冶金概念（冶金分析儀）
鑄鐵的主要合金元素是碳。碳在鑄鐵內的形式是決定鑄鐵材料性質的主要因素。其它合金元素的加入量以及制造過程之變量亦能有效地控制鑄鐵之機械性質，但是其控制的主因是維系在這些因素如何影響碳的凝固模式的作用上。（鑄鐵分析儀器）
在熔液狀態下，有大量的碳會溶解在鐵液中，且溶解的碳量隨著熔液溫度的上升而增加。在凝固過程中，碳的溶解度顯著下降，因此析出碳。
在固態狀況下，碳可能以三種不同的型式存在；以石墨型式，或以碳化物型式──一種鐵、碳化合物，或固溶在鐵中，碳的存在型式是決定機械性質的主要因素，其受到碳及其它元素之含量，以及冷卻速度的影響。
如果冷卻速度快，或鑄鐵中含有碳化物穩定元素，如：鉻，其含量超過石墨化元素（如碳和硅）之量，碳硅分析儀器，則碳將以碳化物型式存在。碳化物是--鐵和碳的化合物，其化學組成是Fe3C。碳化物的硬度很高，材質很脆，不容易被加工。惟有當鑄件需要非常高的耐磨性時，此碳化物才是需要的。當鑄鐵中不含碳化物穩定元素，碳化物可在大約1600-1800F（871-982C）溫度范圍退火數小時而分解為鐵和石墨。
鑄鐵內通常含有石墨，而石墨的形狀又是決定鑄鐵性質的重要因素。灰口鑄鐵的石墨形狀呈現長、細的片狀。此種片狀石墨使得脆弱的石墨平面延伸整個鑄鐵，因而降低灰口鑄鐵的強度。
在展性鑄鐵中，石墨以不規則的形狀存在，即所謂的回火碳。此種石墨形狀使得石墨妨礙金屬基地連續性的程度降低。展性鑄鐵內之回火碳是白口鑄鐵經長時間高溫退火所形成的。退火處理使得碳化物分解為鐵和石墨。
球狀石墨鑄鐵是經由鎂處理所獲致的。球狀石墨組織使石墨阻礙金屬基地的連續性降至zui低程度。結果提高了材料的強度和延伸性。本書的主要目的就是以圖例說明球墨鑄鐵之典型金相組織。
雖然上面談到在凝固過程中會有大量的碳析出，（碳當量分析儀）但是在高溫時仍會有大量的碳固溶在鐵中。此殘留碳在鐵基地內的zui后分布情形決定了大部份球墨鑄鐵的性質。如同在凝固過程中有大量的碳原子析出一樣，在1400-1500F（760-815C）的溫度范圍，碳的固溶度顯著地下降。在上述溫度范圍的冷卻過程中，碳原子會重新排列組合。在高溫狀態下的沃斯田鐵變態會為低溫的肥粒鐵，在此變態過程中，碳從沃斯田鐵中析出，而形成各種不同的型式，其主要決定于鑄鐵中所含的合金元素及冷卻速度。
當低合金鑄鐵由1450F（788C）以上溫度徐冷時，在基地內之碳原子會滲透至既存的球狀石墨顆粒上，而形成石墨。結果，鑄鐵的組織包含肥粒鐵和球狀石墨。當冷卻速度較快，或是含有一些合金元素時，肥粒鐵之大量變態將受到阻礙。因此，碳將局部析出而形成波來鐵。波來鐵是由肥粒鐵和雪明碳鐵層層排列的組織。適中的冷卻速度將形成各種不同比例的肥粒鐵和波來鐵。
波來鐵具有中等的強度和硬度，然而肥粒鐵則顯示低強度、高延展性和韌性。鑄鐵的機械性質與波來鐵和肥粒鐵的相對比例和分布情形有關。
當冷卻速度極快以致于碳原子無充分時間滲透析出時，則基地組織將在較低的溫度變態而形成麻田散鐵。麻田散鐵非常的硬、脆，且不易加工。麻田散鐵組織經回火處理之后，碳原子會析出而形成微細的碳化物，且隨著回火溫度的升高，碳化物將變粗，經回火后之組織具有強度和延展性。在較高溫度下，大約1200F（649C），一部份的碳化物會分解為鐵和石墨，而zui后組織將包含肥粒鐵、微細球化碳化物，及球狀石墨。波來鐵組織亦可能依同樣的方式分解為鐵和石墨，但需要較高的溫度。
不恰當的成分和制程控制可造成質量不良的球墨鑄鐵。球墨鑄鐵分析儀器，如此的鑄鐵通常存在某些特定的顯微組織，有經驗的冶金工作者可以從這些顯微組織判定質量不良的原因。
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09.12.01
