鑄件形成理論重要知識點

鑄件形成理論重要知識點第一章液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1.金屬的加熱膨脹：原子間距離將隨溫度的升高而增加，即產(chǎn)生熱膨脹。由于能量起伏，一些原子則可能越過勢壘跑到原子之間的間隙中或金屬表面，原子離開點陣后，留下了自由點陣——空穴。因此，除原子間距增大造成膨脹之外，空穴的產(chǎn)生也是物體膨脹的原因之一。2.金屬的熔化：把金屬加熱到熔點附近時，離位原子數(shù)大為增加。在外力的作用下，這些原子作定向運動，造成晶粒間的相對流動，稱為晶界粘滯流動。晶粒內(nèi)部，也有相當(dāng)數(shù)量的原子頻頻跳躍、離位，空穴數(shù)大為增加。接近熔點時，晶界上的原子則可能脫離原晶粒表面，向鄰近晶粒跳躍，晶粒逐漸失去固定形狀。將金屬加熱至熔點時，金屬體積突然膨脹3~5%，等于固態(tài)金屬從熱力學(xué)溫度零度加熱到熔點前的總膨脹量。金屬的其它性質(zhì)如電阻、粘性等發(fā)生突變，吸收大量熱能——熔化潛熱，而金屬的溫度不升高。3.理想金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)特點金屬熔化后，以及在熔點以上不高的溫度范圍內(nèi)，液體狀態(tài)的結(jié)構(gòu)有以下特點：1、原子排列在較小距離內(nèi)仍具有一定規(guī)律性，且其平均原子間距增加不大。2、金屬液體由許多原子集團所組成，在原子集團內(nèi)保持固體的排列特征，而在原子集團之間的結(jié)合處則受到很大破壞（近程有序排列）。3、原子集團存在能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏。4、原子集團間距較大，比較松散，猶如存在空穴?？昭ㄅc原子集團一起不停地“游動”。5、原子集團的平均尺寸、游動速度都與溫度有關(guān)，溫度越高，則原子集團的平均尺寸越小，游動速度越快。概括起來：接近熔點的液態(tài)金屬由許多游動的原子集團和空穴組成，原子集團中原子呈規(guī)則排列，結(jié)構(gòu)與原固體相似，但存在能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏。4.實際金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)實際金屬中總存在大量雜質(zhì)和溶質(zhì)原子，所以其液態(tài)除了存在能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏以外，還存在濃度起伏。實際液態(tài)金屬在微觀上是由存在能量起伏、結(jié)構(gòu)起伏和成分起伏的游動原子集團、空穴和許多固態(tài)、氣態(tài)或液態(tài)的化合物組成的混濁液體；從化學(xué)鍵上看，除了基體金屬與其合金元素組成的金屬鍵之外，還存在其他多種類型的化學(xué)鍵。5.影響粘度的因素(1)溫度：溫度不太高時，T升高，η值下降。溫度很高時，T升高，η值升高。(2)化學(xué)成分：表面活性元素使液體粘度降低，非表面活性雜質(zhì)的存在使粘度提高。(3)非金屬夾雜物：非金屬夾雜物使粘度增加。6.粘度對鑄坯質(zhì)量的影響(1)對液態(tài)金屬流動狀態(tài)的影響：粘度對鑄件輪廓的清晰程度有影響，為降低液體的粘度應(yīng)適當(dāng)提高過熱度或者加入表面活性物質(zhì)等。凝固收縮形成壓力差而造成的自然對流直接影響到鑄件的質(zhì)量，如熱裂、縮孔、縮松的形成傾向。