低温高韧性球墨铸铁的力学性能优良,即使在低温环境下也能保持一定的冲击韧性,广泛应用于轨道交通、大型船舶、核电、风力发电等领域,该领域所用铸件服役环境恶劣,甚至还要在低温环境下长时间运行工作,因此对铸件的质量和性能要求严格,特别是低温冲击韧性。目前,提高球墨铸铁低温冲击韧性的方法主要是合金化和热处理。本文在QT400-18球墨铸铁的基础上,通过Ni合金化和退火处理来提高球墨铸铁的低温冲击韧性。本文首先通过浇铸Y型试块,探讨Ni含量对球墨铸铁铸态组织及性能的影响规律。结果表明:加入Ni元素后,组织中的珠光体含量增多,基体组织也得到细化。当Ni含量从0.0%增加到0.6%时,石墨球数量增多,且更加细小圆整,铁素体晶粒得到细化,而Ni含量继续增加时,石墨球化率与均匀性略微降低,对铁素体晶粒的细化效果也减弱了。随着Ni含量的增加,铸态球墨铸铁的抗拉强度与硬度呈上升趋势,而伸长率与低温冲击韧性呈下降趋势。其次采用对比分析方法,对不含Ni和含0.6%Ni的Y型试块进行热处理工艺优化,采用了低温(760℃)、中温(850℃)、高温(920℃)的单阶段和两阶段的石墨化退火工艺。结果表明:采用低温两阶段(760℃×4h+730℃×4h)退火处理后,球墨铸铁的综合力学性能最佳。然后,在最佳的热处理工艺下探讨了Ni含量对热处理态球墨铸铁组织及性能的影响。结果表明:经热处理后,球墨铸铁中的铁素体含量都达到了98%以上,且含0.6%Ni球铁的综合力学性能最佳,含0.6%Ni球铁的抗拉强度、伸长率、低温冲击韧性、布氏硬度分别达到了410MPa、26.3%、18.8J/cm~2、155HB。将优化出的最佳Ni含量与退火工艺应用于300mm×300mm×300mm厚大断面球铁模拟试块中。结果表明:含0.6%Ni厚大断面球铁的石墨球数量略微增加,石墨球的形貌得到了改善,变得更加细小圆整,同时基体组织也得到细化,减小了铁素体晶粒尺寸。采用低温两阶段退火处理后,组织中的铁素体含量能达到95%以上。两试块都是在边缘位置的力学性能最高,随着凝固时间的加长,试样中出现了畸形石墨,导致力学性能急剧下降。与未加Ni相比,含0.6%Ni厚大断面球铁试块具有较高的力学性能,在边缘位置,含0.6%Ni试块的抗拉强度、伸长率、低温冲击韧性、布氏硬度分别增加了6.8%、25%、14.8%、4.0%,而在中心位置,含0.6%Ni试块的抗拉强度、伸长率、低温冲击韧性、布氏硬度也增加了1.6%、11.1%、3.8%、5.6%。