REDBOOK譯稿講解學(xué)習(xí)

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。REDBOOK譯稿鑄鋼件冒口和補縮指導(dǎo)美國鑄鋼工作者協(xié)會2001年索引TOCo1-2hzuHYPERLINKl_Toc3895486631前言PAGEREF_Toc389548663h4HYPERLINKl_Toc3895486642澆冒口的基礎(chǔ)知識和術(shù)語PAGEREF_Toc389548664h6HYPERLINKl_Toc3895486653澆冒口程序PAGEREF_Toc389548665h12HYPERLINKl_Toc3895486664冒口和端部區(qū)域的鑄件致密性PAGEREF_Toc3895

2、48666h15HYPERLINKl_Toc3895486674.1頂部澆冒口的鑄件節(jié)段在模具中終止PAGEREF_Toc389548667h17HYPERLINKl_Toc3895486684.2頂部澆冒口鑄件節(jié)段的橫向補縮PAGEREF_Toc389548668h20HYPERLINKl_Toc3895486694.3側(cè)部澆冒口的鑄件節(jié)段PAGEREF_Toc389548669h24HYPERLINKl_Toc3895486705補縮距離的計算PAGEREF_Toc389548670h26HYPERLINKl_Toc3895486715.1具備端部效應(yīng)的頂部冒口PAGEREF_Toc389

3、548671h26HYPERLINKl_Toc3895486725.2橫向補縮（在頂部冒口之間補縮）PAGEREF_Toc389548672h29HYPERLINKl_Toc3895486735.3帶端部效應(yīng)的側(cè)部冒口PAGEREF_Toc389548673h31HYPERLINKl_Toc3895486745.4冷鐵PAGEREF_Toc389548674h34HYPERLINKl_Toc3895486755.5錐形PAGEREF_Toc389548675h38HYPERLINKl_Toc3895486765.6其它鑄造條件PAGEREF_Toc389548676h40HYPERLINKl_

4、Toc3895486776冒口尺寸計算PAGEREF_Toc389548677h43HYPERLINKl_Toc3895486787參考PAGEREF_Toc389548678h46HYPERLINKl_Toc389548679附錄PAGEREF_Toc389548679h481前言1973年，美國鑄鋼工作者協(xié)會（SFSA）出版了鋼鑄件澆冒口方案1，編制該鑄造手冊的目的是為鋼鐵鑄造廠提供澆冒口指導(dǎo)。鋼鑄件澆冒口方案中包括的指導(dǎo)方針以鑄造實驗以及計算機模擬為基礎(chǔ)。該指導(dǎo)手冊為鋼鐵鑄造行業(yè)帶來了福音。遵循指導(dǎo)手冊開展鑄造作業(yè)獲得的鑄造件通常都是無疵鑄件。但是，在過去二十五年中出現(xiàn)的情況表明，鋼鑄件

5、澆冒口方案中規(guī)定的冒口補縮距離規(guī)則在某些情況下顯得太過保守，當(dāng)利用規(guī)定的冒口補縮距離規(guī)則推斷結(jié)果時，情況就更是如此。因為補縮距離規(guī)則相對保守，導(dǎo)致出現(xiàn)鑄造件冒口浪費情形，而這種情形進而降低了鑄件產(chǎn)量。為制訂一套新的澆冒口指導(dǎo)原則2、3，從二十世紀九十年代中期開始，開展了大量研究工作。研究工作以一組廣泛的低合金鋼板鑄造實驗為基礎(chǔ)，實驗在北美洲的多家鑄造廠進行。在實驗中使用了多種鋼板尺度，生產(chǎn)出了各種規(guī)格的鑄造件，從影像學(xué)角度來講的無疵鑄件以及ASTM收縮X射線5級（ASTMshrinkagex-raylevel5）鑄件均在其列。各鑄造廠分別記錄了每個鋼板鑄件的鑄造條件（合金成分、模具材料、過熱、

6、澆注時間等），后來借助現(xiàn)代鑄造模擬軟件，利用這些信息對各鋼板的鑄造進行了數(shù)值模擬。一旦確定鑄造實驗結(jié)果和對應(yīng)的模擬之間實現(xiàn)了良好的一致性，就會對鑄造實驗中未使用的幾何形狀和/或鑄造條件進行大量模擬，通過這種方式獲得一套更加完整的數(shù)據(jù)集。通過分析所有數(shù)據(jù)，為無疵鑄件制訂了一套新的補縮距離規(guī)則。這些新規(guī)則包括在本刊中。本刊與鋼鑄件澆冒口方案之間存在的差異：一般來講不太保守的補縮距離：在某些情況下，利用本刊給出的指導(dǎo)規(guī)則計算獲得的補縮距離，與利用鋼鑄件澆冒口方案中的指導(dǎo)規(guī)則計算獲得的補縮距離相似，而且在其它情況下也不那么保守。一般來講，當(dāng)鑄件的寬度厚度比率W/T增加時，與利用鋼鑄件澆冒口方案獲得的補

7、縮距離相比，當(dāng)前的補縮距離不再顯得過于保守。補縮距離定義的一致性：在本刊中，對如下三種類型冒口的補縮距離的定義是一致的：具有尾端效應(yīng)的頂冒口、可進行水平補縮的頂冒口、側(cè)部冒口，但是在鋼鑄件澆冒口方案，對這三種冒口的定義不一致。不同條件下的乘數(shù)：提供了多個乘數(shù)，滿足不同鑄造合金成分、模具材料、澆注過熱度和期望的鑄件致密性等級的補縮距離要求。冒口區(qū)域和端部區(qū)域的致密性：希望通過本刊第四部分給出的信息，使鑄造工程師了解冒口補縮凝固收縮機制的物理原理。沿用鋼鑄件澆冒口方案的部分：澆冒口定型流程：在鋼鑄件澆冒口方案已有信息的基礎(chǔ)上，制訂了本刊中的澆冒口流程。2適用的部分：鋼鑄件澆冒口方案中仍然適用于本刊

8、的部分已收入本手冊。高合金澆冒口指導(dǎo)：本刊介紹的工作僅適用于低合金鋼。將為高合金鋼制訂類似的補縮距離規(guī)則，目前這項工作正在進行中。希望本刊給出的指導(dǎo)原則和規(guī)則，不僅能夠有助于高效地澆鑄鋼鑄件冒口、提高鑄件產(chǎn)量，而且還能夠加深對補縮工藝物理現(xiàn)象的理解。雖然可以用現(xiàn)代的鑄造模擬軟件，取代實際的鑄造實驗，來檢測鋼鑄造作業(yè)中的補縮和澆冒口問題，但是當(dāng)前規(guī)則仍然可以滿足如下多個重要用途：鑄造模擬不提供鑄件的初始冒口設(shè)計；所以，可以利用當(dāng)前規(guī)則制訂第一個“實驗”冒口設(shè)計。鑄造模擬不自動優(yōu)化澆冒口方案；所以，可以利用當(dāng)前規(guī)則，為某個澆冒口流程（例如，冒口之間的最大距離）提供準確的能力和局限性信息并說明它們?nèi)?/p>

