（一）球墨铸铁中五元素对其金相组织与力学性能的影响作用
1.碳（C）
（1）当碳当量小于4.5%～4.7%时，增加碳含量可提高镁的吸收率，利于球化。
（2）碳高铁液流动性好，凝固期间析出石墨量多，石墨化体积膨胀增加，补偿收缩增加铸件致密性，改善力学性能。
（3）在共晶成分以上，增加碳含量易产生石墨漂浮，降低力学性能。
（4）降低含碳量易产生游离渗碳体，使机械强度降低、脆性增加，同时增加缩孔、缩松等铸造缺陷。
2.硅（Si）
（1）硅是强烈的石墨化元素，既促使石墨结晶，又促使渗碳体分解。因此，提高硅含量，石墨球径减小，数量增加，形态圆整。
（2）硅量增加，铁素体增加，珠光体减少，强度和硬度降低，塑性和韧性提高。
（3）硅具有强化铁素体的作用，当含量大于3.3%时，脆性增加，塑性降低。
（4）硅使共晶点向左上方移动，使凝固区间缩小，增加流动性，减少缩松。
（5）硅显著提高球铁的脆性转变温度，增加低温脆性。
3.锰（Mn）
（1）锰降低共析转变温度，从而稳定并细化珠光体组织，在石墨化退火时，阻止珠光体的分解。
（2）锰促使渗碳体形成，增加锰量可提高强度、硬度，降低塑性、韧性，当组织中出现较多自由渗碳时，除硬度而外其他性能均下降。
（3）锰增加过冷奥氏体稳定性，使S曲线右移。
4.磷（P）
(1)磷在铁中具有一定的溶解度，超过此值在组织中出现二元或三元磷共晶，沿晶界分布，破坏了晶料间的结合能力，因此使球铁的强度下降，塑性和韧性明显降低。
（2）磷增加晶间缩松倾向，降低力学性能。
（3）在热处理过程中，磷不阻碍共晶渗碳体的分解，而阻碍共析渗碳体的分解。
（4）磷提高脆性转变温度范围，增大冷裂性。
（5）随着磷含量增加，缩孔、缩松倾向增加。
5.硫（S）
（1）硫与稀土、镁具有很强的结合能力，原铁液含硫量高会消耗过多球化剂，而出现球化不良和球化衰退。
（2）原铁液含硫量高，球化剂加入量大，处理后铁液温度低，铁液中夹杂物多，铁液表面氧化结膜温度高，铁液流动性差，容易使球铁产生夹渣、皮下气孔等缺陷。
（二）球墨铸铁中加入合金元素对其金相组织与力学性能的影响作用
1.钼（Mo）
加入合金目的：
（1）提高强度和耐磨性；
（2）改善厚断面铸件组织的均匀性；
（3）改善中温（400～600℃）的耐热强度。
对金相组织与力学性能的影响：
（1）在铸铁中钼是一微调的碳化物形成元素，易获得细珠光体及索氏体组织：
钼含量 铸态组织
0.2%～1% 细珠光体+索氏体
1%～1.2% 贝氏体+索氏体
1.2%～1.5% 贝氏体
（2）钼能显著提高球墨铸铁的强度和韧性：
材质名称 σb/MPa ax/N.m.cm-2 硬度（HRC） 热处理方式
普通球墨铸铁 1100～1200 20～25 43～45 等温淬火
含钼（0.15%～0.25%）球墨铸件 1200～1500 30～60 47～51 等温淬火
（3）钼能提高球墨铸铁的淬透性。
2.铜（Cu）
加入合金目的：
（1）提高强度；
（2）提高耐磨性及耐蚀性；
（3）改善厚断面铸件组织均匀性；
（4）提高接触疲劳强度。
对金相组织与力学性能的影响：
（1）铜是一微弱促进石墨化的元素，在石墨化结晶过程中对第一阶段石墨化起促进作用。而对第二阶段石墨化则起阻碍作用。
（2）由于铜阻碍奥氏体的分解，从而稳定并细化了珠光体组织，随着铜含量增加，强度和硬度增加，塑性降低，当钢含量增加并超过一定值时，强度反而下降。
（3）铜钼联合使用，对提高球墨铸铁的力学性能、耐磨性能以及改善厚断面铸件组织均匀性，效果都更为显著。
3.锡（Sn）
加入合金目的：
（1）得到铸态珠光体组织；
（2）改善断面均一性；
（3）增加热稳定性。
对金相组织与力学性能的影响：
（1）在镁球墨铸铁中，当锡含量达到0.13%时，球状石墨就会变成片状石墨；而在稀土镁球墨铸铁的生产中，由于稀土的存在，可以中和锡对球状石墨的破坏作用。（2）微量锡加入球墨铸铁中能显著增加珠光体的含量。如加入0.05% Sn可使原来50%珠光体提高到85%；加入Sn0.1%铁素体消失。
（3）锡能提高珠光体在高温上的稳定性，故可提高球墨铸铁在600～650℃下的使用寿命。
4.钨（W）
加入合金目的：
（1）提高强度、韧性和耐磨性；
