球墨鑄鐵化學成分主要包括碳、硅、錳、硫、磷五大常見元素。對于一些對組織及性能有特殊要求的鑄件，還包括少量的合金元素。同普通灰鑄鐵不同的是，為保證石墨球化，球墨鑄鐵中還須含有微量的殘留球化元素。
1、碳及碳當量的選擇原則： 碳是球墨鑄鐵的基本元素，碳高有助于石墨化。由于石墨呈球狀后石墨對機械性能的影響已減小到最低程度，球墨鑄鐵的含碳量一般較高，在3.5～3.9%之間，碳當量在4.1～4.7%之間。鑄件壁薄、球化元素殘留量大或孕育不充分時取上限；反之，取下限。將碳當量選擇在共晶點附近不僅可以改善鐵液的流動性，對于球墨鑄鐵而言，碳當量的提高還會由于提高了鑄鐵凝固時的石墨化膨脹提高鐵液的自補縮能力。但是，碳含量過高，會引起石墨漂浮。因此，球墨鑄鐵中碳當量的上限以不出現石墨漂浮為原則。
2、硅的選擇原則： 硅是強石墨化元素。在球墨鑄鐵中，硅不僅可以有效地減小白口傾向，增加鐵素體量，而且具有細化共晶團，提高石墨球圓整度的作用。但是，硅提高鑄鐵的韌脆性轉變溫度（圖1），降低沖擊韌性，因此硅含量不宜過高，尤其是當鑄鐵中錳和磷含量較高時，更需要嚴格控制硅的含量。球墨鑄鐵中終硅量一般在1.4—3.0%。選定碳當量后，一般采取高碳低硅強化孕育的原則。硅的下限以不出現自由滲碳體為原則。
球墨鑄鐵中碳硅含量確定以后，可用圖2進行檢驗。如果碳硅含量在圖中的陰影區，則成分設計基本合適。如果高于最佳區域，則容易出現石墨漂浮現象。如果低于最佳區域，則容易出現縮松缺陷和自由碳化物。
3、錳的選擇原則： 由于球墨鑄鐵中硫的含量已經很低，不需要過多的錳來中和硫，球墨鑄鐵中錳的作用就主要表現在增加珠光體的穩定性，促進形成(Fe、Mn)value="3" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">3C。這些碳化物偏析于晶界，對球墨鑄鐵的韌性影響很大。錳也會提高鐵素體球墨鑄鐵的韌脆性轉變溫度，錳含量每增加0.1%，脆性轉變溫度提高10～12℃。因此，球墨鑄鐵中錳含量一般是愈低愈好，即使珠光體球墨鑄鐵，錳含量也不宜超過0.4～0.6%。只有以提高耐磨性為目的的中錳球鐵和貝氏體球鐵例外。 4、磷的選擇原則： 磷是一種有害元素。它在鑄鐵中溶解度極低，當其含量小于0.05%時，固溶于基體中，對力學性能幾乎沒有影響。當含量大于0.05%時，磷極易偏析于共晶團邊界，形成二元、三元或復合磷共晶，降低鑄鐵的韌性。磷提高鑄鐵的韌脆性轉變溫度，含磷量每增加0.01%，韌脆性轉變溫度提高4～4value=".5" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0" w:st="on">.5℃。因此，球墨鑄鐵中磷的含量愈低愈好，一般情況下應低于0.08%。對于比較重要的鑄件，磷含量應低于0.05%。 5、硫的選擇原則： 硫是一種反球化元素，它與鎂、稀土等球化元素有很強的親合力，硫的存在會大量消耗鐵液中的球化元素，形成鎂和稀土的硫化物，引起夾渣、氣孔等鑄造缺陷。球墨鑄鐵中硫的含量一般要求小于0.06%。
6、球化元素的選擇原則： 目前在工業上使用的球化元素主要是鎂和稀土。鎂和稀土元素可以中和硫等反球化元素的作用，使石墨按球狀生長。鎂和稀土的殘留量應根據鐵液中硫等反球化元素的含量確定。在保證球化合格的前提下，鎂和稀土的殘留量應盡量低。鎂和稀土殘留量過高，會增加鐵液的白口傾向，并會由于它們在晶界上偏析而影響鑄件的機械性能。
