近年来,多种形态的石墨在金属熔体中被观察到,比如：球状石墨、片状石墨、蠕虫状石墨、星形石墨,以及最新发现的石墨烯。由于石墨形态能够对合金性能产生重大的影响,学者们对石墨在金属熔体中的形核与生长机理做了大量的研究。这些研究成果被应用于工业生产,使铸铁获得更加优异的导热性能、耐磨性能、疲劳性能、冲击韧性以及强度等等,产生了巨大的经济效益。同时,这些研究成果也大大丰富了熔体形核与生长理论。大量的石墨在金属熔体中的形核生长模型的提出,使人们对熔体的凝固过程有了更深刻的认识,推动了铸造合金在更大范围的研究和应用。本文选用了共晶Ni-C合金对石墨在金属熔体凝固过程中的形核与生长规律以及在金属固溶体固态扩散过程中石墨的析出和形态演变过程进行研究。本文主要从三个方面进行研究：(1)冷速对共晶Ni-C合金中石墨的形核与生长规律的影响通过真空炉、铜模、单辊设备控制冷却速度,获得不同形态的石墨。在温和的冷速下,获得层片状石墨；在较快冷速下,获得球状石墨；在超快冷速下,合金条带表面为石墨薄膜,而在其内部分布着大量石墨球。利用场发射扫描电镜、高倍透射电镜、拉曼光谱仪对样品进行表征分析,分析了石墨的微观结构和其在不同冷速下的初始形态以及生长规律。(2)Si对石墨球化的影响通过分别向共晶Ni-C合金熔体中添加自制的共晶Ni-Si和高纯Si,分别研究了它们对石墨球最终数量、分布和形态的影响,初步讨论了其影响规律。分别利用亚共晶Ni-Si、共晶Ni-Si、过共晶Ni-Si以及75硅铁孕育,探讨了Ni-Si合金对铸铁体系的孕育效果与石墨生长的影响。(3)碳在Ni-C合金中的扩散行为研究将经铜模冷却处理的Ni-C合金放入真空加热炉中做不同时间的保温处理,合金中石墨球的数量、分布与形态在不同时间段皆发生不同程度的改变,最终获得圆整度良好的石墨球。利用扫描电镜以及Image-Pro Plus软件定量记录了石墨球数量、分布与形态的演变过程,分析了其演变规律,并初步分析了石墨球在C原子扩散过程中的析出及演变规律。