錳

錳擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，擴(kuò)展相區(qū)的程度隨錳含量上升而增加。球墨鑄鐵中錳的凝固分配系數(shù)約為0.7，凝固時(shí)錳偏聚于液相。

在固態(tài)相變過程中，錳原子的擴(kuò)散比碳原子困難，擴(kuò)散速度遠(yuǎn)低于碳原子，導(dǎo)致含錳較高的鑄件相變阻力增加，并阻礙鐵原子擴(kuò)散，減緩慢奧氏體分解速度，增加共析轉(zhuǎn)變過冷度，加長轉(zhuǎn)變?cè)杏?，使避免珠光體轉(zhuǎn)變的臨界冷速降低。在較低的共析溫度下，共析轉(zhuǎn)變速率加快，奧氏體中的碳原子遷移變得困難，因而錳抑制鐵素體形成，從而提高基體中珠光體體積分?jǐn)?shù)。可以利用調(diào)節(jié)錳量來改變基體中鐵素體和珠光體含量的比例，改變鑄件性能。

錳使共析溫度顯著下降。球墨鑄鐵中每增加1%錳，共析轉(zhuǎn)變溫度下降約20度。表明錳增加奧氏體共析轉(zhuǎn)變過冷度。在較低溫度下，轉(zhuǎn)變阻力增大，奧氏體穩(wěn)定性提高，并可使共析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物細(xì)化。含錳量達(dá)到一定程度后，奧氏體能夠保留到室溫。

錳減少共析組織含碳量。當(dāng)基體含錳量不太高時(shí)，每1%的錳約可使共析組織含碳量減少0.05%--0.06%。加錳使共析點(diǎn)移向相圖左下方。奧氏體共析轉(zhuǎn)變中錳原子有助于較厚球墨鑄鐵件淬火硬化。

錳溶入鐵并與碳化合形成滲碳體。在此化合物中，錳原子部分取代鐵原子，使化合物的結(jié)合鍵加強(qiáng)。存在共晶組織或共析組織中的這種碳化物都是穩(wěn)定R .

微區(qū)分析結(jié)果表明：球狀石墨周圍含錳量比奧氏體晶界處的含錳量低數(shù)倍，這是因?yàn)殄i原子的擴(kuò)散速度低于碳的擴(kuò)散速度，導(dǎo)致共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后的晶間殘留熔液相，錳濃度遠(yuǎn)高于鑄件平均濃度。共晶轉(zhuǎn)變完成后，晶界上將會(huì)析出晶碳化物。隨著鑄件含錳量增加，碳化物體積分?jǐn)?shù)隨之增大，甚至能形成斷續(xù)網(wǎng)狀或連續(xù)網(wǎng)狀碳化物，降低鑄件塑韌性。因此制造塑韌性要求較高的鐵素體球墨鑄鐵時(shí)，鑄件含錳一般應(yīng)限制在0.2%以下。

球墨鑄鐵的幾種常存元素中，對(duì)珠光體體積分?jǐn)?shù)影響顯著的是錳。長期生產(chǎn)珠光體球墨鑄鐵的經(jīng)驗(yàn)表明，厚度25mm以下的鎂球墨鑄鐵中錳=0.3%--0.5%時(shí)，基體中珠光體含量一般在60%--80%。50---60mm厚鑄件珠光體含量約為50%---60%。更厚的QT550—5及QT600—3鑄件，加錳量可達(dá)到0.55%---0.7%。

利用提高含錳量來增加珠光體含量時(shí)應(yīng)控制錳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例。下圖（2—5）顯示經(jīng)過鎂硅鐵球化處理的含碳=3.5%---3.9%直徑25mm球墨鑄鐵件中錳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵素體體積分?jǐn)?shù)的影響。

此圖顯示如果鑄件含硅量為2%，欲使鐵素體體積分?jǐn)?shù)減少5%以下，消除牛眼狀鐵素體，則加錳量需要超過1%以上。如此高的含錳量則難以避免滲碳體和晶間碳化物生成。在此種情況下，可以加入銅或銅+鉬，相應(yīng)減少錳含量。

鑄態(tài)使用的珠光體球墨鑄鐵件，含錳量也不宜過高，可選用：錳=0.3%--0.5%、厚壁件可按上限選用。薄壁鑄件容易出現(xiàn)滲碳體，含錳量需要控制在0.3%或更低一些。

