化学成分的合理选配
1.碳、硅、碳当量
灰铸铁的主要成分是铁、碳、硅。
碳和硅对灰铸铁的显微组织及最终的性能起着决定性的影响，下图是由C和Si的不同含量对直径30试棒的组织的影响，我们所要的高强度高碳当量铸铁，其C和Si含量应在Ⅱ区，即珠光体+石墨的灰口铸铁区，生产上多是通过调整和控制碳硅含量来获得所需的铸件牌号和性能。
硅是铸铁件中产生石墨的基础，含硅量越高，亚共晶铸铁越接近共晶点，在按稳定系统结晶条件下，灰铁的石墨量越多，机械性能就越低。
反之，在碳含量减低，远离共晶点时，结晶间距加大，而初生奥氏体越多，使基体骨架更为坚强，在不产生枝晶间石墨条件下，铸铁性能就提高。
硅是强烈的石墨化元素，它的作用要比碳大，硅能使Fe-C合金的共晶点和共析点向上，向左移动，使铸铁件能在比较高的温度下进行共晶和共析转变，从而促进了石墨化。
生产中采用碳当量（CE）来综合考虑碳和硅对铸铁组织和性能的影响，碳当量实际上表示铸铁的实际成分离共晶体的远近，当CE=43%时，表示这种含硅铸铁成分是共晶成分，提高碳当量能使石墨变粗数量增加，抗拉强度，硬度下降，反之。
降低碳当量能减少石墨数量，细化石墨，增加初生奥氏体，从而提高灰铸铁的力学性能。
碳当量：Ce=C+1/3（Si+P）
而在欧洲常用共晶度Sc来表示铸铁的实际成分与共晶点的远近，Sc=1，为共晶铸铁，Sc<1与亚共晶铸铁，Sc>1与过共晶铸铁，Sc=C÷（426-0.312Si-0.27P）或简化为Sc=C÷[4.3-1/3（Si+P）]
经过大量的实验数据统计，获得铸铁的抗拉强度与CE或Sc的关系为：
抗拉强度=10.000（K-2CE）xf1Xf2 (1)
其中，K=11.80（直径22试棒）k=11.50（直径30试棒） k=11.00（直径50试棒）CE=碳当量，f1，f2……合金元素因子
其计算结果为英寸磅（psi）1psi=0.006894Mpa
或抗拉强度=981-785XSc 简化为：抗拉强度=1000-800Sc (2)
也可由图查得CE与抗拉强度的关系
40
30
20
直径为30mm的铸态灰铸铁试棒的抗拉强度与CE关系
用公式（1）或公式（2）依碳当量及共晶度计算得出的抗拉强度就是众多数据统计出
来的经验式，也可以说反映出了正常的工艺技术水平下得出的机械性能，如果我们的
强度低于这个水平，说明我们工艺水平低，而高于这个水平，说明我们的工艺先进，
无论是在技术上，管理上，都是一流的，所以可用成熟度来衡量。
用在直径30mm的试棒上测得的抗拉强度值和用共晶度算出的抗拉强度之比，称为成熟度，它用下列经验分式来计算：
RG=Rm测÷（981-785XSc）X100%或简化为
RG=Rm测÷（1000-800Sc）X100%
RG------成熟度（%）
Rm测----从直径30mm试棒测得的抗拉强度（Mpa）
Sc------共晶度
2，硫，锰
硫和锰是传统的五大元素。
在铸铁中有重要作用，可其作用机制非常复杂，影响因素
也很多，到现在也还没有完全搞明白，鉴于铁中硫和锰对力学性能有重要影响作用，
机理又很复杂，目前认知又很有限，所以美国AFS于2012年启动了一项新的课题，“锰和硫对灰铸铁性能的影响“，主旨是根据热力学原理，分析研究灰铸铁中硫和锰
的关系，确定凝固时，自由硫的作用，课题目标四项：1，认识硫锰含量与不同截面厚度的铸铁件强度之间的关系，2.进一步认识硫和锰与石墨组织的关系，3.研究如何通过平衡硫和锰含量以提高厚截面铸铁件强度，生产高牌号铸铁件时尽量不用或少用合金。
4.力求对硫在铸铁中生核及凝固过程中的多种作用有更好的认识，按规定本课题应在2014年底结束，并要在AFS年会上发表，可惜在2015年会上只讲了实验过程，并未
发布实验结果，可见对硫和锰的影响因素还没有完成研究。
目前国内对硫和锰的影响，都趋于要一起考虑但到底硫和锰应该控制在什么范围，硫
和锰怎么配对，意见尚不统一。
BCIRA活页文选6指出：一般来说，只要符合硫含量按下列计算值，被锰充分地中和
原则，这两种元素的含量要尽可能低，其公式为：
Mn%=1.7XS%+0.3%
如果按目前合成铸铁的配比，熔炼出来的硫一般在0.04%以下，如果按0.04%计算，则Mn含量应当为0.368%。
