近年来，重大装备制造业的高速发展，推动了厚大断面球墨铸铁的生产和应用，市场对厚大断面球墨铸铁件的需求日趋旺盛，尤其是高强度的厚大断面珠光体球墨铸铁件。虽然我国在厚大断面珠光体球墨铸铁的研制上已取得了不小的成就，但大部分国内制造厂家生产技术并不成熟，产品质量难以满足市场需求，大型关键铸件主要依赖进口，已成为重大装备制造业发展的瓶颈。因此，开展厚大断面珠光体球墨铸铁件组织及性能研究，对于提升我国铸造行业和装备制造业的整体水平具有重大意义。本文采用树脂砂铸造工艺制备铸态厚大断面珠光体球墨铸铁，研究了Sb、Cu、Si及壁厚对厚大断面球墨铸铁组织性能的影响；利用扫描电镜和能谱仪，研究Sb改善石墨球化的作用机理，分析厚大断面珠光体球墨铸铁的珠光体形貌特点；利用微分热分析法，研究Cu和壁厚对球墨铸铁凝固过程的影响；分析厚大断面珠光体球墨铸铁不同壁厚处组织性能的变化，探讨厚大断面球墨铸铁的凝固特性及组织、性能的不均性。主要结论如下：（1）对于尺寸为250mm×250mm×300mm试样，微量Sb可有效地消除严重影响力学性能的碎块状石墨，改善石墨球化，促进基体组织的珠光体化，提高其力学性能，但过量Sb将导致石墨圆整度与分布均匀性下降；当Sb加入量为0.015wt.%时，心部组织和性能较优异，抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度分别为525MPa、317MPa、4.1%和200HBW，与未添加Sb相比，分别提高了23%、10%、33%和8%。Sb与La、Ce中和形成的高熔点金属间化合物，可作为石墨的非自发形核核心。（2）添加适量Cu可有效促进尺寸为250mm×250mm×300mm试样心部基体的珠光体化，在一定程度上改善球化，进而提高其强度和硬度，降低其塑性；当Cu加入量为0.50wt.%时，心部综合力学性能较好。当添加0.50wt.%Cu时，与未添加Cu相比，试样心部的液相线温度（TL），共晶起始温度（TE）及结束温度（TS），奥氏体结晶温度区间（TL－Temin）和共晶凝固时间，分别由1166.2℃、1164.9℃、1097.4℃、9.8℃和95.2min变为1171.1℃、1170.2℃、1110.3℃、9.6℃和97.3min。这表明Cu能促进球墨铸铁的石墨化并降低其白口倾向、促使奥氏体枝晶的提前析出、略微降低奥氏体枝晶的分枝程度。（3）对于尺寸为250mm×250mm×300mm试样，Si含量宜控制在2.1wt.%左右，此时试样的球化良好且珠光体含量较高，从而获得良好的力学性能。（4）对于加入了0.50wt.%Cu和0.015wt.%Sb，尺寸分别为70mm×70mm×180mm，120mm×120mm×180mm，180mm×180mm×200mm，250mm×250mm×300mm试样，随着试样尺寸的增大，心部力学性能呈现先增加后减小的趋势，尺寸为120mm×120mm×180mm试样的心部综合力学性能较优异，抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度，分别为640MPa、371MPa、5.2%和225HBW；由于尺寸为70mm×70mm×180mm试样壁厚小、冷速快，对于该尺寸试样Cu和Sb加入量过高，导致其力学性能显著降低。（5）当试样尺寸为250mm×250mm×300mm时，在添加了0.50wt.%Cu和0.015wt.%Sb合金后，心部基体组织中层片状珠光体的层片间距减小为0.3~0.6μm，珠光体明显细化；但基体组织中的珠光体形貌较不规整，存在较多不连续的层片状珠光体和粒状珠光体。（6）对于尺寸为250mm×250mm×300mm试样，当Cu和Sb的加入量分别为0.50wt.%和0.015wt.%时，试样心部处和距心部40mm处的组织和性能明显优于距心部72mm处和距心部104mm处；在距心部40mm处，试样的综合力学性能最佳，抗拉强度为529Mpa，屈服强度为319MPa，伸长率为4.3%，硬度为202HBW；厚大断面珠光体球墨铸铁的凝固特性导致镁和稀土元素大量偏析于该试样的距心部72mm和距心部104mm之间的区域，严重恶化该区域的组织和力学性能。