9、何隨著鑄造條件和期望的致密性發(fā)生變化，通過這種方式來縮短模擬迭代周期。由于各種原因，大量鋼鑄件未使用鑄造模擬；因此，當(dāng)前規(guī)則成為合理設(shè)計鑄件冒口系統(tǒng)的唯一途徑。在愛荷華大學(xué)（UniversityofIowa）C.Beckermann教授的指導(dǎo)下，R.A.Hardin、S.Ou和K.D.Carlson進行了研究工作，本手冊給出的新規(guī)則即是他們的研究成果。美國鑄鋼工作者協(xié)會（SFSA）謹此衷心感謝Beckermann教授和其團隊開展的研究工作。此外，還要對參與鑄造實驗的鑄造廠表示感謝，感謝他們在研究工作方面花費的大量時間和投入的資源。本手冊的編制由美國能源部（DOE）DEFC0798ID13691

10、號獎項提供支持。但是本手冊中陳述的任意觀點、研究成果、結(jié)論或建議都是作者本人的，不一定反應(yīng)美國能源部的意見。馬爾科姆布萊爾（MalcolmBlair）副總裁技術(shù)碳和低合金研究委員會（CarbonandLowAlloyResearchCommittee）：S.Kulkarni，主席P.BrunoJ.CarpenterG.HartayK.MurphyA.SeeB.Shah32澆冒口的基礎(chǔ)知識和術(shù)語碳鋼在凝固過程中要收縮3%左右。當(dāng)澆鑄完成后，在液態(tài)金屬冷卻過程中，體積還會再減小。這種收縮會形成內(nèi)部缺陷（即，孔隙），但在下列情形下，即到凝固過程結(jié)束為止，冒口或者液態(tài)金屬儲層始終都提供液態(tài)補縮金屬的情

11、況例外。冒口還起到熱儲層的作用，它形成一個溫度梯度，溫度梯度將誘發(fā)定向凝固。在未定向凝固的情況下，可以從冒口將鑄件中的液態(tài)金屬截斷，這樣就會造成內(nèi)部孔隙。可以通過兩個標準來確定冒口是否合適：1）相對于鑄件凝固時間，冒口的凝固時間；以及2）冒口的補縮距離。為了行之有效，應(yīng)繼續(xù)通過冒口向鑄件補縮液態(tài)金屬，直到鑄件完全凝固為止。因此，冒口的凝固時間一定要比鑄件的凝固時間長。因為影響凝固時間的關(guān)鍵因素是熱損失，所以使冒口的熱損失最小化是一個重要的考慮因素。對于一個體積固定的冒口而言，當(dāng)冒口幾何結(jié)構(gòu)的表面積最小時，熱損失也最小。球面的體積表面積比率（V/A，凝固模數(shù)）最大，因此按照Chorinov規(guī)則，

12、球面的凝固速率最慢。但是，球形冒口遇到了模塑問題。直徑DR與高度H相等的圓柱體是通常建議的冒口幾何形狀，因為這種形狀簡單、易于模塑、而且體積表面積比率較大。可利用各種絕緣或者發(fā)熱冒口套來降低冒口的熱損失。不論冒口的形狀如何，冒口必須足夠大，這樣不用將冒口收縮管插入到鑄件中就可以提供足夠的補縮金屬。如圖1所示，有兩種常見冒口配置：頂部冒口，通常來講這種冒口的效率更高，以及側(cè)部冒口。側(cè)部冒口的半球形底部阻止冒口/鑄件連接點的過早凝固1。建議通過側(cè)部冒口對鑄件進行澆口作業(yè)，這樣就可以獲得最大效用1。補縮距離（FD）指的是最大距離，冒口將通過這段距離輸送補縮金屬，從而使鑄件節(jié)段相對來講，擺脫內(nèi)部孔隙。

13、然后，補縮距離將決定需要的冒口數(shù)量。補縮距離始終都是量取從冒口邊緣到需由該冒口補縮的鑄件節(jié)段最遠點之間的距離。圖2給出了具有頂部冒口鋼板的補縮距離，圖3給出了具有側(cè)部冒口鋼板的補縮距離。當(dāng)存在多個冒口時，冒口之間的補縮稱之為橫向補縮。同樣，橫向補縮距離（LFD）也是最大距離，僅由一個冒口為這段距離輸送補縮金屬。如果有人希望在由某個冒口輸送補縮金屬的鑄造節(jié)段與由臨近冒口輸送補縮金屬的鑄造節(jié)段之間劃一條線，那么橫向補縮距離就是這條線上從冒口邊緣到鑄件最遠點的距離，圖4說明的就是這種情況。還可以通過另外一個方法，即以冒口為中心，以補縮距離和冒口半徑（參見圖24）之和為半徑畫一個圓，來說明如何量取補縮

14、距離。位于圓內(nèi)的鑄件節(jié)段將由該冒口補縮。對于由多個冒口補縮的鑄件（例如在橫向補縮案例中）而言，圓圈必須重疊，只有這樣鑄件的所有節(jié)段才能都包括在圓圈內(nèi)。4補縮距離部分地取決于溫度梯度，也就是凝固過程中單位長度范圍內(nèi)的溫度變化情況。圖5b說明急劇的溫度梯度如何促成鑄件補縮4。在凝固過程中，臨近液態(tài)金屬的固體表面層的形狀隨著溫度梯度的傾斜度而變化。當(dāng)溫度梯度高時，就會形成開放的、更易于訪問的補縮路徑。在為凝固收縮進行補縮的液體池中，存在一個臨界錐角。從補縮通路上截斷的液體進入液體分離池，因為液體池的角度要比這個臨界錐角的角度小，所以在液體分離池中會形成中心線收縮。圖5a說明的就是這種情形。而且，補縮

15、距離還取決于凝固過程中鋼材的冷卻速度，之后將取決于鑄件節(jié)段的厚度。當(dāng)冷卻/凝固速度（鑄件節(jié)段的厚度?。┍容^大時，補縮距離則較小，這是因為補縮金屬流動彌補收縮的速率較大。伴隨這種較大的補縮金屬速率，補縮通路上的壓降增加，因而促進了孔隙的形成。因為溫度梯度和冷卻速度都受到鑄件節(jié)段幾何形狀、澆注條件、鋼種、成型材料等因素的影響，所以補縮距離會隨著所有這些參數(shù)變化。下面章節(jié)中給出的補縮距離，是以新山判據(jù)（NiyamaCriterion）為基礎(chǔ)得到的5，在這個判據(jù)中融合考慮了溫度梯度和冷卻率對孔隙形成的影響。在考慮補縮距離時，對如下兩個詞匯的理解非常重要：冒口區(qū)域和端部區(qū)域。因為冒口的溫度將保持高于待補

16、縮鑄件節(jié)段的溫度，從而形成一個溫度梯度，促成補縮。冒口發(fā)生效應(yīng)阻止收縮孔隙的長度距離被稱為冒口區(qū)長度（RZL）。圖6說明的就是冒口區(qū)長度。鑄件節(jié)段末尾模具產(chǎn)生的冷卻效果也在待補縮鑄件節(jié)段的長度方向上，形成了一個溫度梯度。這種效果被稱之為端部效果，它在所謂的端部區(qū)長度（EZL）上形成無疵鑄件。圖7說明的就是端部區(qū)長度。補縮距離是冒口區(qū)長度和端部區(qū)長度的函數(shù)；這部分內(nèi)容將在第4部分討論。有時候，采用方法來增加補縮距離。端部冷鐵能夠形成額外的溫度梯度，并加強端部區(qū)長度（并通過這種方法加強補縮距離），但是對冒口區(qū)域長度沒有效果?？梢酝ㄟ^使用下型箱冷鐵的方式，來加強橫向補縮距離。下型箱冷鐵不會增加冒口區(qū)