(2)對液態(tài)金屬對流的影響：運動粘度越大，對流強度越小。鑄坯的宏觀偏析主要受對流的影響。(3)對液態(tài)金屬凈化的影響：粘度越大，夾雜物上浮速度越小，越容易滯留在鑄坯中形成夾雜、氣孔。7.影響表面張力的因素1）熔點：高熔點的物質(zhì)，其原子間結(jié)合力大，其表面張力也大。2）溫度：大多數(shù)金屬和合金，溫度升高，表面張力降低。3）溶質(zhì)：向系統(tǒng)中加入削弱原子間結(jié)合力的組元，會使表面內(nèi)能和表面張力降低。8.表面張力對鑄坯質(zhì)量的影響1）界面張力與潤濕角：液態(tài)金屬凝固時析出的固相與液相的界面能越小，形核率越高。液態(tài)雜質(zhì)與金屬晶體之間的潤濕性將影響雜質(zhì)形態(tài)。2）表面張力引起的附加壓力：附加壓力提高金屬液中氣體析出的阻力，易產(chǎn)生氣孔。影響金屬液與鑄型的相互作用。附加壓力為正值時（不潤濕），鑄坯表面光滑，但充型能力較差，必須附加一個靜壓頭。附加壓力為負(fù)值時（潤濕），金屬液能很好地充滿鑄型型腔，但是容易與鑄型粘結(jié)（粘砂），阻礙收縮，甚至產(chǎn)生裂紋。9.概念能量起伏：金屬晶體結(jié)構(gòu)中每個原子的振動能量不是均等的，一些原子的能量超過原子的平均能量，有些原子的能量則遠(yuǎn)小于平均能量，這種能量的不均勻性稱為“能量起伏”結(jié)構(gòu)起伏：液態(tài)金屬中的原子集團處于瞬息萬變的狀態(tài)，時而長大時而變小，時而產(chǎn)生時而消失，此起彼落，猶如在不停頓地游動。這種結(jié)構(gòu)的瞬息變化稱為結(jié)構(gòu)起伏。近程有序排列：金屬液體則由許多原子集團所組成，在原子集團內(nèi)保持固體的排列特征，而在原子集團之間的結(jié)合處則受到很大破壞。這種僅在原子集團內(nèi)的有序排列稱為近程有序排列。濃度起伏：不同原子間結(jié)合力存在差別，在金屬液原子團簇之間存在著成分差異。這種成分的不均勻性稱為濃度起伏。粘滯性：在流體力學(xué)中有兩個概念，一個是動力粘度，另一個是運動粘度。表面張力：液態(tài)金屬表面層的質(zhì)點受到一個指向液體內(nèi)部的力，物體傾向于減小其表面積，這相當(dāng)于在液態(tài)金屬表面有一個平行于表面且各向大小相等的張力，這個張力就是表面張力。第二章液態(tài)金屬的充型能力1.充型能力與流動性的聯(lián)系與區(qū)別：充型能力：液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力。即液態(tài)金屬充填鑄型的能力。充型能力與金屬液本身的流動能力及鑄型性質(zhì)等因素有關(guān)。是設(shè)計澆注系統(tǒng)的重要依據(jù)之一。流動性：液態(tài)金屬本身流動的能力。流動性與金屬的成分、溫度、雜質(zhì)含量及其物理性質(zhì)有關(guān)。充型能力與流動性的關(guān)系：充型能力是外因（鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)）和內(nèi)因（流動性）的共同結(jié)果。外因一定時，流動性就是充型能力。充型能力弱，則可能產(chǎn)生澆不足、冷隔、砂眼、鐵豆、抬箱，以及卷入性氣孔、夾砂等缺陷。2.液態(tài)金屬的停止流動機理純金屬、共晶合金、窄結(jié)晶溫度范圍合金：型壁處凝固結(jié)殼，柱狀晶相接觸，通道中心合并，流動停止合金的結(jié)晶溫度范圍越寬，枝晶就越發(fā)達，液流前端出現(xiàn)較少的固相量，通道阻塞，亦即在相對較短的時間內(nèi)，液態(tài)金屬便停止流動。