随着高档数控机床加工精度的提高,对机床铸件的使用精度及精度保持性提出了更高的要求。片状石墨形态是决定灰铁铸件抗拉强度、刚度、硬度、减震性、切削加工性能和精度等的关键因素;残余应力是影响机床铸件使用性能的重要因素,严重时会造成铸件机械加工或使用过程中的开裂现象。因此,研究高碳当量、高强度、高刚度和低残余应力的全A型石墨灰铁铸件成为当前高档机床铸件的发展趋势。本文设计了高档HT300机床铸件的化学成分及生产工艺,采用感应电炉制备实验材料,通过光学金相显微镜、扫描电镜、布氏硬度计和万能试验机等试验设备,分析了标准试块的微观组织,测定了材料的硬度和抗拉强度等力学性能,研究了高档数控机床灰铁铸件的石墨形态及其影响因素,分析了孕育剂及其中微合金元素在石墨形核中的重要作用,提出了全A型石墨灰铁机床铸件的控制技术,并建立了机床铸件残余应力模拟模型,研究了残余应力的消除手段。研究表明:提高碳当量可以提供更多的石墨化元素,抑制在较大过冷时的非平衡凝固,减少块状石墨数量;A型石墨是彼此联结的团簇状空间结构,铸件的D、E、F型等不良石墨主要出现在薄壁处,这是由于过冷度较大造成的;含Al、Zr等元素的SiBaCa系孕育剂的强形核能力及抗衰退能力有助于石墨形核;Cu元素的加入促进了珠光体层片间距细化,提高了材料强度;机床铸件中的残余应力主要由铸件的结构和铁液的凝固顺序决定,通过ProCAST铸造模拟软件对其进行无损检测,可确定铸件外侧薄壁处存在较大残余应力,最高处达50MPa。可通过设置工艺筋消除铸件中的残余应力,使铸件成品率提高。研究得出的最佳工艺方案为:采用废钢和回炉料比例为6:4,C含量为3.05wt.%～3.15wt.%,CE 为 3.65wt.%～3.85wt.%,S 含量为 0.08wt.%～0.10wt.%,Cu含量为0.8wt.%～0.9wt.%;铁水在1500℃～1550℃保温5min～10min,出炉温度1500℃,浇注温度1380℃～1420℃;使用含Al、Zr等的SiBaCa孕育剂多次随流孕育。可得到珠光体含量95%以上,石墨形态全A型,硬度200HB、抗拉强度260MPa的机床铸件,满足机床铸件服役的精度及精度保持性要求。