球墨铸铁作为一种性能优异、价格低廉的铸铁材料，耐高温、抗疲劳性能良好，非常适合使用在高温、冷热循环的环境下。研究球墨铸铁在不同条件下的热疲劳破坏机理有助于进一步改善球墨铸铁的抗热疲劳性能，发挥其潜力，使其得到更广泛的应用。本文将有限元模拟与试验分析相结合，研究QT400-18在不同上限温度下的热疲劳性能以及裂纹萌生、扩展情况，同时对试验前后材料的微观组织、显微硬度进行分析比较，研究球墨铸铁热疲劳裂纹萌生和扩展的机理，取得如下结果：建立了热疲劳试验过程中的热-结构耦合模型，得到了试样温度场和应力场的分布和变化情况。在整个试验中，V型缺口底部区域始终是热应力最大的部位，并且热应力随着上限温度的提高越来越大，应力集中部位发生了塑性变形。热疲劳裂纹萌生于V型缺口底部，并且上限温度越高，裂纹萌生越早，萌生以后裂纹扩展速度也更快。疲劳裂纹沿着垂直于最大应力分量方向扩展，试样应力场及疲劳寿命的有限元分析结果与试验结果一致。确定了氧化腐蚀、石墨形态和组织相变是影响球墨铸铁热疲劳性能的主要因素。试样水冷后硬度都有所上升，上限温度在球铁相变温度以上时，硬度提升明显。采用Fe-safe软件预测了不同上限温度下试样空冷和水冷条件下的疲劳寿命，空冷条件下疲劳寿命相比水冷大幅提高，水冷疲劳寿命与热疲劳实验结果基本一致。有限元方法的引入，为材料热疲劳行为的研究、热疲劳寿命的评估提供了一种实用有效的新方法。结合热疲劳试验，探究球墨铸铁的抗热疲劳性能及热疲劳破坏机理，并利用有限元软件准确有效的预测材料的热疲劳寿命，可以为工程实践提供理论指导和试验支持，进一步避免热疲劳破坏造成的生命和经济损失。