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本发明公开了一种厚大断面高强韧球墨铸铁及其制备方法，属于金属材料及先进铸造技术领域。本发明获得的厚大断面高强韧球墨铸铁，具有石墨球/富硅铁素体过渡层/铁素体‑珠光体‑残余奥氏体复合基体的核壳梯度界面组织；其中石墨球平均尺寸≤25μm，石墨球数量≥350个/mm，球化率≥85%；富硅铁素体过渡层连续包覆石墨球，厚度为2‑10μm，并且该富硅铁素体过渡层内部存在微细铁素体晶粒。本发明在低合金化条件下，使100‑300mm厚大断面球墨铸铁获得高密度、细小、均匀的石墨组织，消除粗大石墨和碎块状石墨；通过凝固和相变过程的主动调控，消除厚度方向上的宏观偏析与组织梯度，使表层和心部性能均匀。