球墨铸铁由于具备良好的强韧性,一直被广泛应用于重型机械领域某些零部件的制造。随着现代工业的不断发展,球铁领域的研究人员一直专注于开发具有更高拉伸和疲劳强度、同时具有较好韧性的球墨铸铁,尤其是在铸造状态下直接获得高强度、高韧性。众所周知,球铁的凝固特性、铸件自身的结构、浇注系统和补缩冒口的设置等众多因素将不可避免地使铸件内部产生残余应力;存在于铸态铸件内的残余应力会对随后的加工和使用带来一定的影响。本文研究的对象为某公司生产的铸态高强韧性球墨铸铁板簧座,研究的内容包括铸态下微观组织和性能的观察、检测与分析;板簧座铸造工艺设计与改进;铸态下残余应力的分析等多个方面。主要的研究内容及结论如下:（1）热物性参数（如密度、导热系数、固相分数、热膨胀系数以及弹性模量等）及其随温度的变化对凝固、温度场和应力场的数值模拟是至关重要的。在考虑球铁凝固特性和固态相变特征的基础上,经过分析、讨论采用了JMat Pro软件计算所设计成分球墨铸铁这些热物性参数的数值及其与温度的变化关系。（2）测定了板簧座多个本体试样的拉伸性能;利用光学显微镜及扫描电子显微镜（SEM）技术对微观组织进行了观察与分析。并与商用车卡钳体的组织和性能进行对比分析,详细的试验研究结果表明:对于具有混合基体的铸态高强韧性球墨铸铁件,球化良好且分布均匀的球状石墨、较低含量的铁素体、较高含量且细化的珠光体是保证球墨铸铁高强韧性的关键因素。在对板簧座和卡钳体拉伸试样断口的特征和形貌研究后发现,铸态高强韧性球铁断裂的主要形式为解理或准解理断裂,在球状石墨周围的少部分区域内表现为韧性断裂,该区域的基体组织应该为铁素体。裂纹容易在石墨球周围尤其是在不规则石墨球的附近区域生成。（3）原铸造工艺生产的板簧座某些厚大部位存在铸造缺陷。因此对板簧座的铸造工艺进行了改进与优化。首先选用了中注式的浇注系统,模拟分析发现中注式浇注系统会导致合金液流速过快,不仅冲刷型壁、还使得合金液在充型过程中出现紊流现象,从而导致吸气、夹渣等铸造缺陷的出现。因此为板簧座铸件设计了阶梯式浇注系统,采用该浇注系统通过数值模拟发现合金液在型腔内的流动平缓,也有利于铸件的顺序凝固,能够为设置冒口对铸件进行补缩创造有利的条件。随后进行了温度场的数值模拟和铸件凝固进程的分析,最终的结果表现为铸件内部没有明显的缺陷存在。（4）基于改进与优化后的阶梯式浇注系统探究了浇注温度、硅碳比和碳当量三个因素对板簧座铸件残余应力的影响。并结合板簧座薄壁处的金相组织,分析了板簧座内部残余应力的产生与变化的原因。研究发现,板簧座大部分位置的残余应力表现为拉应力。对研究中选择的1350℃、1370℃、1390℃、1410℃四个浇注温度,当浇注温度为1370℃时,板簧座整体的残余应力最低,但是浇注温度变化带来的影响并不明显;碳当量对板簧座的残余应力影响呈现波动趋势,碳当量在4.35～4.55范围内变化时,残余应力不具有明显的升高或降低趋势;硅碳比的变化对板簧座的残余应力的影响十分明显。就球墨铸铁而言,Si是强烈的石墨化元素,Si元素有利于石墨的析出和铁素体基体的形成,从而在很大程度上改变铸态下球铁件的残余应力。（5）通过分析板簧座的微观组织与机械性能、残余应力的关系发现,良好的组织均匀性能够极大地提高球铁的机械性能和降低球铁件内部的残余应力。铸态高强韧性球墨铸铁铸件适宜的微观组织是:细化的、单一的珠光体或固溶强化的铁素体基体+球化优良、分布均匀的球状石墨。本文研究的内容和结果具有重要的理论意义,对铸态高强韧性球铁的生产和应用具有重要的实用价值。