鑄鐵中的碳原子以石墨形式析出的過程稱為石墨化。鑄鐵的石墨化可以按照Fe-G相圖，由液態和固態中直接生成石墨；也可以按照Fe-Fe3C相圖結晶出滲碳體，隨后滲碳體在一定條件下分解出石墨。

現以過共晶合金的鐵液為例，當它以極緩慢的速度冷卻，并全部按Fe-G相圖進行結晶時，鑄鐵的石墨化過程可分為以下三個階段。

第一階段石墨化。是指從過共晶鐵液中析出一次石墨和在共晶轉變時析出共晶石墨，以及由一次滲碳體及共晶滲碳體在高溫下分解析出石墨的過程。

第二階段石墨化。從共晶結晶至共析結晶階段，稱二次結晶階段。包括奧氏體沿E′S′線冷卻時析出二次石墨和共析成分奧氏體在共析轉變時形成的共析石墨以及二次滲碳體、共析滲碳體（珠光體中的）在共析溫度附近及以下溫度分解而析出的石墨。第二階段石墨化形成的石墨大多優先附加在已有石墨片上。

第三階段石墨化。冷卻至738℃，奧氏體發生共析轉變析出的共析石墨。當石墨化溫度較低時，原子的擴散比較困難，因而鑄鐵石墨化較難進行，顯然，第二階段石墨化是比較難以進行的。按第二階段石墨化進行程度的不同，鑄鐵將獲得三種不同的基體組織，即珠光體基體、珠光體與鐵素體基體以及鐵素體基體。鑄鐵的組織與石墨化過程及其進行的程度密切相關。鑄鐵的一次結晶過程決定了石墨的形態，二次結晶過程決定了基體組織。

如果第一階段石墨化進行得完全就得到灰鑄鐵；如果第一階段石墨化進行得不完全，組織中除石墨之外還會有萊氏體或游離滲碳體，就得到麻口鑄鐵；要是第一階段石墨化完全被抑制（激冷）則得到白口鑄鐵。如果第一階段石墨化和第二階段石墨化都充分進行，就得到鐵素體灰鑄鐵；如果第一階段石墨化進行完全而第二階段石墨化完全被抑制，就得到珠光體灰鑄鐵；如果第一階段石墨化進行得完全，第二階段石墨化進行不完全，就得到珠光體加鐵素體灰鑄鐵。在第三階段，共析滲碳體分解而析出石墨。