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大断面球墨铸铁（壁厚大于200mm）是一种高性能铸铁，由于其力学性能优良，且成形性能好，成本较低，在国内外获得大量应用，用来制造大型重要零件，特别是用来替代大型铸钢件的生产具有较大的优势，成为球墨铸铁重要发展方向之一。但是，大断面球墨铸铁件在生产过程中，由于处理铁水量大、冷却时间长、凝固速度慢、球化衰退快，易产生石墨漂浮和石墨变异。同时由于冷却速度慢，会使基体组织在共析转变时易析出大量铁素体，使得铸件的强度和硬度下降。这些都成为大断面球墨铸铁在实际生产中的难点。因此，开展大断面球墨铸铁件生产中凝固特性和组织性能研究，对于制定大断面球墨铸铁件生产铸造工艺及控制其组织和性能，具有重要的理论意义和现实意义。本文以大断面球墨铸铁齿圈为研究对象，采用模拟试块法，主要研究了化学成分、合金元素、球化和孕育工艺以及热处理工艺对大断面球铁组织和性能的影响，同时利用华铸CAE软件对齿圈的充型、凝固过程进行模拟计算，得到优化的齿圈铸造生产工艺。选用DY-4球化剂具有良好的抗衰退性，在球化处理时添加0.01%Sb，可细化石墨，使试样球化等级保持在4级及其以上，石墨大小保持在6级到7级。同时采用SiBa孕育剂包内孕育和75SiFe浮硅孕育可以得到很好的孕育效果。以0.3%Cr + 1.0%Cu +0.3%Mo复合合金化、加冷铁工艺得到的模拟试块的本体性能达到QT600-3的水平。用880℃正火+ 600℃回火的热处理工艺，可增加珠光体量，显著提高球铁的硬度。利用华铸CAE模拟计算优化了齿圈的铸造工艺：采用压边冒口（压边宽度为10mm）外圆浇注，双直浇道(2×Φ80mm)，单横浇道，浇注系统的浇道口横截面积比为：ΣS直：ΣS横：ΣS内=1：1.31：1.79，无挂砂，冷铁高度350mm。在上述试验研究的基础上，在实际生产条件下对大断面球墨铸铁齿圈进行了生产试验。试验结果表明，上述工艺方案可以有效地解决大断面球铁齿圈生产中的缩孔缩松、石墨漂浮和石墨变异等缺陷，经金相检验和力学性能检测，试样球化级别4级，球化率70%～80%，基体组织中珠光体量90%，试样本体常规机械性能高于600MPa，延伸率大于3%，硬度大于200HB，满足齿圈铸件生产的技术要求。