17、長度，但是會形成一個溫度梯度，形成的溫度梯度會在冒口之間形成端部效果。錐形也會促成開放補縮通路的形成，在錐形結(jié)構(gòu)中，鑄件節(jié)段的厚度向著冒口方向不斷增加。實際上，一個足夠大的錐形能夠形成一個無限長的補縮距離。5（a）頂部冒口TLW（b）側(cè)部冒口TWL圖1由（a）頂部冒口以及（b）側(cè)部冒口補縮的鑄造節(jié)段的尺寸（參見1）。冒口直徑補縮距離圖2補縮距離FD的概念圖釋；補縮距離始終都是量取從冒口邊緣到需由該冒口補縮的鑄件節(jié)段最遠點之間的距離。6L頂視圖WFD側(cè)視圖T直徑H=DR圖3有端部效果的側(cè)部冒口鑄造節(jié)段的鋼板尺寸定義。LFDDRDRLFD圖4兩個冒口之間橫向補縮的圖釋說明；橫向補縮距離量取從冒口邊

18、緣到需由該冒口補縮的鑄件節(jié)段最遠點之間的距離。7（a）熱梯度太薄，液體分離池會形成收縮YXX（b）熱梯度足夠急劇，能夠形成錐形液體池，對鑄件進行補縮，無收縮YX液體池的角度圖5板狀鑄件圖釋，有（b）沒有（a），適當(dāng)?shù)臏囟忍荻茸柚故湛s孔隙的形成（參見4）。冒口區(qū)長度，RZL直徑冒口區(qū)域圖6鑄件節(jié)段冒口區(qū)長度（RZL）圖釋，無端部效果；請注意：冒口區(qū)長度與冒口直徑DR無關(guān)。8W鑄件端部區(qū)長度，EZL模具圖7鑄件節(jié)斷的端部區(qū)長度（EZL）圖釋；請注意：當(dāng)W/T7時，端部區(qū)長度是W的函數(shù)。93澆冒口程序鋼鑄件的澆冒口應(yīng)以系統(tǒng)的方式進行。第一步是將鑄件表現(xiàn)為一系列簡單的板形節(jié)段。用外形簡單的節(jié)段來表現(xiàn)鑄

19、件，方便計算每個鑄件節(jié)段的凝固模數(shù)（體積和表面積的比值）。如第2節(jié)所述，凝固模數(shù)越大，凝固時間越長。如果某個鑄件節(jié)段的模數(shù)比周圍所有鑄件節(jié)段的模數(shù)都大，那么在周圍節(jié)段完全凝固之后，該節(jié)段將仍然還在凝固過程中。這個鑄件節(jié)段中最后凝固的區(qū)域稱為熱點（hotspot）。一旦明確鑄件的各個熱點，就必須將冒口放置在每個熱點旁邊，保證補縮金屬可以對每個熱點進行補縮，直到凝固最終完成。表現(xiàn)鑄件的各個簡單節(jié)段必須為板形，因為本手冊提出的澆冒口原則是針對簡單板狀外形制定的。所以，必須采用這樣的外形以便應(yīng)用這些澆冒口原則。做到這一點之后，就必須明確每個鑄件節(jié)段的哪些邊緣具備端部效應(yīng)，而哪些邊緣不具備端部效應(yīng)。冒口

20、和不具備端部效應(yīng)的邊緣之間的補縮距離應(yīng)視為橫向補縮距離（LFD），反之應(yīng)視為常規(guī)補縮距離（FD）。圖8-10給出的示例，說明了用簡單板狀外形表現(xiàn)鑄件以及識別具備/不具備端部效應(yīng)的邊緣的過程。用一系列簡單的板狀外形表現(xiàn)鑄件之后，就必須明確鑄件的補縮區(qū)域（feedingzone）。補縮區(qū)域是鑄件的凝固區(qū)域，它在凝固的時候必須單獨進行澆冒口操作（例如，含有熱點的區(qū)域就是一個補縮區(qū)域）。補縮區(qū)域可能需要一個以上的冒口用于補縮，具體情況視涉及的補縮距離而定。補縮區(qū)域可以通過凝固模數(shù)（體積/面積的比值）識別。凝固模數(shù)最小的節(jié)段首先凝固，鑄件可能分成多個不同的補縮區(qū)域。凝固模數(shù)較大的節(jié)段需要補縮金屬，直至凝

21、固結(jié)束。在凝固的最后階段，這些節(jié)段必須添加冒口以防止出現(xiàn)收縮。簡單鑄件的補縮區(qū)域可能是組成鑄件的簡單板形部分。如圖8-10所示，板形部分組成的各個補縮區(qū)域非常容易識別。對于復(fù)雜的鑄件來說，就沒有這么簡單了。補縮區(qū)域明確之后，就必須確定每個補縮區(qū)域的補縮路徑（feedingpath）。必須識別存在充分錐形和定向凝固的鑄件區(qū)域。在確定補縮距離時，這些區(qū)域無須凝固。此外，在這些情況下，確定補縮距離時也沒有端部效應(yīng)。放置冒口時應(yīng)考慮定向凝固的原則。補縮路徑應(yīng)確定下來，以便從第一個補縮區(qū)域進行到最后一個補縮區(qū)域。冒口應(yīng)放置在補縮路徑的最后一個位置。內(nèi)澆道應(yīng)放置好，以便補縮金屬從頂部冒口之下進入，并始終通

22、過側(cè)部冒口。計算每個補縮區(qū)域的補縮距離和冒口尺寸之前的最后步驟，是確定補縮尺寸。待補縮節(jié)10段的補縮尺寸包括長（L）、寬（W）和厚（T）。圖1顯示了兩例節(jié)段的長（L）、寬（W）和厚（T）。如該圖所示，補縮區(qū)域和補縮路徑必須明確，以便確定澆冒口尺寸。總而言之，鋼鑄件澆冒口的推薦流程如下：（a）將鑄件表現(xiàn)為一系列簡單的板形節(jié)段找出熱點，并在每個熱點旁邊放置一個冒口確定每個板形節(jié)段具備/不具備端部效應(yīng)的邊緣（b）確定補縮區(qū)域、補縮路徑和補縮尺寸（c）確定補縮距離（第5節(jié)）（d）確定冒口尺寸（第6節(jié)）11圖8管形鑄件表現(xiàn)為一塊鋼板，兩個邊緣具備端部效應(yīng)，兩個邊緣不具備端部效應(yīng)（參見1）。圖9齒輪鑄件表

23、現(xiàn)為三個不同的板形幾何形狀（參見1）。圖10負載均衡器鑄件分為三種不同的板形組件（參見1）。124冒口和端部區(qū)域的鑄件致密性冒口區(qū)域和端部區(qū)域沒有孔隙，因為這些區(qū)域存在一個熱梯度，可以促進定向固化并方便補縮流量。圖6和圖7分別顯示了冒口區(qū)域和端部區(qū)域的概念。冒口區(qū)域的尺寸主要是冒口區(qū)長度（RZL），它從頂部冒口呈輻射狀向外延伸。端部區(qū)域的尺寸主要是端部區(qū)長度（EZL），它正常測量至鑄件節(jié)段的端部。圖11顯示的是標準化的冒口區(qū)長度（RZL/T）和端口區(qū)長度（EZL/T），它們是標準化節(jié)段寬度（W/T）的函數(shù)，其中T為節(jié)段厚度。圖11中的曲線對于插圖中列舉的鑄件條件是有效的（也可參見第5節(jié)）。請注

