球墨铸铁是我国国民经济乃至世界制造业最主要的材料之一,是近代工业生产中应用最为广泛的一种铸造金属材料。球墨铸铁以其高强度、高塑韧性、优良的铸造性能和加工性能,而广泛应用在机械制造、矿山冶金、石油化工和国防工业等行业,并逐步替代铸钢件。但是,球墨畸变、石墨形核率及球化率降低等缺陷严重影响了球墨铸铁的性能,不但增加铸造企业的生产成本,更不利于中国由铸造大国走向铸造强国。因此,有必要对球墨畸变的影响因素、石墨的形核物质及形核物质的热力学稳定性进行研究,为抗石墨球衰退提供理论依据。本文通过浇注球化处理后不同保温时间金属液的球墨铸铁棒状铸件,定量研究了保温时间、残余镁量对石墨形貌和球化率的影响；浇注相同球化剂不同孕育剂处理的楔形铸件,研究石墨球的核心组成。采用Thermo-calc热力学计算软件对石墨球形核物质的热力学稳定性进行计算,同时对石墨与形核物质的错位度进行计算。结合试验结果和理论计算,对石墨异质核心的形核机理进行研究。研究结果表明,随着金属液保温时间的延长,球铁中残余镁含量呈线性降低,二者符合定量关系式。残余镁含量大于0.02%时石墨球的形状为非常圆整的球形,当试样中残余镁含量在0.02%,即保温时间为7分钟时,球墨铸铁中开始有少量的团絮状石墨和蠕虫状石墨,此时部分石墨球开始畸变；残余镁含量继续降低,畸变石墨球数量剧增,当残余镁的含量在0.013%时,大量蠕虫状石墨析出,但仍有球状石墨存在,而残余镁的含量在0.007%时,球状石墨发生严重畸变,球铁中已经没有球形石墨。残余镁含量直接影响石墨的球化率。以残余镁含量0.02%为界,可分为低镁和高镁两个不同区段。在高镁区段,球墨铸铁中蠕虫状石墨消失,组织中石墨呈球状或类球状,而且随着残余镁含量的继续增加,在一定范围内保持稳定的、较高的球化率；在低镁区段中除残余镁含量低于0.013%时组织中仅见有蠕虫状石墨外,其余大多数均为蠕虫状石墨与不同数量球状石墨的共存组织,且随着残余镁含量的增加,石墨球化率呈类线性增加。不同孕育剂处理的石墨球物质虽略有差异,但是大部分情况下,是球化元素和孕育元素反应生成的化合物,主要有：氧化物SiO2、CaO、MgO、 FeO、Al2O3、CeO2、MoO3、 CrO3、BaO、CuO、La2O3;硫化物MgS、CaS、FeS、MnS、CeS2、BaS、La2S3;碳化物SiC、TiC、V3C2;氮化物AlN、Si3N4;磷化物Mg3(PO4)2;硅化物FeSi、Fe2Si、Fe5Si3;金属间化合物Ca5Sb3、Ce3Bi4;γ-Fe。石墨球核心物相既有单一的硫化物、氧化物及其他化合物,但是更多的是上述化合物中的两种或多种组成,石墨球核心形状有球形、片状、柱状、舌形、菱形、锥形、多角形及不规则的多边形,其尺寸都在微米级别,尺寸约为0.9～7.05μm。不同石墨球的形核物质形核机理存在差异,主要有：直接形核,诱导形核。直接形核MgS、CaS、MgO、Ceo2等与石墨错位度较低,δ都小于12%,因此理论上它们都可以直接成为石墨的形核衬底,即为直接形核。SiO2与石墨错位度为15.41%,但是实验中发现,它可以与SiC、AlN和Al2O3结合共同成为石墨球的核心,此为诱导形核。石墨球的核心物质中存在较多的物相为MgS、CaS、MgO、CeO2等面心立方结构,一方面具有面心立方结构的晶核在金属液中比较稳定,在铁液中能长时间存在,而且这些化合物所需的元素主要来自于球化剂及孕育剂中,含量比较高；另一方面面心立方的(111)面与石墨的(0001)生长面具有良好的匹配关系,可以成为石墨的优良形核剂。