球墨铸铁优良的强度和冲击性能,可有效减少其在承受载荷时所产生的应力集中现象,因此被广泛应用于工程制造中的各个领域。而球墨铸铁的机械服役性能与其内部的石墨形貌息息相关,尤其是厚大断面铸铁件在生产过程中,经常出现“石墨畸变”和“孕育衰退”等缺陷,会严重影响铸铁的性能。为获得综合性能较为优良的铸件,工业实践过程中通常采用特定的熔体处理技术以改善铸铁合金中的石墨形貌。其中,通过在合金熔体中添加特定元素以改善石墨形貌、提高石墨形核数量是目前生产中比较高效且成本较低的一种工艺。基于此,本文通过制备二元Ni-C合金及三元Ni-C-Sb、Ni-C-Bi和Ni-C-Sn合金,并创新地采用断层扫描(Micro-CT)技术观察Ni-C合金和Ni-C-Sb合金中的石墨的三维形貌及其在Ni基体中的空间分布情况。对Ni-C合金中石墨的生长机制进行了深入分析,并初步探究了微量元素Sb、Bi、Sn对Ni-C合金中石墨生长的作用机理。本文的研究将为实现高性能铸铁的工程化应用提供基础数据和理论支撑。本文通过大量系统性的实验探究了Ni-C合金的微观组织特点并确定了最优的浇注工艺参数。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和断层扫描等方法对合金中的石墨进行表征分析。通过SEM检测发现Ni-C合金中的石墨在-c-方向的生长主要通过二维形核,此外,石墨片层在堆叠过程中会伴有少量的卷曲、折叠现象,且会有特定角度的呈现,而石墨表面所呈现出的“孪晶缺陷”将会有助于石墨片层在-a-方向的生长。Ni-C-Sb合金中的Sb元素主要分布于Ni基体中,其对碳原子的扩散具有很强的抑制作用,导致石墨的平均直径明显减小,但并不能有效促进石墨形核。其中,当Ni-C合金中Sb元素的添加量为0.04%时,石墨的平均直径由～13μm降低至～7μm,呈均匀弥散分布且形貌更加圆整,达到了最优孕育效果。Sb元素的存在会导致石墨片层在-a-向和-c-向的生长发生相互转变,使石墨相呈垂直搭接的“石墨烯团簇”结构。此外,由于Ni-C-0.01%Sb合金中的部分石墨核心会存在聚集的现象,若干个石墨会发生团聚相互连接的现象,最终导致“开花状”石墨的形成。Ni-C-Bi合金中的Bi元素主要分布在Ni基体和石墨核心附近,固溶于基体中的Bi原子通过阻碍C原子向“富碳相”的扩散,导致石墨尺寸明显减小;且当Ni-C合金中的Bi元素含量达到一定值时,可有效促进石墨形核。其中,当Ni-C合金中Bi元素的添加量为0.1%时,石墨的平均直径由～13μm降低至～4μm,石墨数量约为空白对照组的两倍,可以达到最优孕育效果。此外,在Ni-C合金中添加0.02%Bi后的石墨表面形貌呈“树突”状生长。Ni-C-Sn合金中的Sn元素主要分布于Ni基体及石墨生长前沿,Ni基体中的Sn原子通过阻碍碳原子向“富碳相”的扩散,导致石墨尺寸明显减小,但不能促进Ni-C合金中的石墨形核。Ni-C-Sn合金熔体在凝固过程中,由于石墨生长前沿处Sn元素的存在会导致碳原子的扩散方式发生转变,使石墨的生长机理发生改变,从而表现为圆整的石墨形貌,形成了尺寸较小、表面更加“完美”、结构更加紧实的石墨形貌,使石墨呈现出近完美球形生长模式。