24、意，當(dāng)W/T從1逐步增加時，這兩條曲線均開始提升，然后在各自的最大值W/T=7左右進入平穩(wěn)狀態(tài)。W/T7）時，模具產(chǎn)生的熱梯度延伸EZL/T=4.2的距離進入鑄件。但是，當(dāng)W/T降低到7以下時，EZL/T開始下降。這是因為實際上有三個端部區(qū)域作用于圖11中EZL/T曲線上面的鑄件節(jié)段。所示端部區(qū)域從鑄件右側(cè)邊緣開始延伸，但是也有端部區(qū)域從寬度方向兩側(cè)開始延伸。這些側(cè)端部區(qū)域產(chǎn)生的定向凝固使得凝固前沿從兩側(cè)移動進入鑄件，就像右端部區(qū)域使得凝固前沿從右邊緣進入鑄件一樣。當(dāng)W/T降低到7以下時，從側(cè)部延伸的凝固前沿開始會合于中線，然后從右邊緣延伸的凝固前沿將移動整個端部區(qū)長度。當(dāng)側(cè)部邊緣會合時，它們

25、將切斷右端部區(qū)域的補縮流量，并有效地減小該端部區(qū)域的尺寸。這樣，當(dāng)W/T趨近于1時，EZL/T便開始降低。RZL/T的降低也是如此：當(dāng)W/T較小時，在鑄件節(jié)段的寬度方向從側(cè)部延伸的端部區(qū)域會合于中線，并有效減小冒口區(qū)域的尺寸。W/T7時，冒口區(qū)長度固定為RZL/T=3.05，而不受冒口直徑影響。通過利用冒口區(qū)域和端部區(qū)域的概念，可以確定冒口補縮的鑄件節(jié)段是否無疵，以及若鑄件節(jié)段不是無疵的，則孔隙在哪里形成。關(guān)于下列詳情，請參見后續(xù)章節(jié)：（1）頂部冒口補縮在模具中終止的鑄件節(jié)段，（2）頂部冒口之間的側(cè)向補縮，以及（3）側(cè)部冒口補縮的鑄件節(jié)段。135端部區(qū)長度（EZL/T）W4.5EZL4冒口區(qū)長

26、度RZL3.5（RZL/T）WDR32.521.511AISI1025鋼材呋喃樹脂砂模140F（60C）過熱度1”T12”（2.54厘米30.5厘米）無可見收縮孔隙，采用X光2345678910111213141516寬度/厚度的比值，W/T17圖11冒口區(qū)長度和端部區(qū)長度是寬度和厚度的函數(shù)。144.1頂部澆冒口的鑄件節(jié)段在模具中終止圖12和圖13顯示了兩種不同的情況，涉及頂部冒口補縮在模具中終止的鑄件節(jié)段。在圖12顯示的情況中，鑄件節(jié)段寬度W小于或等于從側(cè)部沿著鑄件節(jié)段寬度方向延伸的端部區(qū)域尺寸的兩倍（即W2EZL2）。應(yīng)該注意的是，端部區(qū)長度EZL1和EZL2可以有所不同，因為它們是鑄件與

27、模具接口長度的函數(shù)。因此，EZL1是W的函數(shù)，而EZL2是所示（而非所標記）節(jié)段側(cè)部邊緣長度的函數(shù)。圖12a顯示的是無疵的鑄件節(jié)段。虛線（一條位于中線上方，另外一條位于中線下方）之間的區(qū)域，是該鑄件節(jié)段既不在冒口區(qū)域也不在從其右邊緣（即EZL1）延伸的端部區(qū)域的唯一區(qū)域。但是這些區(qū)域在從側(cè)部邊緣沿著鑄件節(jié)段寬度方向延伸的端部區(qū)域內(nèi)。因此，不在冒口下面的整個鑄件節(jié)段被冒口區(qū)域或端部區(qū)域覆蓋，鑄件節(jié)段無疵。圖12b顯示，若冒口和鑄件節(jié)段右部邊緣之間的距離增加，則收縮孔隙將沿著冒口區(qū)域和從鑄件右部邊緣延伸的端部區(qū)域之間的中線產(chǎn)生。該鑄件節(jié)段應(yīng)該是無疵的，因為整個節(jié)段位于冒口區(qū)域、從右部邊緣延伸的端部

28、區(qū)域、或者從側(cè)部邊緣延伸的端部區(qū)域。但是，由于從鑄件節(jié)段側(cè)部邊緣延伸的端部區(qū)域產(chǎn)生定向凝固，凝固前沿將從側(cè)部邊緣向中線推進。這些前沿將會合于中線，冒口區(qū)域至從右部邊緣延伸的端部區(qū)域的補縮金屬將切斷。這樣將會產(chǎn)生中線收縮孔隙，如圖12b所示。圖13顯示的情況是，鑄件節(jié)段的寬度W大于從所示鑄件節(jié)段側(cè)部邊緣延伸的端部區(qū)域尺寸的兩倍（即W2EZL2）。圖13a為無疵的鑄件。同樣，不在冒口下面的整個鑄件節(jié)段被冒口區(qū)域或端部區(qū)域覆蓋。圖13b顯示，當(dāng)冒口和鑄件節(jié)段右部邊緣之間的距離增加至超過圖13a所示無疵鑄件的最大距離時，收縮孔隙開始產(chǎn)生。請注意，當(dāng)W2EZL2時，收縮孔隙開始在沒有被端部區(qū)域或冒口區(qū)域

29、覆蓋的兩個較小區(qū)域中形成，而非像當(dāng)W2EZL2時那樣沿著中線形成。圖13c和圖13d顯示，當(dāng)冒口和鑄件節(jié)段右部邊緣之間的距離繼續(xù)增加時，收縮孔隙區(qū)域如何擴大，并最終合并成為一個區(qū)域。通過比較圖12a和圖13c，可以發(fā)現(xiàn)圖12和圖13描述的兩種情況之間存在一項重要區(qū)別。注意，這兩個圖非常相似，因為在兩個圖中，從鑄件右部邊緣延伸的端部區(qū)域均相切于冒口區(qū)域。不過，由于兩個圖中鑄件節(jié)段寬度W不同，所以圖12a產(chǎn)生的是無疵鑄件，而圖13c產(chǎn)生的是收縮孔隙。15(a)無疵俯視圖（b）中線收縮俯視圖EZL1DRRZLEZL2W2EZL2EZL2EZL1EZL2側(cè)視圖橫截面DRW2EZL2EZL2RZL收縮孔

30、隙RZLEZL1TEZL=端部區(qū)長度RZL=冒口區(qū)長度圖12具備端部效應(yīng)的頂部澆冒口板材，板材寬度W2EZL2。（a）若冒口區(qū)域和從鑄件節(jié)段右部邊緣延伸的端部區(qū)域相切（如圖所示）或重疊，則板材無疵。（b）若這些區(qū)域不會合，則板材在它們之間存在中線收縮。16(a）DRRZL俯視圖（c）收縮孔隙DRRZL俯視圖EZL2EZL1EZL2EZL2EZL1EZL2WW（b）收縮孔隙DRRZL俯視圖（d）收縮孔隙DRRZL俯視圖EZL2EZL1WEZL2EZL2EZL1WEZL2EZL=端部區(qū)長度RZL=冒口區(qū)長度圖13具備端部效應(yīng)的頂部澆冒口板材，板材寬度W2EZL2。（a）若端部區(qū)域的重疊部分位于冒口

