缸套是发动机中重要的核心部件之一,对于发动机的性能以及使用寿命有着显著的影响。发动机缸套工作在高温、高压等环境中,容易受到高温高压的影响而容易发生破坏,缸套与活塞之间的反复摩擦也容易导致其发生失效现象。随着超大型发动机的发展,对于部件也提出了更高的要求,需要大功率发动机缸套具有较高的强度、极好的耐磨性能。但是目前超大型高性能缸套的生产存在一系列瓶颈难题。本课题针对现阶段的商用灰铸铁缸套强度和硬度等力学性能偏低的问题,采用合金化及控制冷却速率的方法,改善其组织与提高其力学性能。首先利用Nb元素和混合稀土（La,Ce）对灰铸铁进行合金化熔炼,研究不同含量的Nb及稀土元素对铸铁显微组织及力学性能的影响和作用。其次使用四种不同的铸型材料进行浇注,探究灰铸铁在不同冷却速率条件下的组织及性能的特点。实验表明Nb元素能够明显细化灰铸铁中的片状石墨。此外,Nb元素还能够明显细化基体组织中珠光体的片层间距,片层间距由530 nm细化至210 nm。随着Nb含量的增加,铸铁的抗拉强度、抗压强度及硬度也随之增加,当Nb含量达到0.35 wt.%时,试样的抗拉强度、抗压强度、布氏硬度分别达到最大值,分别为537MPa、1650 MPa和387 HB。Nb在灰铸铁中少量固溶于基体当中,大部分是以富铌相的形式分布在基体组织当中。Nb在铸铁中具有第二相强化、固溶强化和细晶强化的作用。适量添加混合稀土（La,Ce）可以起到细化显微组织、提高力学性能的作用。随着稀土元素的添加,石墨逐渐由粗大片状变为细小均匀分布的片状,稀土含量为0.6 wt.%时,则具有促进白口化作用,渗碳体的量明显增加。铸铁中添加适量稀土元素有利于珠光体片层间距的减小。当RE含量达到0.4 wt.%、0.6 wt.%时,试样的抗拉强度、抗压强度分别达到最大值,为501 MPa及2209 MPa。微量稀土元素能够促进石墨化,同时增加珠光体转变过程中的过冷度,减小片层间距,使得性能得到显著提高。但含量过高则会促进Fe3C的形成,使得布氏硬度有所上升。实验表明,冷却速率的增加会使得试样的抗拉强度、抗压强度及硬度有一定的提高。随着冷却速率的提高,抗拉强度由346 MPa提高到421 MPa,而抗压强度及布氏硬度分别由较低冷却速率时的1115 MPa、255 HB提高至较高冷却速率时的2165 MPa、409 HB。增加冷却速率会使得石墨变得细小均匀,同时共析转变过冷度增加,使得珠光体片层间距减小。这是铸铁力学性能发生变化的主要原因。本课题得到的实验结果能够为超大型气缸套的材料和工艺选择提供一定的理论及实践的指导。