灰铸铁玻璃模具使用工况复杂,内腔需具备高的耐热疲劳性和抗氧化性,主体需具备高的导热性,前者要求石墨细小弥散,最好呈球形,后者要求石墨最好为连续的片状,尚无单一金属可以满足这种矛盾的组织与性能要求。在模具内腔热喷涂或镶铸异种金属实现复合,一定程度上提高了模具使用性能,但仍存在界面应力大、易脱落和工艺复杂等缺点。本文在对比研究国内外玻璃模具基础上,首次提出了激光表面熔凝+石墨化退火的灰铸铁表面超细球墨化处理新方法,并研究优化了激光表面熔凝和石墨化退火工艺,采用OM、SEM和XRD等手段分析了其组织性能。灰铸铁表面超细球墨化处理丰富了玻璃模具表面处理技术,具有重要的应用价值和潜力。研究结果表明：玻璃模具的失效往往从内腔开始,是一种低周疲劳现象,其寿命主要由塑性决定。国内外玻璃模具的组织均为梯度石墨结构,从模具内腔的细小片状D型石墨过渡到外缘的A型片状石墨。铸铁的耐热疲劳寿命与国内外玻璃模具实际上机使用寿命一致,在石墨形态相同时,耐热疲劳性能由基体组织决定,国外灰铸铁基体中铁素体体积分数达到98%,大于国内的90%铁素体含量,塑性好而具有高的低周疲劳寿命。激光表面熔凝+石墨化退火工艺可以实现灰铸铁表面超细球墨化处理,在优化的工艺条件下超细球墨化处理层深度可达2mm、球墨平均直径约为0.66μm、石墨析出的面密度高达105个/mm2。激光表面熔凝后可在铸铁表面获得针状马氏体、片层状渗碳体和残余奥氏体组织,熔凝层深度和宽度决定于激光功率(P)、扫描速度(v)和离焦量(z),优化的工艺参数为P=2000 W、v=15 mm/s、z=18 mm。熔凝层组织的退火转变主要决定于温度,退火过程中非平衡组织转变、成分均匀化和石墨化过程共存,850℃、900℃和950℃等临界温度以上退火4h均可在铁素体基体上获得超细球状石墨,其粒径远低于国标GB/T 9441-2009最细小等级8级球墨,分析认为石墨的球化机制与铸铁的成分、快速熔凝工艺等有关。铸铁表面超细球墨化处理不改变铸铁内部的组织形态,可使铸铁表层的耐热疲劳性能和抗氧化性能提高至普通D型石墨铸铁的2倍以上。