Каждый элемент, присутствующий в сплаве, оказывает определенное влияние на его структуру и свойства.
Кремний снижает растворимость углерода в жидком и твердом растворах железа, способствует графитизации. Содержание кремния в чугуне выше 3% вызывает образование крупных включений графита и феррита, что способствует повышению твердости и хрупкости чугуна. Кремний снижает пластичность стали.
Марганец способствует стабилизации и повышению дисперсности перлита. Содержание марганца до 1,5% положительно влияет на механические свойства серого чугуна. Марганец раскисляет сталь и нейтрализует вредные примеси серы.
Примечание: Раскисле́ние мета́ллов — процесс удаления из расплавленных металлов (главным образом стали и других сплавов на основе железа) растворённого в них кислорода, который является вредной примесью, ухудшающей механические свойства металла. Для раскисления применяют элементы (или их сплавы, например ферросплавы), характеризующиеся большим сродством к кислороду, чем основной металл.
Хром является карбидообразующим элементом, повышает жаростойкость и окалиностойкость чугунов. Хром повышает твердость, сопротивление износу, коррозии в морской воде и слабых растворах кислот, но увеличивает хрупкость чугунов. При содержании хрома более 0,08% прочность чугуна снижается из-за образования свободных карбидов хрома. Наиюолее эффективно хром проявляет свои легирующие свойства при одновременном его использовании с никелем, молибденом, медью и другими элементами.
Фосфор повышает склонность сплавов к образованию трещин. Поэтому в отливках ответственного назначения, несущих ударные нагрузки, содержание фосфора не должно превышать 0,2%. При изготовлении отливок художественного литья для повышения жидкотекучести чугунов содержание фосфора доводят до 1% и более. Фосфор не оказывает существенного влияния на графитизацию.
Сера является нежелательной примесью, так как способствует образованию отбела и горячих трещин в отливках, понижает жидкотекучесть сплавов.
Медь способствует графитизации, а в процессе эвтектоидного превращения препятствует распаду перлита. Присутствие меди в чугуне обеспечивает сопротивление коррозии на воздухе, в растворах солей, кислот, нефти. Оптимальное содержание меди в легированном сером чугуне составляет 3-4%. Содержание меди более 2% вызывает процесс превращения шаровидного графита в пластинчатый.
Молибден и ванадий повышают твердость и прочность доэвтектических чугунов, кратковременную прочность чугуна при высоких температурах, теплостойкость, сопротивление износу, ударную вязкость, жаропрочность чугунов.
Никель способствует образованию мартенсита в чугуне. Повышает коррозионную стойкость чугунных отливок в морской воде и щелочах.
Титан и алюминий являются хорошими раскислителями, способствуют графитизации. При производстве ковкого чугуна титан служит модификатором. Присутствие же его в отливках из высокопрочного чугуна нежелательно, так как он препятствует образованию шаровидного графита.
Магний, лантан, церий, иттрий способствуют образованию вермикулярной, компактной или шаровидной формы графита. Наиболее эффективно использование этих элементов в комплексе, в составе специальных лигатур.
Олово и цинк повышают жаростойкость чугуна, что обусловлено увеличением структурной стабильности перлита.
Бор образует карбиды, нитриды и карбонитриды, что приводит к повышению твердости и износостойкости сплавов, является модификатором ковкого чугуна.
Теллур способствует образованию поверхностного отбела, увеличивает дисперсность графита и перлита.
Примечание: Отбел - участки скопления цементита в отливках из серого чугуна. Отбел обладает повышенной твердостью, плохо поддается механической обработке. Причиной образования отбела могут быть: - пониженное содержание углерода и кремния, - повышенное содержание карбидообразующих элементов, -низкая температура заливки чугуна или слишком большая скорость охлаждения залитого чугуна в форме при повышенной влажности формовочной смеси. Отбел считается дефектом отливок и устраняется графитизирующим отжигом.
Сурьма и висмут в пределах 0,05-0,15% резко повышают термостойкость серого чугуна. Избыточное содержание сурьмы и висмута сильно снижает механические свойства чугуна, увеличивая его склонность к отбелу.