鑄鐵中的碳和硅含量很高，一部分碳以石墨狀態(tài)存在阻礙氮的擴散，而硅固溶在鐵素體中形成了含硅鐵素休，滲氮時形成硅的氮化物Si3N4，同樣也阻礙氮的擴散，因此鑄鐵形成厚的滲氮層很困難，滲氮時間需很長。灰鑄鐵含有大量石墨，且存在疏松、氣孔等缺陷，滲氮時對氮原子擴散起機械阻礙作用。由于鑄鐵在滲氮溫度下長時間加熱，F(xiàn)e3C會發(fā)生石墨化，引起工件變形和降低基體性能，需要加以避免。另外鑄鐵中石墨常含有油污雜質，粗糙的鑄造表面和組織缺陷都會造成鑄鐵離子滲氮升溫時突然脫氣，影響正常的輝光放電，因此鑄鐵件屬于難清洗的工件。鑄鐵模具離子滲氮的前凈化處理是項重要工序。
2、原始組織
鑄鐵離子滲氮處理前的基體組織為鐵素體、鐵素體+珠光體、珠光體或細珠光體（回火索氏體）。不同基體組織的鑄鐵經離子滲氮后，其化合物層和擴散層厚度不同，擴散層硬度也不同。
球墨鑄鐵最佳離子滲氮的基體組織應是珠光體，但球墨鑄鐵中，大顆粒球狀石墨對鑄鐵總體強度產生不利影響，并在滲氮層與基體界面上成為內部缺口，在外表面引起滲氮表面粗糙度增加。因此，分布均勻的細球狀石墨，才可以得到最好的滲氮效果。據資料介紹，德國球鐵石墨顆粒直徑一般要求在30～60um之間，對重負荷模具和零件，其石墨顆粒尺寸還應減小。
3、化合物層
鑄鐵離子滲氮后的化合物層基本由三種相組成：ε，γ’和Si3N4。根據鑄鐵成分、原始組織不同和處理工藝條件變化，各相數(shù)量相應變化。
鑄鐵離子滲氮后的化合物層硬度可達800～1100HV，化合物層厚度可達4～15um以上。以球墨鑄鐵為例，采用580°C*3h離子滲氮工藝，鐵素體基化合物層厚為8um，而珠光體基化合物層僅為5um，可見鐵素體基體有利于氮原子擴敬，因而也有利于化合物層的增厚。而高氮勢氣氛下珠光體基球鐵也可獲得較厚的以ε相為主的化合物層，這可能與珠光體基體中Fe3C參與了ε相的形核和高氮濃度梯度促進ε相的長大有關。
4、擴散層
硅是氮化物形成元素，滲氮時形成Si3N4（硬度1000HV左右），尤其當鑄鐵中含Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Mg、Ce及Al等氮化物形成元素時，擴散層彌散硬化效果更加明顯。含Cr、Ni、Mo的高強度合金鑄鐵滲氮效果最好，而添加合金元素的球墨鑄鐵離子滲氮效
果更加突出。
由于鑄鐵中的碳和硅含量高，氮原子擴散困難，滲氮過程中擴散層的硬化效果主要在近表面的次表層，這里由高氮的過飽和α-Fe和α-Si3N4起主要硬化作用，合金鑄鐵中還有合金元素參與進一步提高其硬化效應。因此，無合金元素的普通鑄鐵滲氮時只形成化合物層，次表層硬化不明顯，而含有Cr、Al、Mo等合金元素的鑄鐵，可使擴散層內次表層顯著硬化。
以球墨鑄鐵570°C*6h高子滲氮工藝為例，原始組織為珠光體時得到的滲氮層具有最高的硬度和較淺的層深。
硅減少氮在α-Fe中溶解度，使氮擴散速度減慢。由于Si與N親合力強，優(yōu)先形成Si3N4，擴散層中硅含量越高，Si3N4析出越多，硬化效果增強，而滲層厚度減小。
5、尺寸變化
鑄鐵模具離子滲氮特點之一是滲氮變形極小，滲氮后可以直接使用，也可稍加拋光后提高模具表面光潔度。但需注意強化陰極濺射對鑄件尺寸和表面粗糙度的輕微影響。
鑄鐵在500～600°C長時間加熱Fe3C會分解，產生鐵素體引起鑄件尺寸長大和工件變形。實踐證明，球墨鑄鐵在580°C滲氮不超過6h，不會引起Fe3C石墨化，即不會引起鑄鐵尺寸長大。因此，只要選用適當滲氮溫度，充分延長滲氮時間，可得到較深較硬的滲氮層，而不引起鑄鐵件的尺寸變化。鑄鐵中添加適量Sn、Sb、Cu．可阻止Fe3C分解，穩(wěn)定珠光體，防止石墨化。
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