球墨鑄鐵的生產(chǎn)過程包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：
熔煉合格的鐵液；球化處理；孕育處理；爐前檢驗(yàn)；澆注鑄件；清理及熱處理；鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)。
以上環(huán)節(jié)中以熔煉優(yōu)質(zhì)鐵液和進(jìn)行有效的球化－孕育處理是生產(chǎn)的關(guān)鍵。
一、化學(xué)成分的選定。
1.基本元素：
①碳和硅：
由于球狀石墨對基體的削弱作用很小，故球墨鑄鐵中石墨數(shù)量多少，對力學(xué)性能的影響不顯著，當(dāng)含碳量在3.2-3.8%范圍內(nèi)變化時(shí)，實(shí)際上對球墨鑄鐵的力學(xué)性能無明顯影響。確定球墨鑄鐵的碳硅含量時(shí)，主要從保證鑄造性能考慮，為此將碳當(dāng)量選擇在共晶成分左右。
由于球化元素使相圖上的共晶點(diǎn)C的位置右移，因此使共晶碳當(dāng)量移至4.6-4.7%。
具有共晶成分的鐵液流動性最好。
形成集中縮孔傾向大（好補(bǔ)縮，好設(shè)置冒口）。
鑄鐵的組織致密度高。
當(dāng)碳當(dāng)量過低時(shí)，鑄件易產(chǎn)生縮松和裂紋。
當(dāng)碳當(dāng)量過高時(shí)，易產(chǎn)生石墨漂浮現(xiàn)象，其結(jié)果是使鑄鐵中的夾雜物數(shù)量增多，降低鑄鐵性能，而且污染工作環(huán)境。
用鎂和鈰處理的鐵液有較大的結(jié)晶過冷和形成白口傾向，硅能減少這種傾向。
此外，硅還能細(xì)化石墨，提高石墨球的圓整度，但硅又降低鑄鐵的韌性，并使韌性－脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。
因此，在選擇碳硅含量時(shí)應(yīng)按照：高碳低硅的原則，一般認(rèn)為Si>2.8-3%時(shí)，會使球墨鑄鐵的韌性降低（尤其高寒）。
鐵素體球墨鑄鐵 C:3.6-4.0% Si:2.4-2.8%
珠光體球墨鑄鐵 C:3.4-3.8% Si:2.2-2.6%
②錳：球墨鑄鐵中錳所起的作用與其在灰鑄鐵中所起的作用不同之處：
在灰鑄鐵中，錳除了強(qiáng)化鐵素體和穩(wěn)定珠光體外還能減小硫的危害作用。
而在球鐵中，由于球化元素具有很強(qiáng)的脫硫能力，因而錳已不再能起這種有益作用。
而由于錳有嚴(yán)重的正偏析傾向，往往有可能富集于共晶團(tuán)晶界處，嚴(yán)重時(shí)會促使形成晶間碳化物，因而降低球墨鑄鐵的韌性。
含錳量的控制，依對基體的要求和鑄件是否進(jìn)行熱處理而定。
對于鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵 Mn<0.5%
對于熱處理鐵素體球墨鑄鐵 Mn 0.3-0.4%
對于珠光體球鐵 Mn 0.4-0.8%
鑄態(tài)珠光體球鐵：Mn雖可適當(dāng)高些。但通常推薦用銅來穩(wěn)定珠光體。
③磷：
磷在球墨鑄鐵中有嚴(yán)重的偏析傾向，易在晶界處形成磷共晶，嚴(yán)重降低球鐵的韌性。
磷還增大球鐵的縮松傾向。
當(dāng)要求球鐵有高韌性時(shí)，P應(yīng)控制在0.04-0.06%以下，如球鐵中有鉬存在時(shí)，更應(yīng)控制磷的含量，因此時(shí)易在晶界處形成脆性的磷鉬四元化合物。
④硫
球墨鑄鐵中的硫與球化元素有很強(qiáng)的化合能力，生成硫化物或硫氧化物，不僅消耗球化劑，造成球化不穩(wěn)定，而且使夾雜物數(shù)量增多，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生缺陷。而且使球化衰退速度加快。國外生產(chǎn)中原鐵液S<0.02%，但我國焦炭含硫量較高。因此，只有改善熔煉條件，爐前脫硫，力求降低硫量。