純金屬、共晶合金或窄結(jié)晶溫度范圍合金有良好的流動性，降低了凝固成形中冷隔、熱裂、縮松等缺陷的產(chǎn)生。反之，寬結(jié)晶溫度范圍合金由于流動性差，往往會有較多的缺陷產(chǎn)生。3.影響液態(tài)金屬充型能力因素和提高措施：影響充型能力的因素是通過兩個途徑發(fā)生作用的：影響金屬與鑄型之間熱交換條件，而改變金屬液的流動時間；影響金屬液在鑄型中的水力學(xué)條件，而改變金屬液的流速。（一）金屬性質(zhì)方面的因素這類因素是內(nèi)因，決定了金屬本身的流動能力——流動性。鑄型阻力影響金屬液的充填速度；鑄型與金屬的熱交換條件影響金屬液保持流動的時間。1、合金成分合金的流動性與化學(xué)成分之間存在著一定的規(guī)律性。在流動性曲線上，對應(yīng)著純金屬、共晶成分和金屬間化合物的地方出現(xiàn)最大值，而有結(jié)晶溫度范圍的地方流動性下降，且在最大結(jié)晶溫度范圍附近出現(xiàn)最小值。合金成分對流動性的影響，主要是成分不同時，合金的結(jié)晶特點不同造成的。降低合金熔點的元素容易提高金屬過熱度，從而提高合金流動時間，提高流動性。合金凈化后流動性提高，合金成分中凡能形成高熔點夾雜物的元素均會降低合金的流動性。2、結(jié)晶潛熱結(jié)晶潛熱越高，凝固進行得越緩慢，流動性越好。3、金屬的比熱容、密度和導(dǎo)熱系數(shù)金屬的比熱容、密度較大的合金，本身含熱量較多，在相同過熱度下，保持液態(tài)時間長，流動性好。導(dǎo)熱系數(shù)小的合金，熱量散失慢，保持流動時間長。金屬中加入合金元素后，一般會降低導(dǎo)熱系數(shù)。4、液態(tài)金屬的粘度合金液的粘度，在充型過程前期（屬紊流）對流動性的影響較小，而在充型過程后期凝固中（屬層流）對流動性影響較大。5、表面張力表面張力影響金屬液與鑄型的相互作用。造型材料一般不被液態(tài)金屬潤濕，即θ>90o，故液態(tài)金屬在鑄型細(xì)薄部分的液面是凸起的，而由表面張力產(chǎn)生一個指向液體內(nèi)部的附加壓力，阻礙對該部分的充填，所以表面張力對薄壁鑄件、鑄件的細(xì)薄部分和棱角的成形有影響，型腔越細(xì)薄、棱角的曲率半徑越小，表面張力的影響越大。為克服由表面張力引起的附加壓力，必須附加一個靜壓頭。綜上所述，為了提高液態(tài)金屬的充型能力，在金屬方面可采取以下措施：1、正確選擇合金的成分在不影響鑄件使用性能的條件下，盡量將合金成分調(diào)整到實際共晶成分附近，或選用結(jié)晶溫度范圍小的合金。對某些合金進行變質(zhì)處理使晶粒細(xì)化，也有利于提高充型能力。2、合理的熔煉工藝選擇清潔的原材料；減少與有害氣體的接觸；充分脫氧精煉去氣，減少氣體、夾雜。高溫出爐，低溫澆注。高溫出爐能使難熔固體質(zhì)點熔化，未熔質(zhì)點和氣體在靜置階段上浮凈化。提高流動性。（二）鑄型性質(zhì)方面1、鑄型的蓄熱系數(shù)：鑄型的蓄熱系數(shù)越大，激冷能力越強，金屬液保持液態(tài)的時間就越短，充型能力下降。如液態(tài)合金在金屬型中的流動性比在砂型中差；金屬型鑄造時使用涂料可減緩冷卻。2、鑄型溫度：預(yù)熱鑄型能減小金屬與鑄型的溫差，從而增長液體保持時間，提高充型能力。3、鑄型中的氣體：鑄型有一定的發(fā)氣能力，形成的氣膜可減小流動的摩擦阻力。但發(fā)氣量過大時，充型反壓力增大，充型能力下降。減小鑄型中氣體反壓力的途徑：減小砂型發(fā)氣量，如控制型砂含水量和發(fā)氣物質(zhì)含量；提高砂型透氣性，增加排氣能力，如在砂型上扎通氣孔或設(shè)置通氣冒口。