31、區(qū)域內(nèi)或與冒口區(qū)域重疊，則板材無疵。（b）-（d）顯示當(dāng)板材長度增加時，哪些地方會產(chǎn)生孔隙。174.2頂部澆冒口鑄件節(jié)段的橫向補縮頂部澆冒口橫向補縮的各種情況見圖1416。在圖14顯示的情況中，鑄件節(jié)段寬度W小于或等于從側(cè)部邊緣沿著鑄件節(jié)段寬度方向延伸的端部區(qū)域尺寸的兩倍（即W2EZL）。圖14a顯示的是無疵的鑄件節(jié)段。冒口區(qū)域彼此相切，包括整個鑄件節(jié)段，虛線之間的區(qū)域除外。這些區(qū)域?qū)儆趶蔫T件節(jié)段側(cè)部邊緣延伸的端部區(qū)域，見圖14a。當(dāng)冒口之間的距離增加時，如圖14b所示，冒口區(qū)域不重疊。與圖12b的情況類似，沿著圖14b中鑄件節(jié)段端部邊緣推進的凝固前沿會合于中線，切斷冒口區(qū)域的補縮。于是中線收

32、縮，如圖14b所示。圖15描述的情況是，固件節(jié)段的寬度大于沿著鑄件節(jié)段側(cè)部邊緣延伸的端部區(qū)域尺寸的兩倍（即W2EZL）。圖15a顯示的是無疵的鑄件節(jié)段。同樣，整個節(jié)段位于冒口下面，或者位于冒口區(qū)域或端口區(qū)域。當(dāng)冒口之間的距離增加時，鑄件沒有被冒口區(qū)域或端部區(qū)域覆蓋的區(qū)域?qū)⑿纬墒湛s孔隙。如圖15b所示。與圖13類似，當(dāng)冒口之間的距離繼續(xù)增加時，收縮孔隙區(qū)域不斷擴大和合并，見圖15b-15d。請注意，圖14a和圖15c相似，因為兩圖中，冒口區(qū)域彼此相切。但是，由于寬度不同，圖14a的鑄件無疵，而圖15c的鑄件則出現(xiàn)收縮孔隙。圖16顯示的情況是，有關(guān)區(qū)域不存在端部效應(yīng)。為了實現(xiàn)無疵的鑄件，所有冒口之

33、間的鑄件節(jié)段必須位于一個或多個冒口區(qū)域內(nèi)。如圖16a所示。圖16b和圖16c顯示收縮孔隙首先在哪里產(chǎn)生，以及當(dāng)冒口相隔更遠時該區(qū)域如何擴大?；趫D1216描述的情況，可以說，當(dāng)下列三個條件全部都滿足時，鑄件節(jié)段就是無疵的：（1）沒有直接位于冒口之下的整個鑄件節(jié)段必須位于冒口區(qū)域或端部區(qū)域內(nèi)。（2）如果兩個或更多端部區(qū)域重疊，則重疊點必須位于冒口區(qū)域的邊界線上或邊界線內(nèi)。（3）如果兩個或更多冒口區(qū)域重疊，并且區(qū)域中存在端部效應(yīng)，則冒口區(qū)域的重疊點必須位于端部區(qū)域的邊界線上或邊界線內(nèi)。如圖12所示，從鑄件節(jié)段側(cè)部邊緣延伸的端部區(qū)域在中線會合（沒有顯示出來）。因此，這些端部區(qū)域擁有一個共同的邊界線，

34、即鑄件節(jié)段的中線。該邊界線和從鑄件節(jié)段右部邊緣延伸的端部區(qū)域的邊界線之間的重疊點，是垂直端部區(qū)域邊界虛線的中點，如圖12所示。圖12a中，該重疊點是冒口區(qū)域和從鑄件節(jié)段右部邊緣延伸的端部區(qū)域之間的會合點。因此，上述條件（1）-（3）均滿足，鑄件節(jié)段無疵。圖12b中，端部區(qū)域之間的重疊點位于冒口區(qū)域之外。條件（2）不滿足，出現(xiàn)收縮孔隙。18（a）無疵俯視圖RZLDRRZLEZLW2EZLDREZL（b）中線收縮俯視圖RZLDRRZLEZLW2EZLDREZL收縮孔隙側(cè)視圖橫截面RZLRZLTEZL=端部區(qū)長度RZL=冒口區(qū)長度圖14橫向補縮的頂部澆冒口板材，板材寬度W2EZL。（a）若冒口區(qū)域相

35、切（如圖所示）或重疊，則板材無疵。（b）若這些區(qū)域不會合，則冒口區(qū)域之間存在中線收縮。19（a）EZLDRDRRZLRZL俯視圖EZL收縮孔隙WDRRZL俯視圖（b）EZLWDRRZLEZL（c）（d）EZLEZL收縮孔隙收縮孔隙DRDRWDRDRWRZLRZLRZLRZL俯視圖EZL俯視圖EZLEZL=端部區(qū)長度RZL=冒口區(qū)長度圖15橫向補縮的頂部澆冒口板材，板材寬度W2EZL。（a）若端部區(qū)域線位于冒口區(qū)域內(nèi)或與冒口區(qū)域重疊，則板材無疵。（b）-（d）顯示當(dāng)冒口之間的距離增加時，哪些地方會產(chǎn)生孔隙。20（a）RZLDR俯視圖（b）RZLDR俯視圖（c）收縮孔隙RZLDR俯視圖RZL=冒口

36、區(qū)長度圖16橫向補縮的頂部澆冒口板材，板材節(jié)段存在端部效應(yīng)。（a）若全部位于一個或多個冒口區(qū)域內(nèi)，則冒口之間的板材區(qū)域無疵。（b）和（c）顯示當(dāng)冒口之間的距離增加時，哪些地方會產(chǎn)生孔隙。214.3側(cè)部澆冒口的鑄件節(jié)段盡管冒口區(qū)域和端部區(qū)域的討論限于頂部澆冒口的節(jié)段，但是這些概念也可以在側(cè)部冒口方面加以考慮。端部區(qū)域的概念與頂部冒口相同，因為端部區(qū)域只是鑄件/模具接口的函數(shù)，而非冒口的函數(shù)。冒口區(qū)域的概念稍有不同，因為側(cè)部冒口不會像頂部冒口那樣在所有方向進行徑向補縮，冒口區(qū)域和靠近冒口的端口區(qū)域存在競爭效應(yīng)。圖17顯示的鑄件通過側(cè)部冒口進行補縮。該鑄件的四側(cè)至少部分與模具接觸，所以存在四個端部區(qū)

37、域。圖17a和圖17b中，從左右兩側(cè)延伸的端部區(qū)域是長度L的函數(shù)，從上下兩側(cè)延伸的端部區(qū)域是寬度W的函數(shù)。圖17a和圖17b所示冒口區(qū)域為近似。如前所述，側(cè)部冒口與頂部冒口補縮鑄件的方式不同。對于側(cè)部冒口，進入鑄件的部分補縮金屬徑向移動（與頂部冒口一樣）。但是，補縮金屬還必須在拐角處返回，從冒口觸點左右兩側(cè)補縮金屬。此外，冒口中較熱金屬形成的熱梯度與模具的制冷效應(yīng)在冒口觸點附近鑄件邊緣競爭。由于側(cè)部冒口補縮和頂部冒口補縮存在這些差異，所以冒口區(qū)域僅近似一個圓弧，如圖17所示。但是，基本的概念仍然適用。圖17a中的鑄件節(jié)段是無疵的。端部區(qū)域的重疊點位于冒口區(qū)域，整個鑄件被冒口區(qū)域或端部區(qū)域覆蓋。