2.合金元素：
①鉬：生產(chǎn)高強(qiáng)度球鐵加鉬提高鑄鐵的強(qiáng)度。用量在0.25%，在生產(chǎn)貝氏體球鐵或奧氏體－貝氏體球鐵加鉬使鑄鐵的奧氏體等溫分介曲線（C曲線）向右移，提高淬透性，含鉬在0.6-0.8%。
但在鑄鐵中加鉬在共晶團(tuán)內(nèi)有較大的正偏析傾向，當(dāng)鉬在0.8-1%時(shí)容易促使在共晶團(tuán)邊界形成富鉬的四元磷共晶或鉬的碳化物等脆性相，鉬價(jià)格貴，應(yīng)注意控制使用。
②銅：銅具有穩(wěn)定珠光體的作用。
國內(nèi)有的廠用Cu 0.4-0.8%的球鐵做汽車曲軸。
在貝氏體球鐵中：Mn 0.2-0.4%,Cu 0.6-0.8%配合。
使用球鐵經(jīng)等溫淬火能穩(wěn)定地獲得高的貝氏體百分率的組織。
③鎳：常作強(qiáng)化元素（同銅），一般在厚壁件及貝氏體。
④鉻：用于珠光體球墨鑄鐵。在鑄鐵中加入0.2-0.3%時(shí)，可起到顯著穩(wěn)定珠光體及強(qiáng)化力學(xué)性能。但易形成鐵鉻碳化物，要謹(jǐn)慎使用。
⑤銻：是強(qiáng)烈穩(wěn)定珠光體的元素，其含量在0.006-0.008%時(shí)就能提高球鐵基體中的珠光體百分率起有效作用。
在生產(chǎn)鑄態(tài)珠光體球鐵時(shí)，可用銻代替銅，在經(jīng)濟(jì)上更為合理。
但銻有干擾石墨球化作用。
當(dāng)Sb>0.01%時(shí)，會使石墨形狀惡化。
因此，球鐵含銻應(yīng)嚴(yán)格控制在0.006-0.008%以下，并防止積累。
3.微量元素：
球鐵中常存有非特意加入的微量元素，如：Ti、Pb、Al、Cr、Sn、Sb等，這些元素對鑄鐵性能起不良影響，或是干擾石墨化，或是促使在共晶團(tuán)邊界上析出共脆性相或是阻止鐵素體化。當(dāng)加入Re 0.01-0.02%能中和這些元素的有害作用。
二、球鐵的熔煉及爐前處理技術(shù)：
球墨鑄鐵具有高的力學(xué)性能，是以石墨球化狀況良好為前提的。衡量石墨球化狀況的標(biāo)準(zhǔn)是球化率、石墨球徑和石墨球的圓整度。
球化率：在鑄鐵微觀組織的有代表性的視場中，在單位面積上球狀石墨數(shù)目與全部石墨數(shù)目的比值（以%表示）、
石墨球徑：在放大100倍條件下測量的有代表性的球狀石墨的直徑。
圓整度：對石墨球圓整情況的一種定量概念。
1.對熔煉的要求：
用于球鐵優(yōu)質(zhì)鐵液應(yīng)是：高溫、低硫、磷及雜質(zhì)含量低。
由于球鐵要球化處理、孕育處理，要使鐵液溫度降低50-100℃，為了保證澆注溫度，鐵液要1450-1470℃，又由于加入處理劑，孕育處理要帶入大量硅，因此鐵液要較低的硅量（小于1.2-1.4%），要求生鐵為專供球鐵生產(chǎn)用的低硅生鐵。
低含硫量：除對原材料含硫量要低，對沖天爐用焦炭含S量要低。最好是沖天爐＋感應(yīng)電爐 雙聯(lián)＋中間脫硫
對原材料要求低硫、磷含量，盡可能減少反球化元素，對鐵液的氧化程度嚴(yán)格控制。
2.球化處理
球化元素：加入鐵液中能使石墨在結(jié)晶生長時(shí)長成球狀的元素。
強(qiáng)：鎂、鈰、鑭、鈣、釔
中：鋰、鍶、鋇、釷
弱：鈉、鉀、鋅、鎘、錫、鋁
反球化元素：某些元素存在在鐵液中會使石墨在生長時(shí)無法長成球狀。
限界：
Al Ti Pb As Sb Bi Zr Sn Te Se
0.05 0.07 0.002 0.05 0.01 0.002 0.03 0.05 0.003 0.03
由于鎂和大部分反球化元素不相化合，或化合程度很小，故對反球化元素的抵抗能力低。
