高镍球铁具有优异的抗氧化性、耐蚀性、耐高温疲劳性能以及较好的铸造性能,是制造高性能汽车排气歧管和涡轮增压壳体的首选材料。但高镍铁液在凝固过程中或因冷却速率小,或因杂质元素的干扰,往往导致球化率较低,产生碎块状石墨和晶界碳化物等,弱化球铁的高温性能。由于缺乏基本理论及数据支撑,生产中的盲目性和或然性较大。本文应用着色腐蚀技术再现高镍球铁的凝固组织,并结合液淬法研究高镍球铁的凝固过程及组织形成规律,进而探索冷却速率对高镍球铁组织与性能的影响规律,以期为拓宽高镍球铁的工程应用提供理论支持。研究结果表明:采用焦亚硫酸盐试剂在温度为24～26℃的条件下,腐蚀时间为45～50s时,可清晰地显示出高镍球铁的高温凝固组织。在非平衡凝固条件下,高镍球铁凝固时首先析出奥氏体枝晶,随之发生石墨与奥氏体的共晶转变。高镍球铁凝固组织由奥氏体枝晶+球墨/奥氏体共晶团+晶间合金碳化物组成。高镍球铁凝固方式有内生糊状凝固和海绵-糊状凝固两种方式,相应地枝晶形态有晕圈枝晶和激冷枝晶。沿枝晶边界分布于最后凝固区的合金碳化物有块状、枝晶状、条状的富铬钼碳化物及细小多角形的富钛钒碳化物,同时还存在金属间化合物FeNi3及以(NiFe)3Si为基的复杂固溶体与碳化物紧密连接。在高镍球铁中,镍、锰为负偏析元素,而硅、铬、钼为正偏析元素,其中硅、锰元素的偏析行为与普通球铁呈现出相反趋势。冷却速率对高镍球铁凝固组织与力学性能有显著的影响。随着冷却速率的减小,一方面,枝晶数量减少且生长缓慢,枝晶形态变得粗大,趋于不发达;另一方面,最后凝固区扩大,易形成显微缩松,且碳化物含量呈略微上升趋势。同时石墨球数量减少,球径增大且圆整度及球化率降低,出现碎块状石墨及开花状石墨,从而导致合金综合力学性能降低。