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(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。

隨著合金價(jià)格的提高,生產(chǎn)成本不斷增加。為降低生產(chǎn)成本,本課題在HT250材質(zhì)的基礎(chǔ)上,采用氮、鈦、鈮對鐵液進(jìn)行合金化,通過金相組織觀察、SEM分析、EDS分析、拉伸試驗(yàn)和硬度試驗(yàn),研究了氮、鈦、鈮對灰鑄鐵組織及性能的影響規(guī)律。 試驗(yàn)結(jié)果表明,含氮量為0.0055%～0.013%、含錳量為1.0%-1.36%時(shí),試樣的金相組織為A型石墨+細(xì)片狀珠光體+少量鐵素體。隨著含氮、錳量的增加：片狀石墨長度變短、寬度稍有增加,彎曲程度加大,石墨端部鈍化,對基體的割裂作用減弱；細(xì)片狀珠光體含量略有增加,珠光體層片間距減小；試樣的抗拉強(qiáng)度和硬度逐漸增大,當(dāng)含氮量為0.012%、含錳量為1.24%時(shí),試樣的抗拉強(qiáng)度和硬度達(dá)到大值,分別為395MPa和260HBW。當(dāng)鐵液中含氮量≥0.011%時(shí),鑄件表面下開始出現(xiàn)氣孔缺陷。 在適當(dāng)含氮量(0.0080%左右)基礎(chǔ)上,含鈦量在0.055%-0.149%范圍內(nèi)時(shí),試樣的金相組織為A型和D型石墨+珠光體+少量鐵素體。隨著含鈦量的增加：A型石墨減少,D型石墨增多；鐵素體的含量增多,珠光體的含量減少。
試樣的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)降低的趨勢,當(dāng)含鈦量為0.149%時(shí),試樣的抗拉強(qiáng)度小,為230MPa；而試樣的布氏硬度略有增加,當(dāng)含鈦量為0.149%時(shí),試樣的布氏硬度大,為219HBW。鈦在含氮灰鑄鐵中的存在形式有以下兩種：少部分固溶于基體中,呈均勻分布；大部分與鐵液中的碳、氮形成鈦的碳氮化物,并多以三角形、四邊形及帶棱角的不規(guī)則塊狀鑲嵌于基體之中,呈彌散分布。