而稀土元素Ce和Y則能和多數(shù)反球化元素相結(jié)合，從而可以在一定程度上抵消這些元素的干擾作用。
因此在球化劑中引入一定量的稀土元素時(shí)，對原鐵液中反球化元素的限量可比用純鎂時(shí)適當(dāng)放寬。
常用球化劑的特點(diǎn)：
①鎂球化劑的性質(zhì)及在鐵液中的作用：
鎂的密度為1.738g/cm3,熔點(diǎn)為651℃，沸點(diǎn)為1107℃，其化學(xué)性質(zhì)極活潑，脫硫、去氧能力很強(qiáng)。生成的硫化鎂、氧化鎂熔點(diǎn)高，密度小，較易浮出（MgS的熔點(diǎn)約為2000℃），密度為2.8g/cm2,MgO的熔點(diǎn)為2800℃，密度為3.07-3.20g/cm2)。
鎂進(jìn)入鐵液后，首先起脫硫去氧作用，當(dāng)鐵液硫量降至一定值時(shí)，鎂開始對石墨的球化起作用。
鎂又是強(qiáng)制穩(wěn)定碳化物的元素，因此，殘留有一定鎂量的鐵液在凝固時(shí)有很大的白口傾向。
計(jì)算鎂的回收率：
A=
因?yàn)镸g加入以后，一部分脫硫除氧，一部分燒損，一部分殘留作為球化用。
為了提高鎂的回收率，采取自壓加鎂法，鐘罩式轉(zhuǎn)包法，鎂合金法（沖入、鐘罩、型內(nèi)）
稀土是元素周期表中第三族第六周期的鑭以及與它們相似的釔（Y）和鈧（Sc）第17個(gè)元素的總稱。
根據(jù)它們的化學(xué)性質(zhì)和原子結(jié)構(gòu)分為兩組：
輕稀土（鈰組）――鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Na）
钷（Pm）、釤（Sm）、銪（Eu） 7個(gè)
重稀土（釔組）――釔（Y）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tu）、鐿（Yb）、镥（Lu）、鈧（Sc） 10個(gè)
稀土元素的沸點(diǎn)大都高于鐵液溫度，因此單純用稀土處理時(shí)，完成沒有沸騰作用，非常平穩(wěn)。稀土元素的球化作用較鎂差一些，因而稀土鎂球墨鑄鐵的石墨球不太園整。
由于稀土元素有脫氧、去氣、凈化鐵液和石墨球化作用。但白口傾向很大，而且偏析嚴(yán)重。
在鐵液中的硫不太高時(shí)，鎂含量為0.03-0.05%。稀土含量為0.02-0.04%時(shí)，可保證石墨得到充分的球化。
稀土元素的化學(xué)性質(zhì)很活潑，按熱力學(xué)計(jì)算，鈰與氧、硫的親合力比鎂還強(qiáng)。但稀土氧化物、硫化物都是高熔點(diǎn)化合物，它們的密度較大，約為5.9-7.2g.cm3不易除去，只有采取鐵液攪拌的辦法才能發(fā)揮作用。
稀土鎂合金：
稀土硅鐵鎂合金（GB4138-88）
Re--4～6%
Mg—7～9%
Si≤44%
用稀土鎂合金的球化處理方法：
沖入法：因?yàn)橄⊥伶V合金密度較大，與鐵液反應(yīng)平穩(wěn)，因此大部分采用沖入法。
沖入法：其處理包，也可能用澆包，有堤壩式、凹坑式、復(fù)包式。
鐵液分兩次沖滿，也可一次。
三、孕育處理：
孕育處理的目的：
1.消除結(jié)晶過冷傾向：
球墨鑄鐵鐵液的結(jié)晶過冷傾向較灰鑄鐵大，而且球墨鑄鐵的結(jié)晶過冷傾向不隨鐵液碳硅含量的高低而變化。因此盡管球墨鑄鐵的碳硅含量比一般灰鑄鐵高，但仍有較大的白口傾向。
在球墨鑄鐵組織中常發(fā)現(xiàn)在共晶團(tuán)邊界上有片狀碳化物析出，而在冷卻較快條件下，常常會形成局部或全部的白口組織。
球墨鑄鐵與灰鑄鐵在結(jié)晶過冷方面的區(qū)別主要是由于鐵液中硫、氧含量不同。
灰鑄鐵鐵液中含有較多的硫和氧，因此易形成大量的異質(zhì)石墨晶核，促進(jìn)灰口凝固。