38、因此，第4.2節(jié)列舉的三個條件全部滿足。圖17b顯示，隨著寬度W增加，端部區(qū)域的重疊點移動到冒口區(qū)域之外。如圖12和圖14所示，收縮孔隙在冒口區(qū)域和端部區(qū)域重疊點之間的水平中線處形成。與第4.1節(jié)類似，側(cè)部冒口也可以考慮各種各樣的幾何圖形，采用的程序與本節(jié)相同。當(dāng)從RZL和EZL的角度考慮側(cè)部澆冒口節(jié)段的致密性時，圖11中給出的曲線可以使用，但是RZL的值應(yīng)該考慮為近似。22（a）無疵EZLWWLRZLEZLL（b）中線收縮EZLLDREZLWW收縮孔隙LRZLEZLLEZLLDRRZL=冒口區(qū)長度（近似）EZLL=基于L的端口區(qū)長度EZLW=基于W的端口區(qū)長度圖17冒口區(qū)和端口區(qū)概念應(yīng)用于側(cè)

39、部澆冒口板材示例。（a）若端口區(qū)重疊處位于冒口區(qū)邊界線之上或之內(nèi)，則板材無疵。（b）若它們會合，則重疊處和冒口區(qū)之間形成收縮孔隙。235補縮距離的計算補縮距離，即從冒口邊緣到鑄件節(jié)段最遠點的距離，它所指示的鑄件節(jié)段長度可以通過該冒口補縮，而不會產(chǎn)生射線檢測可見的收縮缺陷（即：優(yōu)于ASTM收縮X射線1級）。如圖24所示，補縮距離的概念最適用于以冒口為中心畫圓，半徑等于補縮距離加上冒口半徑。然后，該圓中的鑄件節(jié)段通過冒口進行補縮。本節(jié)提出的補縮距離規(guī)則適用于厚度T范圍1”至12”（2.54厘米至30.5厘米）的鑄件節(jié)段。對于較薄的鑄件節(jié)段即：厚度小于1”（2.54厘米），補縮距離高度依賴于加注工藝

40、。如果較薄的鑄件節(jié)段通過冒口澆進，則補縮距離最高兩倍于根據(jù)當(dāng)前規(guī)則預(yù)計的距離1。若考慮加注效果，則這里提出的補縮規(guī)則可以用于較薄的節(jié)段，但是在許多情況下，它們產(chǎn)生的補縮距離預(yù)計將過于保守。5.1至5.6節(jié)提供的公式和圖表可以用來通過給定的尺寸計算鑄件節(jié)段的補縮距離。頂部冒口、側(cè)部冒口、錐形節(jié)段以及各種不同的端部冷卻條件（常規(guī)端部效應(yīng)、橫向補縮和冷硬）都可以考慮。此處討論的補縮距離適用于下列基本鑄件條件：AISI1025鋼PUNB（呋喃樹脂）沙模140F（60C）澆鑄過熱度第5.6節(jié)說明如何將這些補縮距離應(yīng)用于通過各種不同的合金組合物、鑄型材料、澆鑄過熱度以及其它致密水平（例如，較高的ASTM收

41、縮X射線等級）所鑄造的節(jié)段。如同前一節(jié)中的RZL/T和EZL/T曲線一樣，附錄也提供了本節(jié)所示曲線的第四階多項式曲線擬合。5.1具備端部效應(yīng)的頂部冒口頂部澆冒口節(jié)段的補縮距離（圖2）如圖18所示的曲線，其中FD/T基于W/T。將FD和W除以厚度T（圖18所示鑄件草圖的尺寸），便可以用一個曲線來表示所有節(jié)段厚度的補縮距離。端部效應(yīng)的補縮距離曲線終止于W/T值15左右。當(dāng)W/T值較大時，節(jié)段寬度大于其長度（標準冒口直徑），兩者可切換。第2節(jié)提到，補縮距離與冒口和端部區(qū)域的長度相關(guān)。比較圖11和圖18便可明白這一點。例如，W/T=1。當(dāng)W/T較小時，最大的無疵鑄件節(jié)段對應(yīng)于圖12a，其中冒口區(qū)域相切

42、于端部區(qū)域。因為W較小，所以FD大約等于冒口邊緣至鑄件右部邊緣中線的距離，即RZL+EZL。圖11中，W/T=1時的RZL/T和EZL/T值分別為1.65和2.05。24它們的和為3.7，大約是W/T=1時的FD/T值，見圖18。當(dāng)W/T增加時，RZL/T和EZL/T隨之增加，直至W/T=7左右，此時它們達到最大值并保持恒定。從W/T=1到W/T=7，F(xiàn)D/T比RZL/T和EZL/T的和增加稍快。超過W/T=7后，盡管RZL/T和EZL/T保持恒定，但FD/T繼續(xù)隨W/T增加。這是因為，F(xiàn)D/T是從冒口到鑄件節(jié)段最遠點的對角距離，由于W/T不斷增加，所以FD/T也在增加。一旦W/T大于2（EZ

43、Lmax=8.4），最大無疵鑄件節(jié)段將對應(yīng)于圖13a。同樣，當(dāng)W/T繼續(xù)增加時，F(xiàn)D/T也在增加，直至W/T=15左右，此時FD/T達到最大值9.0左右。2510AISI1025鋼呋喃樹脂沙模140F（60C）過熱度1”T12”9（2.54厘米30.5厘米）無可見收縮孔隙采用X光876FDWDR5431234567891011121314151617寬度/厚度比值，W/T圖18補縮距離（FD）為頂部澆冒口節(jié)段寬度和厚度的函數(shù)265.2橫向補縮（在頂部冒口之間補縮）頂部冒口的標準化橫向補縮距離LFD/T（圖4）是寬度/厚度比值W/T的函數(shù)，見圖19。對于較小的W/T值，橫向補縮距離等于端部效應(yīng)補

44、縮距離的大約48%，即：LFDT=FDFD0.48TlateralT,forW/T7（1）endeffect該公式近似適用于最高W/T=7。請注意，上述公式中除以厚度T不是必要的，因為T相互抵消了。之所以除以厚度T，只是為了使乘數(shù)更簡便地用于關(guān)聯(lián)FD/T的各種公式和數(shù)字。應(yīng)該注意的是，圖19所示LFD/T曲線中存在輕度的冒口直徑依賴。當(dāng)最高W/T=7時，其效果比較小。但是當(dāng)W/T值比較大時，該曲線的誤差可能達到百分之幾，具體視冒口直徑而定?？紤]的橫向補縮區(qū)不存在端部效應(yīng)時（例如，四個冒口，見圖16），寬度W不相關(guān)。在這種特殊情形下，橫向補縮距離等于最大冒口區(qū)長度值3.05T。圖19的右下方插入

