球墨铸铁以其优良的性能特点，被广泛应用在各个生产领域，近年来，厚大断面球铁铸件(壁厚超过200mm)的生产不断增长，用于制造大型的耐压、耐磨、耐热零件。与普通球铁相比，厚大断面球铁经过较长时间的液态冷却和共晶凝固，从而导致球化衰退、球墨畸变、石墨漂浮、元素偏析、缩松、缩孔等缺陷，成为困扰生产厂家的难题之一。 本研究利用自制物理模拟大型铸件冷却环境的小型实验装置，通过控制不同的环境温度来达到模拟厚壁球铁凝固的目的。 彩色金相在厚壁球铁中的应用结果表明，侵蚀时间和侵蚀温度对彩色金相蚀显结果影响显著，侵蚀时间越长，蚀显的颜色越鲜艳；侵蚀温度越高，蚀显的颜色越明显。将两者有效的结合，才能得到最优的蚀显工艺。同时，通过彩色金相蚀显后的照片分析得到，石墨球外围的奥氏体在凝固的过程中形成不同类型的封闭外壳，进而影响石墨球的生长，导致畸变的产生。 在厚壁球铁中加入不同含量的铜对其组织和性能产生了一定的影响铜能够使厚壁球铁的球化率得到提高。此外，由于铁素体得到抑制，珠光体得到提高，使球铁的抗拉强度有了明显提高，从425MPa增加到650MPa以上，延伸率则呈降低趋势。据此综合考虑选择0.5wt％Cu作为较为理想的添加量。 本文还研究了含有Bi、Sr的孕育剂和“一次十随流孕育”处理对铸件石墨形态，基体组织和力学性能的作用。试验结果表明，含Bi的孕育剂和经过“一次十随流孕育”处理有助于改善球铁中石墨球化率。同时促进铁素体产生，从而使铸件的延伸率得到提高。 通过对不同工艺的铸件凝固过程中的热分析曲线记录，分析了不同工艺和不同元素对于共晶过程的影响，并且初步分析了热分析曲线和厚壁球铁组织之间的关系。