（三）澆注條件方面1、澆注溫度澆注溫度越高，液態(tài)金屬的粘度越小，過熱度高，金屬液內(nèi)含熱量多，保持液態(tài)的時間長，充型能力強。但超過某一溫度界限，氧化吸氣嚴(yán)重，充型能力提高不明顯。2、充型壓頭液態(tài)金屬在流動方向上所受的壓力稱為充型壓力。充型壓力越大,充型能力越強?？稍黾屿o壓頭，或采用其他外加壓力，如壓鑄、低壓鑄造、真空吸鑄等。3、澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則流動阻力越大，充型能力越差。在設(shè)計澆注系統(tǒng)時，必須合理布置內(nèi)澆道在鑄件上的位置，選擇恰當(dāng)?shù)臐沧⑾到y(tǒng)結(jié)構(gòu)和各組元的斷面積。（四）鑄件結(jié)構(gòu)方面衡量鑄件結(jié)構(gòu)特點的因素是鑄件的折算厚度和復(fù)雜程度。1、折算厚度：折算厚度也叫當(dāng)量厚度或模數(shù),是鑄件體積與鑄件表面積之比。折算厚度越大，熱量散失越慢，充型能力就越好。鑄件壁厚相同時，垂直壁比水平壁更容易充填；大平面鑄件不易成形。對薄壁鑄件應(yīng)正確選擇澆注位置。2、復(fù)雜程度：鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，厚薄部分過渡面多，則型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流動阻力就越大，鑄型的充填就越困難。研究鑄件溫度場的方法有：數(shù)學(xué)解析法、數(shù)值模擬法和實測法等。第三章鑄件的凝固1.研究鑄件溫度場的方法：數(shù)學(xué)解析法、數(shù)值模擬法和實測法等。2.凝固：合金從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程，稱為一次結(jié)晶或凝固。3.研究溫度場的意義：根據(jù)鑄件溫度場隨時間的變化，能夠預(yù)計鑄件凝固過程中其斷面上各個時刻的凝固區(qū)域大小及變化，凝固前沿向中心的推進速度，縮孔和縮松的位置，凝固時間等重要問題，為正確設(shè)計澆注系統(tǒng)、設(shè)置冒口、冷鐵，以及采取其他工藝措施提供可靠依據(jù)，對于消除鑄造缺陷，獲得健全鑄件，改善鑄件組織和性能有重要意義。4.凝固方式及其影響因素一般將金屬的凝固方式分為三種類型：逐層凝固方式、體積凝固方式（或稱糊狀凝固方式）和中間凝固方式。在凝固過程中鑄件斷面上的凝固區(qū)域?qū)挾葹榱?，固體和液體由一條界線（凝固前沿）清楚地分開。隨著溫度的下降，固體層不斷加厚，逐步達到鑄件中心。這種情況為逐層凝固方式。鑄件凝固的某一段時間內(nèi)，其凝固區(qū)域幾乎貫穿整個鑄件斷面時，則在凝固區(qū)域里既有已結(jié)晶的晶體，也有未凝固的液體，這種情況為體積凝固方式或稱糊狀凝固方式。鑄件斷面上的凝固區(qū)域?qū)挾冉橛谇皟烧咧g時，稱中間凝固方式。凝固方式取決與凝固區(qū)域的寬度，而凝固區(qū)域的寬度取決于合金的結(jié)晶溫度范圍和冷卻強度（溫度梯度）。結(jié)晶溫度范圍越寬，溫度梯度越小，越傾向于體積凝固方式。5.金屬凝固方式與鑄件質(zhì)量的關(guān)系逐層方式凝固，凝固前沿直接與液態(tài)金屬接觸。當(dāng)液態(tài)凝固成為固體而發(fā)生體積收縮時，可以不斷地得到液體的補充，所以產(chǎn)生分散性縮松的傾向性很小，而是在鑄件最后凝固的部位留下集中縮孔。由于集中縮孔容易消除，一般認(rèn)為這類合金的補縮性良好。在板狀或棒狀鑄件會出現(xiàn)中心線縮孔。