45、的草圖說明了這個情況。278LFD76543211WDRDRLFD頂部冒口橫向測量距離（LFD/T）AISI1025鋼呋喃樹脂沙模140F（60C）過熱度1”T12”（2.54厘米30.5厘米）無可見收縮孔隙采用X光沒有端部效應(yīng)（即，沒有相關(guān)的W）：LFD=RZL=3.05TRZLDRLFDLFD2345678910111213141516寬度/厚度比值，W/T17圖19橫向補縮距離（LFD）是頂部澆冒口節(jié)段寬度和厚度的函數(shù)285.3帶端部效應(yīng)的側(cè)部冒口側(cè)部澆冒口鑄件節(jié)段的標準化補縮距離FD/T（圖3）是寬度/厚度比值W/T的函數(shù)，見圖20。請注意，與圖18所示頂部冒口FD/T不同，側(cè)部冒口的

46、補縮距離無法通過一條曲線給出。相反，圖20中的FD/T也是標準化冒口直徑DR/T的函數(shù)。其部分原因在于側(cè)部冒口補縮更加復(fù)雜，因為補縮金屬必須在冒口/鑄件會合處轉(zhuǎn)彎，而非沿著徑向直接前進。另外一個影響因素是FD對于冒口尺寸存在幾何依賴性。圖20中標記為“W=DR時的補縮距離”的曲線是一種重要的極限情況。當(dāng)W=DR時，側(cè)部澆冒口鑄件的一端放置冒口即相當(dāng)于頂部澆冒口鑄件，如圖20上方草圖所示。在這種極限情況下，側(cè)部冒口FD/T與頂部冒口FD/T相同。換句話說，W=DR曲線就是圖18的FD/T曲線。圖20虛線表示恒定標準化長度線L/T。如果補縮距離、冒口直徑和鑄件節(jié)段寬度已知，那么鑄件節(jié)段長度可以通過

47、下面的公式計算：（2）這些L/T線可以部分說明長度如何隨著有關(guān)參數(shù)變化。圖20中DR/T=1、2和4的曲線看起來比較復(fù)雜，但是也可以通過剛才說明的極限情況開始追蹤一個曲線來進行理解。例如，考慮DR/T=2曲線。當(dāng)W/T=DR/T=2時，F(xiàn)D/T值為5.0，就像W/T=2時的頂部冒口一樣（見圖18）。當(dāng)W/T從這個點增加時，注意DR/T曲線幾乎平行于代表L/T=4.9的線條。因此，當(dāng)W/T沿著曲線DR/T=2curve增加時，L/T幾乎保持恒定，鑄件節(jié)段變得更寬。FD/T隨著W/T增加，直到W/T達到最大值14.5左右，此時FD/T曲線急轉(zhuǎn)彎，W/T開始降低。W/T=14.5代表可以通過直徑為D

48、R/T=2的冒口可靠補縮的最大節(jié)段寬度。DR/T=2的FD/T曲線在W/T=14.5處轉(zhuǎn)彎，并開始向下然后向左，請注意L/T和W/T開始降低。這可以理解為，當(dāng)節(jié)段長度L降低時，可以通過給定冒口補縮的寬度W也會降低。當(dāng)L降低時，在端部冒口另外一邊從鑄件節(jié)段邊緣延伸的端部區(qū)域使得凝固前沿開始從該邊緣向冒口區(qū)域推進。此外，鑄件側(cè)部靠近冒口/鑄件結(jié)合點的地方存在端部效應(yīng)，將促進這些區(qū)域的鑄件凝固。當(dāng)這些端部效應(yīng)造成的凝固前沿向鑄件中間移動時，它們開始凝固補縮路徑，迫使補縮材料急轉(zhuǎn)彎沿切線方向進行補縮。從本質(zhì)上講，當(dāng)L變小時，補縮金屬轉(zhuǎn)彎以及對鑄件節(jié)段進行切向補縮的難度加大，而且補縮路徑很快就凝固。因此

49、，當(dāng)L減小時，W也必須減小，這樣鑄件節(jié)段才能是無疵的。請注意圖20中的“無疵”標簽。它表明處在FD/T曲線“U”結(jié)構(gòu)內(nèi)的任意鑄件幾何結(jié)構(gòu)都無疵的，而落到“U”結(jié)構(gòu)外的幾何結(jié)構(gòu)29都有可能包含縮孔。以一個DR/T=2并且W/T=12的側(cè)部冒口鑄件節(jié)段為例。DR/T=2曲線的下半部分在FD/T=5.8這個點與W/T=12交叉。這個位置的L/T為2.2。這個曲線的上半部分與W/T=12線再次在FD/T=7.4前后的位置交叉，此時L/T為4.8。這個情況可以解釋如下：如果DR/T=2并且W/T=12，側(cè)部冒口可以通過介于2.24.8之間的L/T值對鑄件節(jié)段進行無疵補縮。如果L/T大于4.8，那么節(jié)段簡

50、直就太大了，冒口就無法為其補縮。如果L/T小于2.2，那么端部效果會造成切向補縮困難，而且補縮路徑將過早凝固。3010AISI1025鋼材9876呋喃樹脂砂模FD140F（60C）W=DR過熱度的補縮距離1”T12”L（2.54厘米30.5厘米）無可見收縮孔隙，采用X光L/T=6.4DR/T=4WL/T=4.9L/T=4L/T=3.5L/T=3L/T=2.5L/T=25431DR/T=2無疵DR/T=1234567L/T=189101112L/T=1.5FDDRWL131415161718寬厚比，W/T圖20側(cè)部冒口補縮距離，F(xiàn)D，是DR、L、W和T之間的一個函數(shù)。315.4冷鐵將冷鐵試樣插入

51、模具中，通過插入后形成的急劇溫度梯度，來加強補縮距離。與鑄件接觸的冷鐵表面必須干凈、干燥。表面粗糙度對熱傳遞特性的影響微乎其微。冷鐵可以和薄的耐火涂層或者碳黑合用。在各種實際應(yīng)用中，鑄鐵或者鋼制冷鐵的效果等同。與未冷卻的鑄鐵或者石墨激冷試塊相比，水冷銅激冷試塊的效用更佳。但是，當(dāng)鑄件收縮遠離激冷試塊時，由于在鑄件/冷鐵接口處形成的缺口，使得這些外部激冷試塊的效用大打折扣。石墨冷鐵的性能會隨著使用退化。冷鐵在鑄件節(jié)段（“端部冷鐵”）的端部使用，充當(dāng)兩個冒口之間的“下型箱冷鐵”。它們的用途和效用將在下文分別講述。端部冷鐵：端部冷鐵可以增加端部區(qū)長度，通過這種方式來增加補縮距離。如圖21所示，端部冷

52、鐵有一個激冷厚度，簡稱為CT，按照定義，激冷厚度與鑄件/冷鐵接觸面垂直。激冷厚度應(yīng)介于1/2T和2/3T之間；更大的激冷厚度也不會進一步增加補縮距離。用激冷厚度CT=2/3T，計算得到下面公式（3）和公式（4）中給出的端部冷鐵乘數(shù)。選擇的激冷寬度，簡稱為CW，以及激冷長度，簡稱為CL，都應(yīng)該與鑄件節(jié)段的幾何形狀匹配，即CW=T，CL=W。在這種情況下，補縮距離FD的定義與在端部效果案例中的定義一樣，即從冒口邊緣到鑄件節(jié)段（不包括冷鐵）最遠點之間的距離。盡管圖21給出的是和頂部冒口一起使用的端部冷鐵的范例，但是端部冷鐵還可以同樣的方式，與側(cè)部冒口一起使用。在上述兩種用例中，端部冷鐵使端部效果補縮

