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(jiǎn)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(shí)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(gè)價(jià)電子中，只有一個(gè)價(jià)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(huì)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?yàn)闈B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(shí)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(shí)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(shí)，在合金中便會(huì)直接自液體或奧氏體中析出石墨。實(shí)踐證明，成分相同的合金在冷卻時(shí)，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。

球墨鑄鐵非常適用于許多應(yīng)用領(lǐng)域：烴類，化學(xué)制 品，船舶，消防防火，紙漿和造紙等行業(yè)中可以安裝鑄鐵或鑄鋼閥門的地方。 作為鋼的替代品，1949 年人類開發(fā)了球墨鑄鐵。鑄鋼含碳量少于0.3%，而鑄鐵和球墨鑄鐵含炭量量則至少為3% 。 鑄鋼中的低含碳量使得作為游離石墨存在的碳不會(huì)形成結(jié)構(gòu)薄片。鑄鐵內(nèi)的碳天然形式是游離石墨薄片形式。在球墨鑄 鐵內(nèi)，這種石墨薄片通過特殊的處理方法變化成小的球體。這種改進(jìn)后的球體使得使得球墨鑄鐵比鑄鐵和鋼相比具有 更加優(yōu)異的物理性能。正是這種碳的球狀觀結(jié)構(gòu)，使得球墨鑄鐵具有更加良好的展延性和抗沖擊性，而鑄鐵內(nèi)部的薄 片形式導(dǎo)致鑄鐵沒有展延性。通過鐵素體基體可獲得佳的展延性，因此，所有美國(guó)尼必可球墨鑄鐵的壓力負(fù)載部件都 經(jīng)過鐵素體化退火周期的工藝處理。球墨鑄鐵內(nèi)部的球狀結(jié)構(gòu)也能夠鑄鐵內(nèi)部的薄片石墨容易產(chǎn)生的裂縫現(xiàn)象。在 球墨鑄鐵的觀照片中，可以看見裂縫到石墨球后終止。在球墨鑄鐵行業(yè)內(nèi)，這些石墨球稱為“裂縫終結(jié)者”，因?yàn)樗?們具有阻止斷裂的能力。