灰铸铁中所加的合金元素大体上可分为4类，即石墨化元素，渗碳体稳定元素，珠光体稳定元素和细化珠光体的元素。 铸铁凝固过程中，碳、硅、铝、硫、铜和镍等元素都有促进石墨形成的作用，可认为是石墨化元素。但是，各元素的效能却很不相同，例如，铜的作用大约是硅的20%。镍和铜还有双重作用：共晶转变时促进石墨化；共析转变时却抑制石墨化，有助于形成较多较细的珠光体，所以也可以将其视为珠光体稳定元素。
钛的影响也很复杂。一般说来，钛是很强的碳化物形成元素，但当其含量很少时（如<0.08%），它的微细的化合物可作为石墨的核心，有促进石墨化的作用。
锡、锑、锰、钼、铬、钒和铌等都能阻碍石墨的析出和成长，增强形成渗碳体的倾向，都属于渗碳体稳定元素。其中，钼的作用与其加入量有关。铸铁中含钼量，<0.8%时，钼的作用温和，表现为使珠光体细化，含量提高就是渗碳体稳定元素。一般认为：锰的作用是增加铸铁的珠光体量，提高铸铁的强度。实际上，锰的作也是多方面，含量高时，会使石墨粗大，从而降低铸铁的强度。
本文的开始，我们就谈到了提高灰铸铁件的强度及其综合质量的目标，现在就从这个角度来谈谈灰铸铁中常用的合金元素。
1．锰和硫
一般说来，硫是有害元素。但对灰铸铁来讲，含少量的硫对于石墨的生核和共晶团的细化都有非常重要的作用。所以，灰铸铁中的含硫量不宜低于0.06%，最好保持在0.06% ～ 0.08%之间。含硫量太高（>0.18%），则各种有害作用都会显现，损害铸件的质量。
硫是化学活性强的元素，在铸铁中含锰量很低时，硫与铁生成化合物FeS（熔点1193℃），也与铁和碳形成低熔点的共晶体（含碳0.17%，硫31.7%，其余为铁，熔点975℃）。
FeS可以完全溶解于铁液中。铁液凝固时，硫或FeS在奥氏体和渗碳体的固溶度很小，逐渐富集于剩余的液相中，最后以硫化物的形式析出，铸铁中含硫量为0.02%时，即可出现独立的硫化物。
在灰铸铁中，硫与锰的亲和力比其与铁的亲和力大得多，下式表述的反应中，MnS的形成是占优势的。Mn FeS MnS FeMnS的熔点为1620℃，在灰铸铁中，MnS是细小而无害的蓝灰色夹杂物，散乱地分布在金属基体中，而且有助于改善铸铁的加工性能、提高工具的寿命。灰铸铁中，MnS和FeS可以互溶，所以， 复合硫化物（MnFe）S中，锰和硫的量是可变的。硫和氧也可以互溶，所以，灰铸铁中，硫化物的情况很复杂，生成的化合物可以用FexMnySvOw来表示，其中x、y、v和W的值会因铸铁的具体条件而改变。 近年来，用定量金相分析方法所作的研究表明：1cm3灰铸铁中，MnS和（MnFe）S夹杂物约有4300万个，夹杂物的尺寸为2～23微来。夹杂物的总量不到铸铁重量的0.01%。
硫以FeS或三元共晶存在时，在铸铁凝固过程中，偏析于共晶团界面的液相中，阻碍共晶团的成长，使共晶凝固时的过冷度增加，因而使铸铁的白口倾向增大。凝固以后，偏析于共晶团边界上的FeS或三元共晶，又会使铸铁的力学性能低下，脆性大。这就是硫的有害作用。
如果铸铁中加有足够量的锰以抑制FeS的产生，并形成细小而分散的硫化物夹杂，硫就会在石墨的生核和成长中起积极而有益的作用。结果，铸铁组织中共晶团细小，石墨为A型，也不会出现白口。为使石墨片的形态令人满意，灰铸铁中硫的最低含量应是0.06%。含硫量低于此值，铸铁中石墨片的分布状况就不好，且易产生白口。
锰在灰铸铁中的主要作用是约束硫，抑制FeS的形成。由于锰与硫的原子量的比值为1.71。铸铁中的锰与硫化合形成MnS的当量比为1.71时，认为其处于锰硫平衡状态。含量高于平衡状态的锰，称为“超量锰”，含锰量低于平衡状态时，则属于“硫超量”。
前面说到的反应是可逆的，如欲使FeS充分地与锰作用生成MnS，必须有适当的超量锰。在正常的作业条件下，如灰铸铁中含硫量不高于0.18%，同时又含有足够量的锰，硫的有害作用就不会太大。如果没有足够的含锰量，含硫高就有明显的稳定渗碳体的作用。石墨的形态也不好（尖锐石墨片）。
锰延缓奥氏体转变的作用很明显，在铸钢中是最便宜的、也是最常用的提高淬透性的合金元素。在灰铸铁中，锰也有提高基体淬透性的作用。由于灰铸铁不适宜淬火处理，这一优点是无从利用的。 锰对灰铸铁强度性能的影响有其两重性：一方面，锰能促进珠光体形成，且有一定的细化珠光体的作用，因而有助于提高强度；另一方面，含锰量太高会影响铁水的生核，使共晶团数量少，石墨粗大，甚至可能促成过冷石墨，从而使铸铁的强度降低。 关于锰在灰铸铁中的作用，英国铸铁研究协会（BCIRA）曾进行过系统的研究，美国铸造学会（AFS）也组织过有关的调查和研究，以下一些看法是目前为大家所认同的。灰铸铁中的超量锰为0.2-0.3%时，白口倾向最小，硬度也最低，当然强度也不高。将超量锰降低到0.1%左右，灰铸铁的抗拉强度会有较大幅度的提高，同时，布氏硬度也可能提高40-50单位，在这种情况下，应注意铸铁的加工性能是否适宜。超量锰在0.3%以上继续提高含锰量，可使灰铸铁基体中的珠光体增多，但并不一定能提高强度。 美国铸造学 1
