等温淬火球墨铸铁具有优良的力学性能、较高的耐磨性,被广泛用于各种抗磨工作环境中作为耐磨部件,但实践证明,传统的等温淬火ADI工艺生产成本过大,对生产线的要求比较高。本文主要是在传统ADI工艺的基础上,结合分级等温淬火的控制淬火温度的特点,并充分考虑矿山球磨机实际工况对耐磨铸球的要求,提出一种新型的控制冷却等温淬火工艺,从而达到降低生产成本、提高生产率的目的。研究主要内容为:(1)首先,通过有限元模拟软件Deform-3D,对于控制冷却等温淬火工艺的淬火过程温度场进行模拟,分析其与传统ADI工艺冷却过程温度变化的区别,并通过Deform-3D对控制冷却等温淬火工艺淬火时间和马氏体表层厚度进行预测,从而最大程度替代传统等温淬火过程。(2)其次,为了了解两种工艺下的组织差异,对金相组织和扫描形貌进行分析,并分析控制冷却等温淬火工艺下奥氏体化温度和等温温度两种热处理工艺参数对于组织的影响。(3)最后,通过硬度试验、冲击试验和磨损实验,分析两种工艺下力学性能的差异,研究控制冷却等温淬火工艺下各种力学性能随奥氏体化温度和等温温度两种热处理工艺的变化规律,并确定控制冷却等温淬火工艺能否代替传统ADI工艺应用于矿山球磨机中的磨球生产。综合分析实验结果,得出以下结论:(1)对于球墨铸铁,利用控制冷却等温淬火方法可以获得奥氏体和针状铁素体为基体的性能良好的耐磨铸球,其洛氏硬度HRC约为45,相当于传统ADI工艺国际标准中高级别铸球硬度,并且其冲击韧性ak值大于10,略低于传统ADI工艺,但足以满足应用于矿山铸球的标准冲击韧性要求,实际生产中具有较低的碎球率。耐磨性上与目前应用较为广泛的高铬铸铁接近。(2)通过改变奥氏体化温度和控制冷却的淬火温度可以达到控制铸球基体组织中奥氏体和针状铁素体的相对含量、针状铁素体的大小和分布密度的目的,进而控制耐磨铸球的硬度和韧性匹配。(3)本实验所介绍的控制冷却等温淬火方法,在性能上与传统ADI工艺相较各有优劣,经验证该方法生产的耐磨铸球,能够满足实际的工况要求,最重要的是该方法从生产流程上来看,更加经济,因为传统的ADI工艺生产线必须要具有一个足够大的盐浴池,客观的讲一般的工厂是无法生产出标准的ADI铸球的,所以可以用控制冷却等温淬火方法代替传统的盐浴炉等温淬火工艺生产出适用于不同工况的耐磨铸球。