高镍球铁具有良好的组织和尺寸稳定性、较高的力学性能、优良的耐高温疲劳性能及良好的抗氧化及耐热蚀性能,在汽车发动机耐热耐蚀部件制造等领域具有广阔的应用前景。本文利用正交试验方法研究了热处理工艺对D-5S高镍奥氏体球墨铸铁中碳化物数量和形态及合金性能的影响规律,并以此为依据优化了高镍球铁热处理工艺,进而对比研究了在不同循环上限温度下铸态、热处理态高镍球铁的热疲劳性能及合金组织与性能的变化规律。研究结果表明:　　高镍球铁铸态组织为奥氏体基体、球状石墨及晶界处的莱氏体。热处理态合金组织由奥氏体枝晶、球状石墨和弥散于晶间的二次碳化物组成。　　在原有高镍球铁热处理工艺技术标准基础之上,精确提出了能使D-5S高镍球铁达到最佳强度和韧性组合的热处理工艺参数。即加热速度100℃/h,保温温度975℃,保温时间3h,尔后出炉空冷。经该热处理工艺处理后合金强韧性得到大幅度提升,硬度、抗拉强度、伸长率分别较铸态提高了18％,7.87％和66.1％。　　研究发现热处理态高镍球铁样品同铸态样品相比,表现出更好的热疲劳抗力,在上限温度为1000℃时,合金寿命仍能得到保证,且在裂纹长度、宽度以及样品变形率的扩展方面都表现出较好的稳定性。热处理态样品热疲劳裂纹随循环次数的增加,裂纹长度呈线性扩展,扩展速率比较平缓,而铸态样品裂纹长度随循环次数呈非线性扩展,扩展速率先慢后快,再趋于平缓。循环上限温度是影响高镍球铁热疲劳裂纹萌生与扩展的主要因素。上限温度越高,合金的热疲劳性能越差。