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铸件的凝固
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第 2 章 铸件的凝固
4、铸件的凝固时间
铸造必定具有凝固这一过程，绝大多数的铸造缺陷是伴随凝固过程
而产生的．所以，认识铸件的凝固规律，研究凝固过程的控制途径，对
于铸造缺陷的防治，改善铸件质量，提高铸件的性能从而获得优质的铸
件，有着十分重要的意义！
本章主要内容：
1、铸件的温度场
２、铸件的凝固方式
３、金属的凝固方式与铸件质量的关系
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铸件与铸型的热交换特点
液态金属注入铸型以后，随即发生两个过程：
一是液态金属的温度不断下降；二是铸型受热温度上升。
实践证明，铸型的内表面温度与其接近的铸件表面温度是不同的。这个现象说明，在铸件和铸型之间存在着一个中间层。该中间层可能是由于金属收缩使铸件各方向的尺寸缩小和铸型受热后发生膨胀形成的，可能是铸型表面的涂料层，也可能是间隙和涂料兼而有之的中间层。因此，铸件与铸型之间是一个“铸件—中间层—铸型”的不稳定热交换系统。
下面分析“铸件—中间层—铸型”不稳定热交换系统在一瞬间的热交换特点。
为了使问题简化，就假设铸件是无限大的板件，其厚度（X方向）为铸型所限，长和宽伸展到无穷远，即Y、Z方向无热流，并假设系统中各组元的温度场是按直线规律分布的。
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1、铸件在绝热铸型中的凝固
砂型、石膏型、陶瓷型材料的导热系数比金属铸件小得多，可称为绝热铸型。
铸件在绝热铸型中冷却凝固时，由于铸型导热系数小，所以铸件冷却缓慢，其断面上温差很小。同样，铸型内表面被铸件加热至很高的温度，而其外表面仍处于较低的温度，断面上的温差很大。
绝热铸型本身的热物理性质是决定整个系统热交换过程的主要因素，亦即铸件的冷却强度主要取决于铸型的热物理参数。
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2、金属铸型界面热阻为主的金属型中的凝固
较薄的铸件在工作表面涂有较厚涂料的金属型中铸造时，就属于这种情况。
铸件的冷却和铸型的加热都不十分激烈，大部分温度降在中间层上，故这类型的传热特点是：铸件断面上的温差和铸型断面上的温差与中间层温差相比显得很小，可以忽略不计。所以，可以认为：铸件和铸型断面上的温度分布实际上是均匀的，传热过程主要取决于涂料层的热物理性质。
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3、厚壁金属型中的凝固
当金属型的涂料层很薄时，铸件的冷却和铸型的加热都很激烈，铸件和铸型断面上都有很大温降。
这种类型的传热特点是：中间层（界面）的热阻相对很小，中间层断面的温差与铸件和铸型的温差相比较，就显得很小，可以忽略不计。因此可以认为：铸型内表面温度和铸件表面温度相同，传热过程取决于铸件和铸型的热物理性质。
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上述金属铸型界面热阻为主的金属型中的凝固、厚壁金属型中的凝固说明：金属型铸造完全可以用改变涂料厚度或其热物理性质控制铸件的冷却强度。
例如在生产中，铸铁件的金属型铸造就是利用涂料防止铸件产生白口。金属型铸造铝合金件中，常在冒口用的涂料中加入石棉粉增加热阻，以提高冒口的补缩效果。
通过对四种不同类型铸造调节地分析。可以看出：“铸件--中间层（界面）---铸型”系统中各组元的热阻对系统的温度分布影响极大，而热阻最大的组元是传热过程中决定性因素。因此，利用该因素控制铸件的凝固时最有效地。
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4、水冷金属型中的铸造（非金属铸件在金属型中冷却）
通过控制冷却水温度和流量使铸型温度保持恒定（内表面温度=外表面温度），若不考虑界面热阻的情况下，凝固金属表面温度等于铸型温度。在这种情况下，凝固传热的主要热阻是凝固金属的热阻，铸件中有较大的温度梯度，系统的温度分布如图所示。
熔模精密铸造中用金属型压制蜡膜，在金属型中制造塑料制品就属于这种情况。
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铸件的温度场
不稳定温度场：温度场不仅在空间上变化，并且也
随时间变化的温度场
稳定温度场：不随时间而变的温度场（即温度只是
坐标的函数）
等温面：空间具有相同温度点的组合面。
等温线：某个特殊平面与等温面相截的交线。
温度梯度（ gradT ）：对于一定温度场，沿等温面或等温线某法线方向的温度变化率。温度梯度越大，图形上反映为等温面（或等温线）越密集．
基础知识－－－铸件温度场的描述
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铸件的温度场
凝固过程中的许多现象都是温度的函数．现在随着研究的不断深入，根据温度场的变化可以预测：凝固区域的大小及变化；凝固前沿向中心推进的速度；缩孔和缩松的位置；凝固时间等．并能为正确设计浇注系统，设置冒口、冷铁以及采取其它措施控制凝固过程提供可靠的依据．
　　　下面我们将对温度场分析测算的基本方法及影