隨著合金價(jià)格的提高,生產(chǎn)成本不斷增加。為降低生產(chǎn)成本,本課題在HT250材質(zhì)的基礎(chǔ)上,采用氮、鈦、鈮對鐵液進(jìn)行合金化,通過金相組織觀察、SEM分析、EDS分析、拉伸試驗(yàn)和硬度試驗(yàn),研究了氮、鈦、鈮對灰鑄鐵組織及性能的影響規(guī)律。 試驗(yàn)結(jié)果表明,含氮量為0.0055%～0.013%、含錳量為1.0%-1.36%時(shí),試樣的金相組織為A型石墨+細(xì)片狀珠光體+少量鐵素體。隨著含氮、錳量的增加：片狀石墨長度變短、寬度稍有增加,彎曲程度加大,石墨端部鈍化,對基體的割裂作用減弱；細(xì)片狀珠光體含量略有增加,珠光體層片間距減小；試樣的抗拉強(qiáng)度和硬度逐漸增大,當(dāng)含氮量為0.012%、含錳量為1.24%時(shí),試樣的抗拉強(qiáng)度和硬度達(dá)到大值,分別為395MPa和260HBW。當(dāng)鐵液中含氮量≥0.011%時(shí),鑄件表面下開始出現(xiàn)氣孔缺陷。 在適當(dāng)含氮量(0.0080%左右)基礎(chǔ)上,含鈦量在0.055%-0.149%范圍內(nèi)時(shí),試樣的金相組織為A型和D型石墨+珠光體+少量鐵素體。隨著含鈦量的增加：A型石墨減少,D型石墨增多；鐵素體的含量增多,珠光體的含量減少。
試樣的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)降低的趨勢,當(dāng)含鈦量為0.149%時(shí),試樣的抗拉強(qiáng)度小,為230MPa；而試樣的布氏硬度略有增加,當(dāng)含鈦量為0.149%時(shí),試樣的布氏硬度大,為219HBW。鈦在含氮灰鑄鐵中的存在形式有以下兩種：少部分固溶于基體中,呈均勻分布；大部分與鐵液中的碳、氮形成鈦的碳氮化物,并多以三角形、四邊形及帶棱角的不規(guī)則塊狀鑲嵌于基體之中,呈彌散分布。

一般來說，鑄件冷卻速度趨緩慢，就越有利于按照Fe-G穩(wěn)定系狀態(tài)圖進(jìn)行結(jié)晶與轉(zhuǎn)變，充分進(jìn)行石墨化;反之則有利于按照 Fe-Fe3C亞穩(wěn)定系狀態(tài)圖進(jìn)行結(jié)晶與轉(zhuǎn)變，終獲得白口鐵。尤其是在共析階段的石墨化，由于溫度較低，冷卻速度增大，原子擴(kuò)散困難，所以通常情況下，
鑄鐵的冷卻速度是一個(gè)綜合的因素，它與澆注溫度、傳型材料的導(dǎo)熱能力以及鑄件的壁厚等因素有關(guān)。而且通常這些因素對兩個(gè)階段的影響基本相同。提高澆注溫度能夠延緩鑄件的冷卻速度，這樣既促進(jìn)了 階段的石墨化，也促進(jìn)了第二階段的石墨化。因此，提高澆注溫度在一定程度上能使石墨粉化 ，也可增加共析轉(zhuǎn)變。
在一定溫度范圍內(nèi)，提高鐵水的過熱溫度，延長高溫靜置的時(shí)間，都會導(dǎo)致鑄鐵中的石墨基體組織的細(xì)化，使鑄鐵強(qiáng)度提高。進(jìn)一步提高過熱度，鑄鐵的成核能力下降，因而使石墨形態(tài)變差，甚至出現(xiàn)自由滲聯(lián)體，使強(qiáng)度反而下降，因而存在一個(gè)‘臨界溫度’。臨界溫度的高低，主要取決于鐵水的化學(xué)成分及鑄件的冷卻速度.一般認(rèn)為普通灰鑄鐵的臨界溫度約在1500一1550℃左右，所以總希望出鐵溫度高些。