（2）提高中温（350～650℃）力学性能。
对金相组织与力学性能的影响：
（1）钨和钼相似，具有微弱促进渗碳体形成的作用，在铁中有较大的溶解度，石墨化退火后可提高韧性。
（2）钨溶解于铁素体，使之得到强化，有助于提高常温和中温力学性能。
5.钒（V）
加入合金目的：
（1）提高强度、硬度和耐磨性；
（2）提高热强度及耐热性能。
对金相组织与力学性能的影响：
（1）钒是强烈阻碍石墨化稳定渗碳体的元素，其作用超过铬。
（2）钒含量在0.3%以下时，稳定并细化珠光体，提高了球墨铸铁的强度和硬度，当超过一定量时，将会出现自由渗碳体，使其性能降低。
（3）钒与碳、氮形成碳化钒、氮化钒等化合物，其显微硬度为1000～1300HV，化合物的质点高度弥散，对球墨铸铁的耐磨性极为有利。
6.钛（Ti）
加入合金目的：
（1）提高耐磨性；
（2）脱气净化铁水；
（3）细化晶粒。
对金相组织与力学性能的影响：
（1）钛与氧、氢具有很强的结合能力，起到净化铁液细化晶粒的作用。
（2）钛与钒联合使用对提高耐磨性能更为显著。（3）在镁球墨铸铁中，含ωTi0.02%就会出现片状石墨，当ωTi超过0.04%时则会出现大量片状石墨，在稀土镁球墨铸铁中，由于铈的存在显著的抵制或克服了钛的破坏作用。
7.镍（Ni）
加入合金目的：
（1）提高强度和硬度；
（2）改善塑性和韧性；
（3）获得非磁性，提高耐蚀性和耐磨性；
（4）改善厚断面铸件组织的均匀性。
对金相组织与力学性能的影响：
（1）镍促进石墨化，其能力相当于硅的1/3.镍稳定奥氏体，降低共析转变温度，使S曲线和CCT曲线右移。
（2）镍稳定和细化珠光体，达到一定含量可在铸上获得贝氏体组织，不仅提高强度和硬度，而且改善塑性和韧性。镍与铝或钒同时添加效果更好。
（3）镍改善大断面铸件的组织、强度和硬度的均匀性，降低断面敏感性。
（4）少量镍（Ni0.5%）可强化铁素体基体，提高屈服点，降低脆性转变温度。
（5）进一步添加Ni（ωNi2%）可获得高强度和较好韧性的珠光体球墨铸铁。
（6）加ωNi18%～36%可获得奥氏体球墨铸铁，具有优良的耐蚀性、耐热性、耐磨性、耐疲劳性以及良好的低温性能和非磁性。
8.铬（Cr）
加入合金目的：提高强度和硬度。
对金相组织与力学性能的影响：
（1）铬强烈促进形成碳化物，稳定珠光体。
（2）铬低时不影响球化，但会降低韧性和塑性。
（3）铬提高强度和硬度，但加入量以不出现游离碳化物为限，对于高韧性铁素体球墨铸铁要严格限制含铬量。
（4）一般珠光体球墨铸铁不宜使用过多的铬。
（三）球墨铸铁中加入球化元素的影响作用及其在球墨铸铁中的适宜残留量
1.镁（Ng）
在采用镁作球化剂时，其适宜残留量与铸铁硫含量、铸件壁厚及铸型材料（冷却强度）有关，铸铁硫含量高以及铸件凝固时间长时，镁的适宜残留量也应适当高些，一般情况下将镁的残留量控制在0.03%～0.065%，应指出，铁液中残留镁量也不宜过高，残留镁量过高会使石墨形状发生恶化，严重时甚至出现畸变。其原因在于镁原子在石墨表面上的吸附。由于镁也属于表面活性元素，过量的镁原子也有封闭石墨的螺旋位错生台阶、促使石墨沿[1010]晶向生长的作用。过高的残留镁量还会使铸铁形成白口的倾向增大，并会使镁的氧化物及硫氧化物等夹杂数量增多，从而增大形成铸造缺陷的可能性。
2.铈（Ce）
铈作为球化剂时，为了获得高的球化率和圆整度，要求有过共晶的碳当量，铁液中的适宜残留铈量与硫含量有关，当硫含量低于ωS0.02%(质量分数)时，适宜铈含量约为ωCe0.017%～0.034%。铈的球化作用还与铁液中的氧量有关。只有当铁液中氧的活度较低，因而使铈能主要与硫化合，而使硫的活度足够低时，石墨才能有良好的球化。但过量的铈也会使石墨形状恶化，增大铸铁的白口倾向和使夹杂物增多。
3.钇（Y）
与镁、铈相比，钇的球化作用较弱。为使石墨稳定地球化，所需的残留铈量比镁、铈高得多。适宜的残留钇量约为0.25%左右，与镁、铈不同的是残留钇量的允许范围较大，研究表明，即使铸铁中含有超过适宜残留量一倍（即0.5%）的钇时，也不会使石墨形状恶化，而且铈不会增大铸铁的白口倾向。
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