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；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。但在擴散時間足夠的條件下，或在合金中含有可促進石 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。

球墨鑄鐵以其良好的抗沖擊性、很高的抗拉強度及鑄鐵特有的優(yōu)良的鑄造性、耐磨性、抗疲勞性及經(jīng)濟性等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于機械制造工業(yè)的各種零部件。本文針對公司球墨鑄鐵件切削加工中存在的問題(如進排氣管過程中產(chǎn)生的毛刺),通過有限元建模分析和切削試驗,探索球墨鑄鐵切削過程中切削毛刺的形成機理,并進一步探索球墨鑄鐵的切削性能,為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低切削成本提供工藝指導(dǎo)。 本文首先基于有限元建模,對球墨鑄鐵的銑削過程進行了仿真分析,仿真表明球墨鑄鐵銑削過程等效應(yīng)變和溫度具有相似的分布規(guī)律。切削毛刺仿真表明,毛刺形成過程中,溫度逐漸升高,毛刺的大小與溫度升高的持續(xù)時間相關(guān)。
進一步的切削試驗表明:速度和進給量對毛刺的影響較小,而切深影響較大。同時對球墨鑄鐵銑削加工性能進行了試驗研究。研究表明:球墨鑄鐵表面粗糙度隨著銑削速度的增大而減小;隨著進給量和切深的增大而增大。切削速度較低時,球墨鑄鐵切屑比較短,呈屑狀。隨著切削速度的提高,切屑呈細長狀。切深與進給量較小時,切屑呈屑狀,隨著切深與進給量的提高,切屑呈細長狀。以硬質(zhì)合金刀具銑削球墨鑄鐵時,其失效形式主要是磨粒磨損。 本文研究表明DEFORM軟件可以有效模擬球墨鑄鐵的銑削過程,基于切削過程等效應(yīng)力、等效應(yīng)變云圖及溫度云圖仿真分析,可為實際切削提供依據(jù)。

結(jié)合金相標準研究了石墨和基體組織對球墨鑄鐵性能的影響規(guī)律。系統(tǒng)地測定了鐵素體球墨鑄鐵在常溫、低溫、靜態(tài)和動態(tài)條件下的各種性能。此外，還研究了稀土鎂球墨鑄鐵的應(yīng)力應(yīng)能、小能量多沖抗力和斷裂韌性，并開始用于指導(dǎo)生產(chǎn)。結(jié)合球墨鑄鐵齒輪的應(yīng)用，還系統(tǒng)地研究了球墨鑄鐵的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度，以及球墨鑄鐵齒輪的點蝕、剝落機理等。稀土鎂球墨鑄鐵。在度低合金球墨鑄鐵方面，除了對銅、鉬研究較多外，還對鎳、鈮等進行了研究。在利用天然釩鈦生鐵制作釩鈦合金球墨鑄鐵方面，中國國內(nèi)一些單位進行了大量、系統(tǒng)的工作。中錳球墨鑄鐵雖然在性能上不夠穩(wěn)定，在系統(tǒng)研究與生產(chǎn)應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟效益。
在耐熱球墨鑄鐵方面，除了中硅球墨鑄鐵以外，系統(tǒng)研究了Si+Al總量對稀土鎂球墨鑄鐵抗生長能力的影響。中國研制的RQTAL5Si5耐熱鑄鐵用作耐熱爐條的使用壽命是灰鑄鐵的3倍，是普通耐熱鑄鐵的2倍，并與日本Cr25Ni13Si2耐熱鋼的使用壽命相當。高鎳奧氏體球墨鑄鐵方面也取得了進展，它在石油開采機械、化工設(shè)備、工業(yè)用爐器件上均取得了成功的應(yīng)用。在耐酸球墨鑄鐵方面，中國生產(chǎn)的稀土高硅球墨鑄鐵比普通高硅鑄鐵的組織細小、均勻、致密，由此，抗蝕性能提高了10%～90%，并且其機械強度也有顯著改善。稀土在球墨鑄鐵中的作用。稀土能使石墨球化。自從H.Morrogh先使用鈰得到球墨鑄鐵以來，先后許多人研究了各種稀土元素的球化行為，發(fā)現(xiàn)鈰是有效的球化元素，其他元素也均具有程度不等的球化能力。