低温高韧性球墨铸铁作为一种优良的工程材料,在风电设备中的一些关键零部件如轮毂、底座等方面应用广泛。风电设备恶劣的工况条件对材料的低温冲击韧性有严格要求,本课题采用镍合金化的方法,在低温高韧性球墨铸铁中加入0-1.2%的镍,浇注“Y”型单铸试块并优化材料的热处理工艺,通过金相组织观察、SEM扫描及能谱分析、拉伸实验、布氏硬度实验、低温冲击韧性实验,研究了镍对低温高韧性球墨铸铁的组织和性能的影响规律。低温高韧性球墨铸铁的铸态组织由石墨、珠光体、铁素体和少量自由渗碳体组成。镍对石墨球化没有影响,各组成分试样石墨球化等级均在2级或以上,石墨球大小等级在6级或以上。随着镍含量的增加,铸态组织中的珠光体量增加,铁素体量减少,自由渗碳体量基本不变维持在3%-5%。优化低温高韧性球墨铸铁热处理工艺,得到最佳工艺方案为：920℃高温4h+740℃低温4h两阶段石墨化退火。热处理对石墨形貌影响不大,基体中的铁素体量增多且占到98%以上,渗碳体消失,当镍含量超过0.88%之后,组织中会出现少量未分解的珠光体。材料的抗拉强度、硬度随着试样中镍含量的增加而升高,分别由403Mpa升至421Mpa、127HBW升至146HBW；伸长率则先升高后降低,镍含量为0.71%时伸长率最高,达到27.4%。各拉伸试样断口微观形貌均由大量韧窝组成,呈现韧性断裂的典型特征。对含Ni 0.71%的热处理态试样组织进行SEM能谱分析,发现Ni元素在铁素体基体中均匀分布,强化铁素体基体,并对组织起到微弱的细化晶粒作用,导致材料抗拉强度、硬度、伸长率随含镍量的增加而升高,但随着其固溶度不断提高,晶格畸变度增加,导致材料塑性的下降。低温冲击韧性试验结果表明,镍对低温高韧性球墨铸铁低温冲击韧性影响不明显。观察冲击试验后试样断口宏观及微观形貌发现,在相同温度下不同镍含量的试样断口形貌差别不大,断裂机制基本相同。-20℃时冲击断口微观形貌由大量的韧窝组成,呈现明显的韧性断裂特征；-40℃条件下冲击断口微观形貌中出现大量河流花样与部分舌状花样,以解理断裂机制为主,发生脆性断裂。观察组织晶界处聚集的部分异常相并分析其化学成分,发现其中不存在Ni,多为部分残余渗碳体Fe3C、含Ti、P夹杂物以及一些残余Mg、Ca及Ce等稀土元素的硫、氧化物。这部分存在于晶界处的异常组织,往往会成为材料在低温冲击断裂过程中位错滑移的阻碍,是严重降低材料低温冲击韧性的主要因素。通过分析镍在球墨铸铁中的形态、分布,总结Ni对低温高韧性球墨铸铁组织与性能的影响规律,发现在低温高韧性球墨铸铁中加镍并不能有效降低韧-脆转变温度,镍对材料的低温冲击韧性影响不明显。但在低温高韧性球墨铸铁中添加适量的Ni可以保证不降低材料低温冲击韧度的前提下,提高其抗拉强度,从而弥补因硅量降低带来的强度不足的问题。