影響鑄鐵組織和性能的關(guān)鍵是碳在鑄鐵中存在的形式、形態(tài)、大小和分布。鑄鐵的發(fā)展，主要是圍繞如何改變石墨的數(shù)量、大小、形狀和分布這一中心問題進(jìn)行的。因此，首先應(yīng)研究鑄鐵中石墨的形成過程及其影響因素。鑄鐵中石墨的形成過程稱為石墨化。在鑄鐵中，碳能以化合態(tài)的滲碳體和游離狀態(tài)的石墨兩種形式存在，游離狀態(tài)的石墨容易形成片狀結(jié)構(gòu)。這是由于石墨的晶格為簡單六方晶格，基面中的原子間距142nm，原子間結(jié)合力較強(qiáng)；而兩基面間的面間距340nm，因基面間距較大，原子間結(jié)合力較弱，故結(jié)晶時易形成片狀結(jié)構(gòu)，且強(qiáng)度、塑性和韌性極低，接近于零，硬度僅為3HBS。另外，在碳原子的四個價電子中，只有一個價電子參加到電子氣中去，這便是石墨具有某些不太明顯的金屬性能(如導(dǎo)電性)的原因。 
前面我們已討論過化合態(tài)的滲碳體，它若加熱到高溫，便會分解為鐵和碳(Fe2C→3Fe。所以化合態(tài)的滲碳體只是一種亞穩(wěn)定相，而游離態(tài)的石墨則是一種穩(wěn)定相。一般，在鐵碳合金的結(jié)晶過程中，因為滲碳體的含碳量69％)比石墨的含碳量(100％)更接近于合金成分的含碳量5％o％)，析出滲碳體時所需的原子擴(kuò)散量較小，滲碳體的晶核易形成，所以自合金液體或奧氏體中析出的是滲碳體而不是石墨。但在擴(kuò)散時間足夠的條件下，或在合金中含有可促進(jìn)石 墨形成的元素(如硅等)時，在合金中便會直接自液體或奧氏體中析出石墨。實踐證明，成分相同的合金在冷卻時，冷卻速度愈快，析出滲碳體的可能性愈大；冷卻速度愈慢，析出石墨的可能性愈大。

通過化學(xué)成分的控制和對工藝的調(diào)整，獲得D型石墨，并對觀組織、力學(xué)性能、耐高溫性能進(jìn)行研究，以提高玻璃模具的使用壽命。通過Si和合金元素成分的選擇和控制，研究了化學(xué)成分對D型石墨鑄鐵觀組織的影響。結(jié)果表明Si是影響D型石墨形成的主要因素，Ti、Cr、Cu有利于促進(jìn)D型石墨的形成；D型石墨鑄鐵玻璃模具適宜的化學(xué)成分范圍為：3.2～3.52.2～3.0％Si、0.2％Ti、0.54～0.89％Mn、<0.05<0.10.49～0.54％Cr、0.35～0.65％Cu；當(dāng)含Ti量在0.1～0.3％之間變化時，隨著含Ti量的增加，D型石墨增多。在此成分范圍內(nèi)獲得的D型石墨鑄鐵的力學(xué)性能為：硬度HB范圍為217～2抗拉強(qiáng)度MPa，范圍為246～285。 通過采用澆注階梯型試樣和放置冷鐵方法，使鑄鐵獲得不同的冷卻速度，研究冷卻速度對D型石墨鑄鐵觀組織的影響。
結(jié)果表明：隨著冷卻速度的增大，石墨形態(tài)由較粗大的片狀石墨逐漸變成細(xì)小的點(diǎn)狀石墨。在厚度為30mm試樣的下方放置冷鐵時，在距離冷鐵25mm的鑄鐵組織中能夠獲得較細(xì)小的D型石墨組織。 對不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗氧化性進(jìn)行了實驗研究。在750℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵保溫24小時，使其氧化增重，研究成分和組織對D型石墨抗氧化性能的影響。結(jié)果表明：含有Cr、Cu多元化合金的D型石墨鑄鐵有比普通灰鑄鐵高4～5倍的抗氧化性能。 對不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗熱疲勞性進(jìn)行實驗研究。在800℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵加熱到800℃，保溫5分鐘取出后，立即在冷水中激冷5秒，如此反復(fù)循環(huán)直至出現(xiàn)肉眼可見的裂紋為止。

通過大量實踐，對于HT2HT300等度灰鑄鐵來說，廢鋼左右強(qiáng)度、生鐵影響組織。高比例廢鋼（尤其是船板）與高比例回爐料（澆冒口、廢鑄件、鐵屑）搭配，合成灰鐵的廢加入量不宜超過50%;高比例廢鋼（尤其是船板）與含硫磷高的生鐵搭配;回爐料超過40%（澆冒口、廢鑄件、鐵屑。配料優(yōu)化組合（%）組成生鐵廢鋼回爐料配比A4030配比B3040配比C2040配比D205030錳硫含量需要提高硬度時錳的含量可達(dá)1.0－1.2%，但不要求相應(yīng)提高硫的含量（關(guān)于灰鐵中的硫含量，另行分析）。
某公司為了節(jié)約成本，多用廢鋼，在兩個月內(nèi)試制合成高牌號灰鑄鐵，廢鋼用量一度達(dá)60%，有一段時間除加入廢鋼外另加回爐料和少量鐵屑，初質(zhì)量不錯，但一段時間后發(fā)現(xiàn)鑄件批量縮孔、縮松和有白色硬斑，并且持續(xù)不斷越來越嚴(yán)重。此缺陷成因：初步判斷是鐵水中MnS的含量過高而引起的鑄件顯縮孔、縮松，MnS富集形成白色硬斑。這是由于高牌號灰鐵HT300成分要求Mn含量較高（1%左右），加之廢鋼自身錳也高（船板中的16錳鋼含Mn在1.6%），而廢鋼中的S以及回爐鐵（包括鐵屑）中的S和錳反應(yīng)產(chǎn)生的MnS在爐料中的積累達(dá)到一定程度，就會產(chǎn)生過量，從而產(chǎn)生上述缺陷。為了減少鐵水中的MnS含量，一般用加入一定量的優(yōu)質(zhì)新生鐵（低S低Mn）來調(diào)整，另外提高孕育效果，可使MnS細(xì)化，減弱其不良影響。廢鋼加入量過大時，由于廢鋼熔點(diǎn)在1530度左右，而生鐵和回爐料的熔點(diǎn)只是1230度左右，多用廢鋼增加了電耗，加大了鐵水的過冷傾向，還吸附大量的氮?dú)?，一般來說合成鑄鐵工藝并不適用于灰鑄鐵，而比較適用于球鐵。