高鎳球鐵以其優(yōu)良的耐熱、耐疲勞和抗氧化性能在汽車排氣歧管、渦輪增壓器殼體等耐熱部件得以廣泛應(yīng)用。隨著汽車發(fā)動機技術(shù)的快速發(fā)展,對高鎳球鐵的耐熱性能提出了更高的要求,而凝固過程是決定高鎳球鐵鑄件內(nèi)在成型質(zhì)量及綜合性能的重要因素,這就需要對其凝固過程有一個更深層次的了解和認(rèn)識,從而實現(xiàn)對其凝固組織及合金性能的主動控制。作為制約金屬凝固過程的本征物理參量,冷卻速率對高鎳球鐵的凝固組織具有顯著的影響。本文采用數(shù)值模擬方法理論計算了模數(shù)分別為0.375cm、0.6cm、0.75cm、1.5cm的高鎳球鐵圓柱形試棒的冷卻速率,借助著色腐蝕方法清晰地顯示了高鎳球鐵的凝固組織形貌,定量分析了凝固組織中的球狀石墨、奧氏體枝晶和晶間碳化物的析出數(shù)量及形態(tài)參量等,并測試了合金的硬度、抗拉強度和沖擊功等力學(xué)性能,建立了冷卻速率與微觀組織和力學(xué)性能之間的相關(guān)規(guī)律。研究結(jié)果表明:高鎳球鐵的凝固組織以形態(tài)發(fā)達的奧氏體樹枝晶為特征,其間分布著球狀石墨及少量碳化物。奧氏體枝晶大致分為兩種類型-初生奧氏體枝晶和奧氏體暈圈枝晶。初生枝晶形態(tài)細(xì)而長,逆熱流方向成簇生長,具有明顯的方向性；暈圈枝晶是從先行析出石墨球暈圈上長出的樹枝晶,形態(tài)較粗大,排列位向沒有明顯的方向性。共晶中后期析出的石墨球主要位于枝晶臂。少量碳化物主要分布于晶簇間隙的。