曲轴作为发动机的关键部件,要具有高的强度和韧性,还要具备良好的平衡及耐磨性能,其对材质的选择以及热处理工艺制度的要求往往较高,生产工艺较为复杂。因此,如何在铸态下直接得到满足性能要求的曲轴,成为缩短曲轴生产流程,提高产品竞争力的主要研究方向,极大符合了“以铸代锻”和“以铁代钢”的发展趋势。本研究采用铁型覆砂铸造工艺,通过优化合金成分、完善球化孕育技术、改进浇注条件,对铸态曲轴的新型制备工艺进行开发。借助于光学金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、拉伸试验、冲击试验、布氏硬度试验等方法研究了余热正火工艺、开箱冷却条件以及微合金化对铸态曲轴组织性能的影响及其作用机制,并提出了高性能铸态曲轴在生产过程中的关键控制技术。获得主要的研究结果如下:（1）铸态曲轴在余热正火后,其球状率得到明显增加,圆整度也随之提高。随着开箱时间的提前,曲轴铸件在珠光体转变时冷却速度增大,过冷度提高,从而促进了珠光体的形核与长大,使其数量明显增加,片间距显著减小。当开箱时间为6min时,得到铸态曲轴的组织与力学性能即可与正火态曲轴相当。当开箱时间为10min时,得到的铸态曲轴具有最佳的综合力学性能:抗拉强度930MPa、延伸率5%、布氏硬度263N/mm2、冲击韧性50J/cm2。（2）15min开箱得到的铸态曲轴分别经过空冷、风冷、雾冷处理后,冷却速度进一步增大,提高珠光体量的同时细化了珠光体片间距,雾冷与空冷相比珠光体含量提高13%。雾冷得到的铸态曲轴抗拉强度880MPa、延伸率5%、布氏硬度262 N/mm2、冲击韧性44J/cm2具有最佳的综合性能。（3）铸态曲轴在Cu合金强化后,球化率增加、平均石墨球径缩短;Cu能降低共析转变温度为珠光体的形成提供较大的过冷度且富集在石墨-基体中阻碍C原子扩散促进珠光体转变,随着Cu含量的增加,珠光体量不断增加且组织更加致密珠光体片间距减小。加入1.1%Cu得到的铸态曲轴具有最佳的综合力学性能抗拉强度1000MPa、延伸率4.5%、布氏硬度284N/mm2、冲击韧性45J/cm2。（4）铸态曲轴在Cu-Sn合金强化后,Sn能提高珠光体转变的开始温度为其转变提供较大的过冷度且Sn的富集层阻碍C原子的扩散促进珠光体形核;随着Sn含量的增加,基体趋向100%珠光体组织,珠光体量变化不明显维持在4%增长趋势;加入1.0%Cu和0.021%Sn得到的铸态曲轴具有最佳的综合力学性能此时的抗拉强度1011MPa、延伸率4.5%、布氏硬度302N/mm2、冲击韧性34J/cm2。