這類鑄件在凝固過程中，當(dāng)收縮受阻而產(chǎn)生晶間裂紋時，也容易得到金屬液的填充，使裂紋愈合。體積凝固方式：凝固區(qū)域?qū)挘菀装l(fā)展成為樹枝晶發(fā)達的粗大等軸枝晶組織。當(dāng)粗大的等軸枝晶相互連接以后(固相約為70％)，將使凝固的液態(tài)金屬分割為一個個互不溝通的溶池，最后在鑄件中形成分散性的縮孔，即縮松。對于這類鑄件采用普通冒口消除其縮松是很難的，而往往需要采取其它輔助措施，以增加鑄件的致密性。由于粗大的等軸晶比較早的連成骨架，在鑄件中產(chǎn)生熱裂的傾向性很大。這是因為，等軸晶越粗大，高溫強度就越低；此外當(dāng)晶間出現(xiàn)裂紋時，也得不到液態(tài)金屬的充填使之愈合。如果這類合金在充填過程中發(fā)生凝固時，其充型性能也很差。6.鑄件的凝固時間的計算方法：解析法：解析方法是直接應(yīng)用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)理論和定律去推導(dǎo)和演繹數(shù)學(xué)方程（或模型），得到用函數(shù)形式表示的解，也就是解析解。數(shù)值方法：數(shù)值方法又叫數(shù)值分析法，是用計算機程序來求解數(shù)學(xué)模型的近似解，又稱為數(shù)值模擬或計算機模擬。主要有差分法、有限元法。經(jīng)驗計算法：平方根定律計算法和折算厚度法（或模數(shù)法）。第四章液態(tài)金屬結(jié)晶的基本原理1.液態(tài)金屬結(jié)晶的驅(qū)動力：兩相自由能的差值ΔGV為結(jié)晶的驅(qū)動力。，對于給定金屬，L與T0均為定值，△GV僅與△T有關(guān)。因此，液態(tài)金屬結(jié)晶的驅(qū)動力是由過冷度提供的。過冷度越大，結(jié)晶的驅(qū)動力也就越大，過冷度為零時，驅(qū)動力就不復(fù)存在。所以液態(tài)金屬在沒有過冷度的情況下不會結(jié)晶。2.液態(tài)金屬結(jié)晶過程：首先，系統(tǒng)通過起伏作用在某些微觀小區(qū)域內(nèi)克服能量障礙而形成穩(wěn)定的新相晶核；新相一旦形成，系統(tǒng)內(nèi)將出現(xiàn)自由能較高的新舊兩相之間的過渡區(qū)。為使系統(tǒng)自由能盡可能地降低，過渡區(qū)必須減薄到最小原子尺度，這樣就形成了新舊兩相的界面；然后，依靠界面逐漸向液相內(nèi)推移而使晶核長大。直到所有的液態(tài)金屬都全部轉(zhuǎn)變成金屬晶體，整個結(jié)晶過程也就在出現(xiàn)最少量的中間過渡結(jié)構(gòu)中完成。由此可見，為了克服能量障礙以避免系統(tǒng)自由能過度增大，液態(tài)金屬的結(jié)晶過程是通過形核和生長的方式進行的。在存在相變驅(qū)動力的前提下，液態(tài)金屬的結(jié)晶過程需要通過起伏（熱激活）作用來克服兩種性質(zhì)不同的能量障礙（簡稱能障），兩者皆與界面狀態(tài)密切相關(guān)。一種是熱力學(xué)能障，它由被迫處于高自由能過渡狀態(tài)下的界面原子所產(chǎn)生，能直接影響到系統(tǒng)自由能的大小，界面自由能即屬于這種情況；另一種是動力學(xué)能障，它由金屬原子穿越界面過程所引起，原則上與驅(qū)動力的大小無關(guān)而僅取決于界面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，激活自由能即屬于這種情況。前者對形核過程影響頗大，后者在晶體生長過程中則具有更重要的作用。