所謂球化元素是指那些能夠促進(jìn)石墨球狀化、使石墨球生成或增加的元素。球化元素一般有以下共同性質(zhì)：

　　(1)元素最外電子層上有一個(gè)或兩個(gè)價(jià)電子，次內(nèi)層有8個(gè)電子。這種電子結(jié)構(gòu)使元素與硫、氧和碳有較強(qiáng)的親和力，反應(yīng)產(chǎn)物穩(wěn)定，能顯著減少鐵水中的硫和氧。

　　(2)元素在鐵水中溶解度低，凝固過(guò)程中有顯著偏析傾向。

　　(3)雖然和碳有一定親和力，但在石墨晶格內(nèi)溶解度低。

　　根據(jù)以上要求，Mg,Ce,Y,Ca常用作有效球化元素，它們各自的特點(diǎn)如下。

　　Mg：鎂是石墨球化能力最強(qiáng)的元素。

　　這是因?yàn)?，一是鎂沸點(diǎn)低，在鐵水中蒸氣壓力高，使鐵水沸騰。鎂的原子量和密度比鐵水小，熔點(diǎn)650度，沸點(diǎn)1108度，在鐵水處理溫度下，鎂產(chǎn)生的蒸氣壓力很高(超過(guò)1Mpa)，鎂的熔解熱為21J/g,蒸發(fā)潛熱為406J/g，因此，鎂加入鐵水時(shí)，會(huì)產(chǎn)生汽化，使鐵水翻騰、球化均勻;二是鎂脫氧除硫能力強(qiáng)，鎂與硫、氧有很強(qiáng)的親和力，所生成的MgO和MgS熔點(diǎn)高，密度也遠(yuǎn)小于鐵，容易上浮與鐵水分離，因此鎂處理后的鐵水，硫和氧的含量都很低;三是在鐵水凝固過(guò)程中有偏析于石墨的傾向，當(dāng)其在鐵水中的殘留量超過(guò)0.035%時(shí)，石墨就可以球化，但當(dāng)鎂殘留量超過(guò)0.07%時(shí)，一部分鎂偏析于晶界，并與晶界中的碳、磷等發(fā)生放熱反應(yīng)，生成MgC2、Mg2C3、Mg3P2等。殘留鎂量更多時(shí)，晶間碳化物將大量增多。

　　Re：稀土的石墨球化能力不如鎂，但脫硫、脫氧能力比鎂強(qiáng)。

　　稀土族元素對(duì)石墨球化有顯著作用的是輕稀土元素中的鈰和重稀土中的釔。一是稀土元素的密度、沸點(diǎn)均比鎂高，熔點(diǎn)和鐵液溫度相近，球化處理時(shí)，無(wú)沸騰無(wú)火光煙塵，不會(huì)引起鐵水的翻騰和噴濺，現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)條件較好，但球化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件不好，也因此不宜單獨(dú)使用稀土做球化劑;二是鈰和釔基稀土元素有比鎂更強(qiáng)的脫硫脫氧能力，生成的硫化稀土、氧化稀土等化合物熔點(diǎn)高、穩(wěn)定性好;三是稀土元素與鐵水中的球化干擾元素也能形成穩(wěn)定的化合物，因此含稀土的球化劑比鎂球化劑的抗干擾能力強(qiáng)。

　　稀土元素殘留量對(duì)石墨球化有明顯的影響。輕稀土處理過(guò)共晶鐵水，當(dāng)殘留鈰含量0.04%時(shí)，石墨就可以球化，而且很穩(wěn)定;處理亞共晶鐵水時(shí)，輕稀土加入量要增加。以輕稀土為主的球化劑處理的球鐵，石墨圓整度比鎂處理得球鐵要差，常出現(xiàn)團(tuán)狀和團(tuán)片狀石墨，并出現(xiàn)碎塊狀石墨;另外輕稀土處理的球鐵白口傾向大，尤其是在厚大斷面鑄件及熱節(jié)部位易產(chǎn)生石墨畸變，白口傾向和石墨漂浮都比鎂為主做球化劑制得的球鐵嚴(yán)重，因此需要控制稀土含量和加入量。但是，輕稀土元素與鎂配合做球化劑時(shí)，能有效的凈化鐵水，降低白口傾向，中和干擾元素的有害影響，促進(jìn)球化作用;重稀土釔在高碳過(guò)共晶鐵液中，球化能力比輕稀土強(qiáng)，略遜于鎂。釔本身熔點(diǎn)高，其脫氧除硫產(chǎn)生的氧化物、硫化物在高溫下比較穩(wěn)定，因此其抗球化衰退能力很強(qiáng)，而且不回硫。1400度的鐵水保溫1小時(shí)，球化率降低不超過(guò)10%，含硫0.06%的鐵水，用釔基重稀土合金處理后，能得到完整的球狀石墨。鐵水中殘留釔0.10—0.15%，石墨球化良好;低于此限度，隨釔量減少依次出現(xiàn)不規(guī)則石墨和蠕蟲(chóng)狀石墨;殘留釔超過(guò)0.15而低于0.30%時(shí)，白口傾向逐漸增大，石墨圓整度變差，并在更高殘留量時(shí)出現(xiàn)YTe4。

　　Ca：鈣的球化能力不如鎂和稀土，單獨(dú)作球化劑效果并不好，但它與鎂、稀土復(fù)合作球化劑時(shí)，可以減少鎂的加入量，處理的球鐵白口傾向小，而且球化反應(yīng)平穩(wěn)，還容易得到鑄態(tài)的鐵素體基體。尤其是，鈣在鐵水中的溶解度很低，它對(duì)金相組織的影響是通過(guò)與氧和硫的結(jié)合而間接實(shí)現(xiàn)的，與鎂相比，鈣與硫、氧的親和力更強(qiáng)，能夠有效的脫硫除氧。鈣殘留量很低時(shí)，石墨分枝傾向增加，殘留量較多時(shí)，可是使石墨尺寸減小，分枝傾向降低，但鈣殘留量達(dá)到0.2%時(shí)，白口傾向明顯加大。

　　Ba：鋇常在一些復(fù)合、特殊用途球化劑中配入使用，它的作用在于，一方面與Ca元素復(fù)合，延緩爆發(fā)和平穩(wěn)反應(yīng)，另一方面使反應(yīng)后的爐渣易于清理，更主要的是保持石墨結(jié)晶核心質(zhì)點(diǎn)在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)還有與石墨晶格具有優(yōu)良的晶格匹配性，從而使鑄件達(dá)到較高的石墨數(shù)量，在專用球化劑中，一般控制在1.0-2.5%的范圍。