而球墨鑄鐵經(jīng)過比較徹底的脫硫和脫氧，使鐵液的純凈度提高，加上球化元素的存在，因此石墨形核較為困難，孕育處理的作用在于往鐵液中引入異質(zhì)的晶核，并在鐵液中造成較大的硅的濃度起伏，從而促進(jìn)石墨晶核的形成。
球墨鑄鐵結(jié)晶過冷度大的另一方面原因在于鎂和鈰降低共晶轉(zhuǎn)變的溫度，從而使鑄鐵按照白口方式凝固。
由于球墨鑄鐵鐵液的共晶過冷度大，故在球化處理后，必須要進(jìn)行有效的孕育，否則將導(dǎo)致薄壁和中等壁厚的鑄件的白口傾向。
2.促進(jìn)石墨球化
孕育處理能增加石墨核心，細(xì)化球狀石墨，提高球狀石墨生長的相對穩(wěn)定性，提高石墨球的圓整度。
3.減小晶向偏析：
在球墨鑄鐵共晶團(tuán)的生長過程中，一些產(chǎn)生偏析的元素如錳、磷等，均在結(jié)晶前沿富集，并于凝固終了時(shí)，在晶向處形成脆性相，造成鑄鐵的塑性和韌性下降，孕育處理使共晶團(tuán)細(xì)化，從而減小共晶團(tuán)間的偏析程度，提高鑄鐵的塑性和韌性。
孕育的方式：爐前一次孕育和多次孕育。
為了改善孕育效果，除在爐前進(jìn)行一次孕育外，在鐵液轉(zhuǎn)包時(shí)再次進(jìn)行一次甚至多次的孕育，這種方法較爐前一次孕育法有較好的效果，而且可減少孕育劑總的加入量。
瞬時(shí)孕育：有包外孕育、澆口杯孕育、硅鐵棒澆包孕育、浮硅孕育、插絲法孕育（喂絲）、型內(nèi)孕育。
瞬時(shí)孕育工藝達(dá)到了：強(qiáng)化孕育處理、改善金相組織（主要是石墨球的細(xì)化）、提高力學(xué)性能、降低孕育劑消耗（實(shí)質(zhì)上真正的有效）需要劑量是很少的、降低鐵液終硅量。
四、球墨鑄鐵的質(zhì)量控制技術(shù)：
在球化和孕育處理后，首先必須對鐵液的處理效果進(jìn)行迅速準(zhǔn)確的判斷，方能進(jìn)行澆注，因此必須進(jìn)行爐前控制檢驗(yàn)。
常用的方法：爐前試塊法（圓型、三角形）、火苗判斷法、熱分析法、爐前快速金相法
爐前試塊法：根據(jù)試塊斷口色澤和敲擊時(shí)發(fā)出的聲音。球化良好時(shí)：斷口晶粒較細(xì)，具有銀白色光澤，試棒尖端有白口，中間有縮松，敲擊時(shí)發(fā)出輕脆的，類似于鋼的聲音。
火苗判斷：①最好的情況是小火苗不多，主要是大火苗，同時(shí)一瞬間冒出三個(gè)以上前后累計(jì)十個(gè)以上，火苗高度>40mm，有時(shí)達(dá)100mm。②較好的情況，除了小火苗外，也出現(xiàn)大火苗，瞬間小火苗10個(gè)以上。高度<15mm，也出現(xiàn)1-2個(gè)大火苗，高度>40mm。③基本球化鐵水表面只出現(xiàn)小火苗，高度<15mm，呈星星狀，同時(shí)出現(xiàn)10個(gè)以上。④沒球化，鐵水表面毫無火苗。
三角試棒判別：
當(dāng)三角試塊斷面晶粒細(xì)致，有銀色、銀灰色光澤，中心縮松很明顯。試塊兩側(cè)表面稍稍向內(nèi)凹入時(shí)表示球化情況良好。
若試塊斷面呈暗灰色，中心縮松不明顯，表示球化情況不良好。
三角試塊：
長 L 120
判斷球化的方法：
看斷面、聽聲音、憑手感、看切屑、聞味道、看鐵豆
鐵水液面皴皮的觀察：
當(dāng)處理完扒渣后，大包表面或轉(zhuǎn)入小包后表面呈現(xiàn)一種尋?；铱阼F水所沒有的氧化皮如同豆?jié){或牛奶表面的一層薄膜，有此皺皮說明球化，沒有則不球化。
這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于鐵水易氧化，鎂是極活潑的元素，它很容易氧化，所以鐵水中含鎂時(shí)，不僅鎂本身會很快氧化，同時(shí)使整個(gè)液面更容易吸附氧，從而活化了鐵原子，使鐵水加速氧化。
聞氣味：把鑄出的試棒浸到水里急冷以后敲斷，聞一聞它的味道，有一種強(qiáng)烈的電石氣味（乙炔氣味）則好。