisce ai fenomeni di spalling, i quali rappresentano una delle principali cause di perdita di massa nelle sfere durante il test di caduta. I risultati contribuiscono a migliorare il controllo del processo e ad assicurare una buona qualità nella produzione di mezzi di macinazione da parte di ABS.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/239963