使用前經(jīng)過消除碳化物正火的鑄件，根據(jù)所需珠光體體積分?jǐn)?shù)，鑄件含錳量可提高到0.4%--0.8%。

錳溶入鐵素體產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用，可使鐵素體球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度提高。下圖（2—6）顯示碳=4%，硅=2.2%珠光體球墨鑄鐵和鐵素體球墨鑄鐵主要力學(xué)性能的影響。

磷

磷在奧氏體中的溶解度較低，并不直接影響奧氏體轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，也不影響石墨的球化及球狀石墨尺寸、分布和數(shù)量。磷對(duì)球墨鑄鐵力學(xué)性能的影響，主要表現(xiàn)在降低材料塑性韌性。這是因?yàn)楣簿мD(zhuǎn)變過程結(jié)束后，晶間殘留熔液含磷量顯著提高。共晶團(tuán)界上出現(xiàn)脆性相磷共晶。塑韌性降低的程度主要取決于共晶團(tuán)界上磷共晶的體積分?jǐn)?shù)和分布狀況。下圖（2—7）顯示磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)低錳鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵力學(xué)性能的影響。

一些球墨鑄鐵化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于0.07%。但是對(duì)于厚斷面鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵件來說，鐵水中含磷=0.04%時(shí)，已經(jīng)有磷共晶出現(xiàn)，材料的塑性和沖擊韌度明顯下降。當(dāng)磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）由0.06%開始增加，抗拉強(qiáng)度和硬度相應(yīng)提高。而斷收縮率則從0.07%磷時(shí)的15%下降到0.1磷時(shí)的5%。

因此磷共晶的存在，凝固時(shí)發(fā)生較大的晶間體積收縮。這種收縮難以通過鑄件的補(bǔ)縮系統(tǒng)加以補(bǔ)充。因此容易在鑄件中形成顯微疏松孔隙。對(duì)于而壓鑄件，這些孔隙常成為難以修復(fù)的缺陷。球墨鑄鐵中的磷主要來自爐料。目前還不能在熔煉過程中消減鐵中的磷含量。但是對(duì)于塑韌性要求較高的鐵素體球墨鑄鐵件，可以采用高溫退火的工藝措施，使磷共晶中的碳化物分解，盡管磷共晶中的碳化物比較穩(wěn)定，但是經(jīng)過高溫退火后，磷共晶的不良影響可以減輕。

硫

硫能溶于鐵水，但是不能溶于阿爾法鐵和嘎瑪鐵中，硫與鐵化合形成硫化鐵，熔點(diǎn)稍高于共晶溫度（1193攝氏度），硫化鐵與鐵形成共晶（熔點(diǎn)985攝氏度）。兩種共晶在鑄件凝固固后存在于共晶邊界。破壞基體金屬的連續(xù)性，降低球墨鑄鐵力學(xué)性能。

一般球墨鑄鐵件經(jīng)過爐前處理后，硫的重量降下降到0.02%左右。經(jīng)過正常化處理的鑄件一般都能達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。低溫使用的球墨鑄鐵件，為了保持低溫塑韌性，要求硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過0.01%。

硫干擾石墨球化。硫與球化元素（稀土、鎂、鑭）有較強(qiáng)的親和力，球化處理時(shí)加入鐵水的球化元素產(chǎn)生鎂的硫化物（硫化錳）或稀土硫化物（CeS Ce2S或LaS）。鐵水中硫大部分與鎂或鈰化合后，失去其干擾作用。另外，微量硫與鎂、稀土的化合物，是球狀石墨結(jié)晶核心的主要組成物，有助于球狀石墨形核，增加石墨球數(shù)。有資料報(bào)道，含梳和含氧量極低的原鐵水，即便添加了適量的球化劑，所形成組織中只發(fā)現(xiàn)了數(shù)量很少點(diǎn)狀石墨。并且充滿了滲碳體組織。因此認(rèn)為鐵水中微量硫有保暖進(jìn)球狀石墨生成、提高石墨球數(shù)的作用。

鐵水中的硫化物是形成熔渣的主要組分。如果爐前處理后未能徹底扒除這些熔渣，將會(huì)使鑄件內(nèi)出現(xiàn)球化衰退現(xiàn)象。