球墨鑄鐵化學(xué)成分主要包括碳、硅、錳、硫、磷五大常見元素。對(duì)于一些對(duì)組織及性能有特殊要求的鑄件，還包括少量的合金元素。同普通灰鑄鐵不同的是，為保證石墨球化，球墨鑄鐵中還須含有微量的殘留球化元素。

1、碳及碳當(dāng)量的選擇原則： 碳是球墨鑄鐵的基本元素，碳高有助于石墨化。由于石墨呈球狀后石墨對(duì)機(jī)械性能的影響已減小到最低程度，球墨鑄鐵的含碳量一般較高，在3.5～3.9%之間，碳當(dāng)量在4.1～4.7%之間。鑄件壁薄、球化元素殘留量大或孕育不充分時(shí)取上限；反之，取下限。將碳當(dāng)量選擇在共晶點(diǎn)附近不僅可以改善鐵液的流動(dòng)性，對(duì)于球墨鑄鐵而言，碳當(dāng)量的提高還會(huì)由于提高了鑄鐵凝固時(shí)的石墨化膨脹提高鐵液的自補(bǔ)縮能力。但是，碳含量過高，會(huì)引起石墨漂浮。因此，球墨鑄鐵中碳當(dāng)量的上限以不出現(xiàn)石墨漂浮為原則。

2、硅的選擇原則： 硅是強(qiáng)石墨化元素。在球墨鑄鐵中，硅不僅可以有效地減小白口傾向，增加鐵素體量，而且具有細(xì)化共晶團(tuán)，提高石墨球圓整度的作用。但是，硅提高鑄鐵的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度（圖1），降低沖擊韌性，因此硅含量不宜過高，尤其是當(dāng)鑄鐵中錳和磷含量較高時(shí)，更需要嚴(yán)格控制硅的含量。球墨鑄鐵中終硅量一般在1.4—3.0%。選定碳當(dāng)量后，一般采取高碳低硅強(qiáng)化孕育的原則。硅的下限以不出現(xiàn)自由滲碳體為原則。

球墨鑄鐵中碳硅含量確定以后，可用圖2進(jìn)行檢驗(yàn)。如果碳硅含量在圖中的陰影區(qū)，則成分設(shè)計(jì)基本合適。如果高于最佳區(qū)域，則容易出現(xiàn)石墨漂浮現(xiàn)象。如果低于最佳區(qū)域，則容易出現(xiàn)縮松缺陷和自由碳化物。

3、錳的選擇原則： 由于球墨鑄鐵中硫的含量已經(jīng)很低，不需要過多的錳來中和硫，球墨鑄鐵中錳的作用就主要表現(xiàn)在增加珠光體的穩(wěn)定性，促進(jìn)形成(Fe、Mn)3C。這些碳化物偏析于晶界，對(duì)球墨鑄鐵的韌性影響很大。錳也會(huì)提高鐵素體球墨鑄鐵的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度，錳含量每增加0.1%，脆性轉(zhuǎn)變溫度提高10～12℃。因此，球墨鑄鐵中錳含量一般是愈低愈好，即使珠光體球墨鑄鐵，錳含量也不宜超過0.4～0.6%。只有以提高耐磨性為目的的中錳球鐵和貝氏體球鐵例外。

4、磷的選擇原則： 磷是一種有害元素。它在鑄鐵中溶解度極低，當(dāng)其含量小于0.05%時(shí)，固溶于基體中，對(duì)力學(xué)性能幾乎沒有影響。當(dāng)含量大于0.05%時(shí)，磷極易偏析于共晶團(tuán)邊界，形成二元、三元或復(fù)合磷共晶，降低鑄鐵的韌性。磷提高鑄鐵的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度，含磷量每增加0.01%，韌脆性轉(zhuǎn)變溫度提高4～4.5℃。因此，球墨鑄鐵中磷的含量愈低愈好，一般情況下應(yīng)低于0.08%。對(duì)于比較重要的鑄件，磷含量應(yīng)低于0.05%。

5、硫的選擇原則： 硫是一種反球化元素，它與鎂、稀土等球化元素有很強(qiáng)的親合力，硫的存在會(huì)大量消耗鐵液中的球化元素，形成鎂和稀土的硫化物，引起夾渣、氣孔等鑄造缺陷。球墨鑄鐵中硫的含量一般要求小于0.06%。

6、球化元素的選擇原則： 目前在工業(yè)上使用的球化元素主要是鎂和稀土。鎂和稀土元素可以中和硫等反球化元素的作用，使石墨按球狀生長。鎂和稀土的殘留量應(yīng)根據(jù)鐵液中硫等反球化元素的含量確定。在保證球化合格的前提下，鎂和稀土的殘留量應(yīng)盡量低。鎂和稀土殘留量過高，會(huì)增加鐵液的白口傾向，并會(huì)由于它們?cè)诰Ы缟掀龆绊戣T件的機(jī)械性能。