53、距離增加約19%，即（3）(3)因為端部冷鐵僅影響端部區(qū)長度對補縮距離的效果，因此端部冷鐵的效用也可以表示為端部冷鐵實現(xiàn)的端部區(qū)長度改變值。模擬結(jié)果表明，增加一個冷鐵試塊后，端部區(qū)長度增加約38%，即(4)其中下標端部效果指的是圖11中的EZL/T曲線。下型箱冷鐵：在圖22中，將一塊冷鐵試塊放入兩個冒口之間的下型箱中。因為從本質(zhì)上講，在兩個冒口之間形成了端部效果，所以這個流程增加了橫向補縮距離。如同端部冷鐵的情況一樣，激冷厚度，簡稱為CT，按照定義，激冷厚度與冷鐵接觸面垂直，而且取值應(yīng)介于1/2T和2/3T之間。激冷寬度，簡稱為CW，按照定義，激冷寬度與長度方向上的接觸面平行，而且取值應(yīng)介于1

54、/2T和2/3T之間。更大的激冷厚度和激冷寬度不會進一步增加補縮距離。實際上，因為激冷寬度大于2T，因此會在冷鐵上形成孔隙1。通過CT=CW=1/2T，計算得出了下面公式（5）中的下型箱冷鐵乘數(shù)，但是在這個乘數(shù)中，用1/2T還是用2/3T做CT和CW，差別并不大。選擇的激冷長度，簡稱為CL，應(yīng)與鑄造節(jié)段幾何結(jié)構(gòu)匹配，即CL=W。如圖22所示，32有下型箱冷鐵的補縮距離從冒口邊緣量起，量至下型箱冷鐵上方之外，鑄件節(jié)段的最遠點。請注意：補縮距離不是一路延伸至冒口（即，下型箱冷鐵的中心線）之間的對稱線，而只是延伸至冷鐵的邊緣。下型箱冷鐵在冒口之間形成了一個偽終端效果，相當(dāng)于鑄件節(jié)段在模具中終止時，9

55、5%左右的終端效果，也就是說，(5)就橫向補縮而言，如果將公式（1）與公式（5）進行對比，就可以發(fā)現(xiàn)下型箱冷鐵幾乎使橫向補縮距離翻番。33CTFD端部冷鐵WDRCL端部冷鐵DRTCWCT圖21頂部冒口鑄件節(jié)段的端部冷鐵尺寸FD下型箱冷鐵FD下型箱冷鐵FD端部效果CL=WDRDRDRDRT下型箱冷鐵CTCW圖22使用下型箱冷鐵，進行頂部冒口的橫向補縮。345.5錐形可以利用與鑄件節(jié)段厚度方向垂直的表面上形成的錐形（又稱“金屬填料”），來獲得所需的縱向熱梯度，從而對任意長度完成致密性補縮。存在一個臨界錐度，在這個錐度上，可以使鑄件節(jié)段無限長。在臨界值以下使用錐度不會獲得有益效果，即鑄件節(jié)段的長度不

56、會增加。在圖23中，給出了一個錐形節(jié)段的范例，其中使用了頂部冒口。從圖中可以看出，錐形增加了壁厚。因為鑄件端部在端部區(qū)長度EZL上不需要錐形，而且靠近冒口的區(qū)域在冒口區(qū)長度RZL上不需要錐形，所以利用這一點，就可以使厚度增加最小化。圖11給出了端部區(qū)長度和冒口區(qū)長度。可使鑄件節(jié)段無限長的臨界錐形是寬厚比W/T之間的一個函數(shù)，如圖24所示。在該圖中，錐形表示為H錐形/L錐形，其中H錐形和L錐形分別代表錐形鑄造節(jié)段的高度和長度。請注意：相對于小的W/T來講，這個錐形比較大。當(dāng)W/T增加時，錐形急劇縮小，直到W/T=6時達到接近常數(shù)的值0.011為止。圖24中的錐形曲線是通過數(shù)值模擬獲得的，模擬方式

57、與本手冊中的補縮距離曲線的模擬方式相同。但是，需要說明的是，與補縮距離曲線不同的是，目前沒有直接的實驗數(shù)據(jù)，為該曲線提供支持。因此，應(yīng)該慎用這里給出的錐形值。冒口區(qū)長度DRRZLH錐形T端部區(qū)長度EZL錐形（英寸/英寸）L錐形圖23鋼板中的錐形，鋼板使用頂部冒口。350.04AISI1025鋼材呋喃樹脂砂模0.0350.030.0250.020.0150.010.005冒口區(qū)長度DRRZLH錐形錐形（英寸/英寸）T140F（60C）過熱度1”T12”（2.54厘米30.5厘米）無可見收縮孔隙，采用X光端部區(qū)長度EZLL錐形012345678910寬厚比，W/T圖24，錐形，表示為H錐形/L錐形

58、，是W/T的一個函數(shù)。365.6其它鑄造條件通過使用乘數(shù)，可以將上面小節(jié)中給出的補縮距離用于已列明基本條件之外的鑄造條件。表1給出了備用砂模材料、鑄造合金成分、澆注過熱度和期望鑄造致密性的乘數(shù)清單?；緱l件之外的鑄造條件的補縮距離可利用下面的公式計算：（6）其中，（FD/T）基本情況是上面小節(jié)中介紹的適當(dāng)鑄造條件的規(guī)范補縮距離。重申一下，在上面的公式中，不是必需除以厚度T，因為T取消了。請注意：如果基本情況與端部效果吻合，那么上面小節(jié)中介紹的橫向補縮和冷鐵乘數(shù)，就可以代入公式（6）中。對于與基本鑄造條件類似的任意條件而言，其中C=1。表1中給出的乘數(shù)，最初是為圖18中的端部效果補縮距離設(shè)置的，

59、它們對該曲線（即，最高達W/T=15左右）的整個范圍都有效。通過公式（1），也可以將這些乘數(shù)用于橫向補縮。但是，只有在高達W/T=7左右時才是準確的。除了這個值，都僅是近似結(jié)果。可以通過同樣的方式，將乘數(shù)用于冒口區(qū)長度和端部區(qū)長度，得到的常數(shù)值為W/T=7左右，最后，乘數(shù)對側(cè)部冒口補縮距離也僅僅是大致有效。ASTM收縮X射線15級的致密性乘數(shù)C致密性可以從圖25中獲得。此圖中的空心符號代表鑄造實驗中使用的鋼板，當(dāng)前補縮規(guī)則正是以這些鑄造實驗為基礎(chǔ)制訂的2、3。符號下方的數(shù)字代表乘數(shù)鋼板。實心正方形代表X射線14級C致密性的平均值，用線條表示，表示從平均值中加上/減去一個標準偏差。平均值顯示在實

60、心正方形上方，用黑體表示?；叵胍幌拢厩樾蔚亩x是制造從放射影像角度講完全致密的鑄件。這些從放射影像角度講致密的鋼板是ASTM收縮X射線1級（表明“1級或更好”）的子集，在圖25中，在1級中對它們進行了單獨分組。這樣做的目的是強調(diào)，如果希望得到1級評級，那么可能會使用一個大于乘積的X射線等級乘數(shù)（請注意：1級的C致密性平均值是1.14）。因為這個等級包括次于4級的所有鑄件，所以未表示5級的平均值。換句話說，任意足夠大的C致密性值都可能形成一個5級的鑄件。從圖25可以看出，C致密性隨著X射線等級增加。但是，每個等級都有大量C致密性散射，這主要是由于按照ASTM標準6、7評估X射線等級時有很多不