而整個液態(tài)金屬的結(jié)晶過程就是金屬原子在相變驅(qū)動力的驅(qū)使下，不斷借助于起伏作用來克服能量障礙，并通過形核和生長方式而實現(xiàn)轉(zhuǎn)變的過程。3.形核：亞穩(wěn)定的液態(tài)金屬通過起伏作用在某些微觀小區(qū)域內(nèi)形成穩(wěn)定存在的晶態(tài)小質(zhì)點的過程稱為形核。形核條件：首先，系統(tǒng)必須處于亞穩(wěn)態(tài)以提供相變驅(qū)動力；其次，需要通過起伏作用克服能障才能形成穩(wěn)定存在的晶核并確保其進一步生長。由于新相和界面相伴而生，因此界面自由能這一熱力學(xué)能障就成為形核過程中的主要阻力。根據(jù)構(gòu)成能障的界面情況的不同，可能出現(xiàn)兩種不同的形核方式：均質(zhì)生核和非均質(zhì)生核。均質(zhì)生核：在沒有任何外來界面的均勻熔體中的生核過程。非均質(zhì)生核：在不均勻熔體中依靠外來雜質(zhì)或型壁界面提供的襯底進行生核的過程。4.均質(zhì)生核機制必須具備以下條件：過冷液體中存在相起伏，以提供固相晶核的晶胚。生核導(dǎo)致體積自由能降低，界面自由能提高。為此，晶胚需要體積達到一定尺寸才能穩(wěn)定存在。過冷液體中存在能量起伏和溫度起伏，以提供臨界生核功。為維持生核功，需要一定的過冷度。5.臨界晶核半徑而言，非均質(zhì)形核臨界半徑r非*與均質(zhì)形核臨界半徑r均*的表達式完全相同。非均質(zhì)生核的臨界形核功ΔG非與均質(zhì)生核的臨界形核功ΔG均之間也僅相差一個因子f(θ)。0°<θ<180°，0<f(θ)<1，故V冠<V球，ΔG非*<ΔG均*，因而襯底都具有促進形核的作用，非均質(zhì)生核比均質(zhì)生核更容易進行。6.生核劑：一種好的生核劑首先應(yīng)能保證結(jié)晶相在襯底物質(zhì)上形成盡可能小的潤濕角θ，其次生核劑還應(yīng)該在液態(tài)金屬中盡可能地保持穩(wěn)定，并且具有最大的表面積和最佳的表面特性。7.晶體的生長主要受以下幾個彼此相關(guān)的過程所制約：①界面生長動力學(xué)過程；②傳熱過程；③傳質(zhì)過程。8.固－液界面的微觀結(jié)構(gòu)從微觀尺度考慮，固—液界面可劃分為粗糙界面與平整界面，或非小平面界面及小平面界面。粗糙界面（非小平面界面）：界面固相一側(cè)的幾個原子層點陣位置只有50%左右為固相原子所占據(jù)。這幾個原子層的粗糙區(qū)實際上就是液固之間的過渡區(qū)。平整界面（小平面界面）：界面固相一側(cè)的點陣幾乎全部被固相原子占據(jù)，只留下少數(shù)空位；或在充滿固相原子的界面上存在少數(shù)不穩(wěn)定的、孤立的固相原子，從而從整體上看是平整光滑的。對于不同的α值，對應(yīng)不同的界面微觀結(jié)構(gòu)，稱為Jackson判據(jù)。當(dāng)α≤2時，界面的平衡結(jié)構(gòu)應(yīng)有50%左右的點陣位置為固相原子所占據(jù)，因此粗糙界面是穩(wěn)定的。當(dāng)α>2時，界面的平衡結(jié)構(gòu)或是只有少數(shù)點陣位置被占據(jù)，或是絕大部分位置被占據(jù)后而僅留下少量空位。因此，這時平整界面是穩(wěn)定的。α越大，界面越平整。絕大多數(shù)金屬的熔化熵均小于2，在其結(jié)晶過程中，固－液界面是粗糙界面。多數(shù)非金屬和化合物的α值大于2，這類物質(zhì)結(jié)晶時，其固－液界面為由基本完整的晶面所組成的平整界面。鉍、銦、鍺、硅等亞金屬的情況則介于兩者之間，這類物質(zhì)結(jié)晶時，其固—液界面往往具有混合結(jié)構(gòu)。9.界面的生長機理和生長速度1、連續(xù)生長機制——粗糙界面的生長。