球墨铸铁显微组织由金属基体和分布其间的球状石墨组成。石墨体积约占总体积的10%左右。常规的基体组织是铁素体和珠光体，由于化学成分或熔制工艺方面的问题，基体中也可能出现共晶渗碳体以及晶间碳化物。在铸态组织中较少见到单一基体组织，一般都是珠光体十铁素体混合组织，加入合金元素或热处理可改变各组织间的含量比，可使基体组织单一化，也能产生贝氏体、马氏体、奥氏体，以适应不同的工程需要。铸态组织中的珠光体一般是片状珠光体，其分散度因铸件冷速不同而有差别，快冷产生层间距较小的共晶组织。加入铝或铜等元素可细化珠光体。国标GB9441一88《球墨铸铁金相检验》中将珠光体按粗细分为3级，按珠光体量分为12级(由5%~95%)。
铁素体基体上是以两种状态分布，数控机床铸件凝固和随后的冷却过程中，球状石墨周围的碳扩散到石墨表面而产生低碳区，形成环状铁素体。环状铁素体是由一些等轴晶粒构成，当机床铸件冷却缓慢、含硅较高时，等轴晶粒充分生长，铁素体环厚度增加，并互相联结。铁素体也可能呈块状或网状存在，这种铁素体分布于珠光体之间，一部分是先共析相，一部分是由共析转变过程产生。国标GB9441一88中将分散分布的铁素体数量分为6级，上限含量为30%。碳当量低、孕育不充分或其他原因，基体组织中出现的共晶渗碳体，与石墨和珠光体共存。铁水在不同的过冷度下，连续地分别进行压稳定和稳定共晶反应所形成的组织，常以条块状、鱼骨状等各种形态出现，使球墨铸铁呈白口或麻口断面。铁水中的磷、硫以及可能存在的其他碳化物形成如铬、钒、铝等凝固时偏析于液相，最终还可能形成晶间碳化物。
球墨铸铁具有高的屈服强度，屈强比很高，比值为0.70一0.75，而钢的比值只有0.50左右，高的屈服强度使设计人员所追求的力学性能指标，使防止零件产生过量塑性变形的设计依据。球墨铸铁的疲劳强度接近于钢，但有较低的缺口敏感度。其还有良好的耐磨性，特别经热处理如等温淬火后，比经过同样处理的钢的耐磨性好。由以上这一系列优异的力学性能特点，球墨铸铁在工业上得到了广泛的应用，可代替部分碳钢、合金钢，应用于负荷较大受力复杂的零件，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆等。
2、球墨铸铁件凝固特点
球墨铸铁的凝固特点是呈“糊状”凝固、共晶凝固时间长、凝固膨胀压力大等。其具体表现如下。
l)糊状凝固
球墨铸铁的晶粒数量多，比灰铸铁的共晶团数量要多100~200倍，而且共晶凝固的体积比例大(表层凝固层薄造成的)，一旦内部铁水温度达到共晶凝固温度，晶粒就开始凝固，同时由于球墨铸铁共晶结晶时，是奥氏体壳包围着石墨长大，因此很大断面上呈现固相、液相共存的大糊状凝固。当包围石墨的奥氏体临近接触时，铁水被分割变成不连续的，此时铁水已不能流动，失去补缩通道呈现处糊状凝固。
2)共晶凝固时间长
球墨铸铁铸件表面凝固层比灰铸铁铸件要薄得多，是由于球铁表面凝固层生长速度慢的原因，球铁共晶凝固时间长的原有是凝固方式为非共生生长方式即分离式生长方式。当石墨长大进入共晶阶段后，奥氏体壳己经形成，碳原子由铁水中通过固态的奥氏体壳扩散到石墨球上。同时铁原子由石墨一奥氏体界面处扩散出去，这一过程比碳原子在铁水中扩散速度要慢20倍，因此导致球墨铸铁的凝固时间长。其次球墨铸铁的导热系数比灰铸铁小20%~40%，散热慢导致壳的生长慢，由石墨的生长速度慢造成了共晶凝固的时间长。
3)凝固膨胀压力大
石墨的比容大于铁的比容，析出石墨时会引起体积的膨胀。当奥氏体壳未接触之前，石墨长大引起体积膨胀时，就会受到阻碍，引起膨胀压力。膨胀压力能促使奥氏体壳塑性变形释放一部分，同时通过固态奥氏体将膨胀压力传递至表面凝固层，因表面薄，强度低，因为容易变形，在宏观上对铸铁产生膨胀压力，其值远远大于灰铸铁凝固过程产生的膨胀压力。
4)铸件内部宏观压力变化
大型机床铸件在铸型中冷却凝固过程中，铸件内部的铁水压力发生变化。如奥某一阶段内部压力低于外界大气压，就容易产生收缩缺陷，影响铸件内部压力的元素较多，例如化学成分、孕育效果、浇注温度、铸型刚度、冷铁、内浇口和冒口颈的凝固时间。因球墨铸铁含碳量高，析出石墨大，加上表面凝固层薄，参与大量凝固的体积比灰铸铁大，因此二次膨胀压力大。
目前生产中使用的球磨铸铁多属于共晶或过共晶成分的铸铁，一次结晶过程主要是共晶转变。依条件的不同，共晶转变可在高于平衡的过共晶转变温度上从熔体中形成细小球状石墨开始。石墨晶核形成后，球状石墨在四周与熔体接触的条件下可单独生产到一定尺寸，随着石墨的生长，周围的熔体发生贫碳形成环绕石墨球的环形液态贫碳区。当球墨生长到一定阶段，低碳熔体转变为奥氏体，形成包围球状石墨的奥氏体外壳。奥氏体外壳一旦形成，球状石墨的生长速度急剧下降1231。如铁水经过球化处理且得到良好孕育，一些球状石墨的生长受到奥氏体外壳包围时不断出现新的晶核。
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