在鑄件生產中，加入到灰鑄鐵中的合金元素根據(jù)其功能可分為四大類:

石墨化元素、碳化物形成元素、穩(wěn)定珠光體元素及細化珠光體元素。元素碳(C）.硅( 5i） ,鋁(as),欽(Tip銅( Cu ）、和鎳( Ni)在鑄鐵凝固時能促使石墨的形成，被認為是石墨化元素。但這些元素的作用大小并不相同，Cu的石墨化能力只有Si的0.05% , Ni和Cu具有石墨化及細化珠光體的雙重功能，而細化珠光體的功能是主要的，因此被認為是穩(wěn)定珠光體的元素。由于錫( Sn） .銻(5b),錳(Mn）,鉬(Mo）.鉻（Cr） ,釩(V）、和鈮( Nb ）能延緩石墨的析出和增加形成滲碳體傾向，而被劃分為碳化物形成元素。其中一些元素如鉬( Mo），也具有雙重作用，因為它還能細化珠光體:當相含量＜0.8%時，是細化珠光體元素、當其含量＞0.80%時，是碳化物形成元素。

人們在熔融灰鑄鐵中，有意識地加人一些合金元素，來促進珠光體的形成、細化珠光體組織和提高它的穩(wěn)定性:由鐵素體和碳化物薄片交替排列的細珠光體層狀組織能增加鑄鐵的硬度和強度。

珠光體片層的粗細取決于奧氏體的冷卻速度。緩慢的冷卻速度有利于形成粗片狀的珠光體組織;快速冷卻則容易形成細珠光體。例如，鑄件從較高的落砂溫度，如1700℉下( 927℃)開始冷卻，會比較低落砂溫度如1400%下(760℃ )冷卻產生硬度更高、組織更細的珠光體組織。

在奧氏體區(qū)域緩慢冷卻的條件下某些合金元素能使鑄件形成細珠光體組織。Cr(0.1%一0.6%)及V（0.1%一0.4%)是有效的常用珠光體形成元素。Ma(0.1%一0.8%)及N（0.1%一1.5%)則是常用的珠光體穩(wěn)定元素。由于某些元素能有效地促進珠光體的形成，而另一些元素對促進珠光體的細化和穩(wěn)定更有效，因此要使鑄件獲得最佳性能，應同時包含上述兩類元素，并采用合適的落砂溫度。

關于合金元素Cr,V,Mn和Ni的作用，很多文獻都有報道。為了使鑄造工作者更好地理解Sb、Cu、Mn,Nb和Sn在灰鑄鐵生產中的作用，本文將對通過文獻檢索得到的各種結果及合金元素穩(wěn)定灰鑄鐵中珠光體組織的機理進行討論。?

灰鑄鐵中的錳

在灰鑄鐵中加人hen的作用及必要性在于它能與硫（S)形成對性能無害的藍灰色硫化錳（MnS)夾雜物，從而穩(wěn)定了硫（S)元素。硫化錳夾雜物隨機分布在金屬基體上，能有助于提高鑄鐵的切削性能(提高切削刀具的壽命)。

圖1 ? 560X粗片狀珠光體，片間距0.00508 mm。它是由于穩(wěn)定珠光體元素的含量低.而硅含量在允許值的上限所造成。

錳的存在防止了硫化鐵(FeS)的形成，硫化鐵的熔點只有2180℉(1193℃〕，而硫化錳為2948℉下(1620℃)。阻礙硫化鐵的形成就能防止由它產生的脆性，它以晶?；蚬簿У木Ы缦嘈问酱嬖?使鑄件產生脆性、熱脆和殘余應力。

除了能與硫結合外，通常認為錳在灰鑄鐵內還起穩(wěn)定珠光體的作用或者象在鍋中的錳那樣，具有促進珠光體形成的作用。大多數(shù)灰鑄鐵牌號中都有意加入了錳。事實上所有其它類型的鑄鐵中也都有殘存的錳元素。在大多數(shù)鑄鐵配料中都有錳元素，它作為合金元素在鋼中的使用量也不斷增加。錳在奧氏體中的固溶強化作用微乎其微，在鐵素體中也只有中等的作用。錳大大延緩了奧氏體轉變?yōu)殍F素體的過程，使得可熱處理鋼和鑄鐵具有更好的淬透性。錳還能降低相變溫度和共析點碳濃度。錳是提高淬透性性能價格比最高的合金元素。

通過一系列的研究表明:硫對石墨片形核和長大所起的關鍵作用得到了證實和記載。這項研究工作是重新認識鑄鐵中的石墨片尺寸的開端，能通過對鑄造過程的控制來獲得一致和可重現(xiàn)的灰鑄鐵。要得到片狀石墨組織的灰鑄鐵，硫的最低含量根據(jù)當前的標準為0.06%。低于該值，會出現(xiàn)白口組織和石墨片分布不均的問題。?

從化學當量計算。錳的原子量為55，而硫為32.因此如要形成硫化錳( MnS ) ,錳的重量應該是硫質量的1.7倍。但是很多年前人們就認識到，需要更多的錳（0.3%-0.35)才能阻止硫化鐵（FeS)的形成及硫化鐵在灰鑄鐵中的產生。

當錳含量超過形成硫化錳所需要的化學當量時，就會形成復合的鐵錳硫化物。事實上，硫化錳和硫化鐵能夠相互溶解，因此，在復合硫化物中，鐵和錳的含量是可變的。更為復雜的是，硫和氧也能相互溶解，所形成的化合物為FexMnSYOx，其中X,Y,V和W將隨鐵含量的局部變化而變化。在鑄鐵中很難發(fā)現(xiàn)有游離的S原子，但是如上所述，也許所遇到的Mn:S比例很低。最佳的Mn:S比例可為1.7%S+(0.3-0.5)%Mn,但該值隨鑄件的截面尺寸、鑄造工藝等的不同而變化。