最近美国新出版的金属铸造原理指出硫影响，需要考虑锰的反应，锰和硫的关系应按
以下原则：
1.7XS%=Mn 锰和硫反应的理论值
1.7XS%+0.35=Mn 是促进珠光体组织的锰含量没有对硫提出含量要求
美国R.B.Gundlach基于热力学计算，在灰铸铁共晶温度下（1160摄氏度）平衡常数（Mn%XS%）大致等于0.03,1973年，美国俄亥俄州西储大学的J.E Wallace，从优选硫量的角度，用不同硫量试验在硫和锰的乘积（Mn%XS%）为0.03左右时，出现抗
拉强度的最高值。
美国Wisconsion大学的C.R.loper等也对锰和硫在灰铸铁中的作用进行研究，。
1988
年得知，抗拉强度最高的铸铁硫锰的乘积（Mn%XS%）都在0.04左右，看来由平衡
常数（Mn%XS%）来控制灰铸铁中的硫锰含量是一项可取的方式。
日本资料认为，Mn0.4%，S%0.03%时强度达到峰值，去年11月我到日本铸造厂参观，座谈时间到高强度铸铁的成分控制时以保密为由拒绝回答，但在参观现场时我去实验
室查阅，，他们的HT250、HT300检测记录时，确实锰含量为0.4-0.5%，硫在0.04%左右。
林州一铸造厂，生产HT275灰铸铁以电梯新产品铸件，锰含量按照1%，硫含量按照0.08-0.10%控制，结果铸件渣孔严重，，200炉没有浇出合格铸件，我建议将锰含量
降至0.4%，硫就按照0.04%，结果，产品合格了。
一汽在生产汽缸体汽缸盖时，原锰含量0.8-1.0%硫0.06-0.08%，但通过实验，高锰
不但不能增加强度，反而降低了强度，所以现在硫0.06-0.08%锰含量控制在0.5%。
到底硫和锰按照多高的含量合适，建议大家去实践解决，我个人倾向于低硫，低锰。
硫不能低于0.05%，或0.06%大多提出最好为0.06-0.08%是基于需要硫生成硫化物来作为异质晶核为根据的。
国外是在生产合成铸铁时认知的，我国是从二汽成为BCIRA海外会员带回的技术资料上了解到这一技术的。
但我认为孕育不良的解决办法，不只增加了硫这一项，还可以用合适的孕育剂，用碳化硅作为预处理剂来解决。
因此
只要石墨形状良好，应尽量减少含硫量，，因为合成铸铁0.04%也没问题，只要在熔炼温度，保温和化学成分，得到控制下，通过孕育作用应可以解决孕育不良的。
因日本喜欢用SiCa合金做孕育剂低硫的孕育效果也不错。
至于锰含量，因现在废钢中的锰含量越来越高一般已达到1%左右，有的高达2%，在用合成铸件生产时，锰含量已达到1%左右，因此在生产韧性球铁时，还提出了脱锰要求，而在生产高强度高CE灰铸铁时，高锰对抗拉强度的影响又如何？和硫的搭配结果又是怎样，因此对高锰灰铸铁进行了研制，日本岩手大学的工学部的崛江皓等数年前进行了一项专题研究工作，课题要点是：对三种常用的灰铸铁进行试验，试验铸铁的碳当量分别是4.4%，4.0%，3.6%相当于国标标准的HT150、HT250和HT350等牌号，每一种铸铁都将锰含量提高到2.0%并配加不同的硫含量，使锰和硫的比例分别为5、10、20、50、和100对铸铁性能的影响。
1.铸铁成分，熔炼工艺和试样的制备。
试验用铸铁的成分，配量接下表
试验用铸铁在感应电炉中熔炼，每次熔炼3公斤，炉料由高纯生铁、电解铁、75硅铁、锰铁和硫化亚铁组成，以力求避免干扰元素的影响，炉料熔清后，升至最高熔炼温度（1480摄氏度），温度降低至1450摄氏度时，加入硅钙合金进行孕育处理，孕育加入量加硅0.3%计算，各种试样的浇注温度为1400摄氏度。
2.锰硫比对抗拉强度的影响
锰含量为2的三种灰铸铁，锰硫比对抗拉强度的影响范围表，实验用灰铸铁成分及锰硫比
500
450
400
350
300
250
200
150
抗拉强度（Mpa） 20 50 100 Mn/S对三种铸铁抗拉强度的影响
由上图可知。
Mn/S比为5时，抗拉强度很低，随Mn/S比增高抗拉强度明显提高，Mn/S比提高20后，基本稳定，高锰铸铁中，硫不宜高于0.1%含锰2%的铸铁，比常规灰铸铁，（Mn0.7%）高100Mpa，金相对比，常规铸铁比A型石墨为主，在少量D 型石墨还有C型石墨，可能炉料中生铁用量多，含锰2%铸铁，全部为A型石墨，珠光体明显细化。