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磨球作为研磨体被广泛应用于矿山、建材、化工等行业,全国每年磨球消耗量已经超过了260万吨,但是由于服役工况不断变化,磨球迫切需要提升性能、降低成本。含碳化物等温淬火球墨铸铁(CADI)由于综合性能优势突出,在磨球应用上具有广阔前景。本文结合磨球工况和CADI组织及性能特点,优化CADI磨球材料的成分和热处理工艺。采用OM、SEM、XRD等设备,研究了锰、钼元素和等温淬火温度对CADI磨球材料组织、性能的作用,并试制了CADI磨球。研制结果表明,CADI磨球材料铸态组织由石墨球、珠光体、碳化物组成,球化等级2-3级,石墨尺寸6～7级,随着锰、钼含量增加,石墨球数量有所下降,珠光体、碳化物数量增加。等温淬火后组织由石墨球、针状铁素体、一定数量的碳化物和残余奥氏体组成,随着锰、钼含量增加,碳化物、针状铁素体数量增多,并且钼能够细化针状铁素体。Mn主要以碳化物(Fe, Mn)3C形式存在,Mo主要以(Cr2.5Fe4.3Mo0.1)7C3和(Fe2Mo)3C形式存在。钼含量不变,随着锰含量升高,CADI磨球材料冲击韧性逐渐降低；硬度增强,磨损率降低,耐磨性提高,磨损形貌中犁沟减少,划痕变浅,脱落减少；腐蚀电位增大,腐蚀电流密度减小,耐蚀性增强。锰含量1.93wt.%时,试样综合性能优越,冲击韧度值9.7 J·cm-2,硬度值53.6HRC,磨损率0.151 mg·m-1,腐蚀电位-0.6497 V,腐蚀电流密度6.262×10-6 A·cm-2。锰含量不变,随着钼含量增加,CADI磨球材料冲击韧性先升高后降低；硬度增强,耐磨性提高；耐蚀性增强。钼含量0.43wt.%时,试样综合性能优越,冲击韧度值16.4 J·cm-2,硬度值53.4HRC,磨损率0.221 mg·m-1,腐蚀电位-0.6016V,腐蚀电流密度7.359×10-8 A-cm-2。等温淬火温度升高,2#(Mn1.93wt.%,Mo 0.29 wt.%)试样的残余奥氏体数目增多,针状铁素体形貌由细小致密的针叶状变疏变粗,此外,性能上表现为冲击韧性逐渐升高,冲击断口形貌呈现出准解理特征,硬度下降,耐磨性下降,耐蚀性增强。等温淬火温度260℃时,试样中少量的马氏体已经消失,冲击韧度值8.8 J·cm-2,硬度值54.7HRC,磨损率0.150 mg·m-1,腐蚀电位-0.6491V,腐蚀电流密度8.376×10-6 A·cm-2,表现出优越的性能。根据本试验结果试制的CADI磨球化学成分为C 3.3～3.8 wt.%,Si 2.2～2.7 wt.%,Mn 15～2.0 wt.%,Cr 0.8～1.2 wt.%, Cu 0.4～0.8 wt.%,Mo 0.2～0.5 wt.%。热处理工艺根据磨球尺寸制定：奥氏体化温度900℃,保温时间1-2.5h,等温淬火介质50%KNO3+25%NaNO3+25%NaNO2混合硝酸盐,等温淬火温度250℃+20℃,保温时间1.5-3h。试制的Φ120mm CADI磨球组织为下贝氏体+残余奥氏体+碳化物(10-15%),表面硬度值≥56HRC,表面向内连续三点硬度平均值≥53HRC,冲击韧度≥7J/cm2,球耗≤220g/t矿石,破碎率≤0.1%,冲击疲劳寿命≥10000次,满足工况要求。