含碳化物等温淬火球墨铸铁(简称CADI)磨球具有较强的加工硬化能力,在半自磨机中服役时,CADI磨球不断与矿石、衬板或磨球发生碰撞,使CADI磨球表面产生硬度较高的冲击硬化层。目前研究主要集中于热处理后CADI磨球性能方面,还没有人对CADI磨球冲击硬化层进行系统的研究,而实际上只有CADI磨球表层的组织和性能才对磨球的寿命有着非常显著的影响。本文首先探讨了冲击磨损对不同Mn含量CADI表层组织与性能的影响,研究了淬火温度对CADI磨球表面残余应力的影响,并探索了CADI磨球冲击硬化层组织、应力状态及性能变化规律。为CADI性能的进一步优化,扩大应用范围提供参考价值和理论依据。研究结果表明:(1)随着Mn含量从2.0wt.%增加到3.0wt.%,CADI试样表层抵抗塑性变形和加工硬化能力逐渐增强,同时,CADI试样的耐磨性逐渐提高。但是,CADI磨球冲击硬化层表面切向残余应力增大,剥落也更加严重。(2)淬火温度在200℃~260℃范围之间,CADI磨球表面切向相变应力为拉应力,且呈线性逐渐减小。热处理后,如果CADI磨球中富碳奥氏体量增加1.0wt.%,磨球表面切向相变应力减小约4.68MPa。(3)落球试验中,碰撞导致硬化层表面机械应力约-502.4MPa,占总残余应力的65%~77%,机械诱导相变应力占总残余应力的20%~32%,其余为热处理残余应力。机械诱导单位奥氏体转变量,硬化层表面切向相变应力增加约-10.9MPa。(4)CADI磨球硬化层中富碳奥氏体均发生不同程度的转变,硬化层表面转变量最大,约17wt.%。随着硬化层深度的增加,富碳奥氏体转变量逐渐减小,硬化层15mm处富碳奥氏体转变量达到最小值,随后转变量有所增加。28mm处又开始减小,硬化层30mm~32mm处转变量减少到2wt.%~4wt.%,之后基本持平。(5)CADI磨球冲击硬化层表面硬度大于55HRC,硬度提高ΔH≥8HRC,随着硬化层深度增加,硬度逐渐降低,硬化层深度约25mm。落球试验中,硬化层的硬度ΔH受残余机械应力影响最大,其次是硬化层中富碳奥氏体的转变。(6)在酸性介质中,CADI磨球冲击硬化层的耐蚀性要高于冲击前的耐蚀性,同时,CADI磨球的耐蚀性要高于锻钢球。在中性和碱性介质中,CADI磨球冲击硬化层与锻钢球的耐蚀性基本持平。