铸铁中的碳原子以石墨形式析出的过程称为石墨化。铸铁的石墨化可以按照Fe-G相图，由液态和固态中直接生成石墨；也可以按照Fe-Fe3C相图结晶出渗碳体，随后渗碳体在一定条件下分解出石墨。

现以过共晶合金的铁液为例，当它以极缓慢的速度冷却，并全部按Fe-G相图进行结晶时，铸铁的石墨化过程可分为以下三个阶段。

第一阶段石墨化。是指从过共晶铁液中析出一次石墨和在共晶转变时析出共晶石墨，以及由一次渗碳体及共晶渗碳体在高温下分解析出石墨的过程。

第二阶段石墨化。从共晶结晶至共析结晶阶段，称二次结晶阶段。包括奥氏体沿E′S′线冷却时析出二次石墨和共析成分奥氏体在共析转变时形成的共析石墨以及二次渗碳体、共析渗碳体（珠光体中的）在共析温度附近及以下温度分解而析出的石墨。第二阶段石墨化形成的石墨大多优先附加在已有石墨片上。

第三阶段石墨化。冷却至738℃，奥氏体发生共析转变析出的共析石墨。当石墨化温度较低时，原子的扩散比较困难，因而铸铁石墨化较难进行，显然，第二阶段石墨化是比较难以进行的。按第二阶段石墨化进行程度的不同，铸铁将获得三种不同的基体组织，即珠光体基体、珠光体与铁素体基体以及铁素体基体。铸铁的组织与石墨化过程及其进行的程度密切相关。铸铁的一次结晶过程决定了石墨的形态，二次结晶过程决定了基体组织。

如果第一阶段石墨化进行得完全就得到灰铸铁；如果第一阶段石墨化进行得不完全，组织中除石墨之外还会有莱氏体或游离渗碳体，就得到麻口铸铁；要是第一阶段石墨化完全被抑制（激冷）则得到白口铸铁。如果第一阶段石墨化和第二阶段石墨化都充分进行，就得到铁素体灰铸铁；如果第一阶段石墨化进行完全而第二阶段石墨化完全被抑制，就得到珠光体灰铸铁；如果第一阶段石墨化进行得完全，第二阶段石墨化进行不完全，就得到珠光体加铁素体灰铸铁。在第三阶段，共析渗碳体分解而析出石墨。