較高的生長速度。2、二維生核生長機制——完整平整界面的生長。生長速度也比連續(xù)生長低。3、從缺陷處生長機制——非完整界面的生長。(1)螺旋位錯生長；(2)旋轉(zhuǎn)孿晶生長；反射孿晶生長。生長速度比二維形核生長快，仍比連續(xù)生長慢。10.溶質(zhì)再分配和平衡分配系數(shù)單相合金的結(jié)晶過程一般是在一個固液兩相共存的溫度區(qū)間內(nèi)完成的。在區(qū)間內(nèi)的任一點，共存兩相都具有不同的成分。因此結(jié)晶過程必然要導(dǎo)致界面處固、液兩相成分的分離。同時，由于界面處兩相成分隨著溫度的降低而變化，故晶體生長與傳質(zhì)過程必然相伴而生。這樣，從生核開始直到凝固結(jié)束，在整個結(jié)晶過程中，固、液兩相內(nèi)部將不斷進行著溶質(zhì)元素重新分布的過程。我們稱此為合金結(jié)晶過程中溶質(zhì)再分配。衡固相中溶質(zhì)濃度與平衡液相溶質(zhì)濃度的比值稱為平衡分配系數(shù)。11.平衡結(jié)晶中的溶質(zhì)再分配規(guī)律：12.固相無擴散，液相均勻混合——Scheil公式13.固相無擴散，液相只有有限擴散：初期過渡階段：在結(jié)晶初期，生長的結(jié)果導(dǎo)致溶質(zhì)原子在界面前沿進一步富集。溶質(zhì)的富集降低了界面處的液相線溫度，只有溫度進一步降低時界面才能繼續(xù)生長。這一時期的結(jié)晶特點為：隨著固液界面向前推進，固、液兩相平衡濃度C*S與C*L持續(xù)上升，界面溫度不斷下降。穩(wěn)定生長階段：界面上排出的溶質(zhì)量與擴散走的溶質(zhì)量相等，晶體便進入穩(wěn)定生長階段。Cs*=C0，界面前方。后過渡階段：到生長臨近結(jié)束，富集的溶質(zhì)集中在殘余液相中無法向外擴散，于是界面前沿溶質(zhì)富集又進一步加劇，界面處固、液兩相的平衡濃度復(fù)又進一步上升，形成了晶體生長的最后過渡階段。14.熱過冷和成分過冷僅由熔體實際溫度分布所決定的過冷狀態(tài)稱為熱過冷。由溶質(zhì)再分配導(dǎo)致界面前方熔體成分及其凝固溫度發(fā)生變化而引起的過冷稱為成分過冷。成分過冷判據(jù)：15.固液界面前沿金屬液過冷狀態(tài)對結(jié)晶過程的影響1、熱過冷對結(jié)晶過程的影響(1)界面前方無熱過冷下的平面生長：界面能最低的宏觀平坦的界面形態(tài)是穩(wěn)定的。界面上偶然產(chǎn)生的任何突起必將伸入過熱熔體中而被熔化，界面最終仍保持其平坦?fàn)顟B(tài)。這種界面生長方式稱為平面生長。生長中，每個晶體逆著熱流平行向內(nèi)伸展成一個個柱狀晶。(2)熱過冷作用下的枝晶生長：界面前方存在著一個大的熱過冷區(qū)。宏觀平坦的界面形態(tài)是不穩(wěn)定的。一旦界面上偶然產(chǎn)生一個凸起，它必將與過冷度更大的熔體接觸而很快地向前生長，形成一個伸向熔體的主桿。主桿側(cè)面析出的結(jié)晶潛熱使溫度升高，遠(yuǎn)處仍為過冷熔體，也會使側(cè)面面臨新的熱過冷，從而生長出二次分枝。同樣，在二次分枝上還可能生長出三次分枝，從而形成樹枝晶。這種界面生長方式稱為枝晶生長。如果GL<0的情況產(chǎn)生于單向生長過程中，得到的將是柱狀枝晶；如果GL<0發(fā)生在晶體的自由生長過程中，則將形成等軸枝晶。2、成分過冷對結(jié)晶過程的影響(1)界面前方無成分過冷的平面生長：當(dāng)一般單相合金晶體生長符合條件時，界面前方不存在過冷。因此界面將以平面生長方式長大。(2)窄成分過冷區(qū)作用下的胞狀生長當(dāng)一般單相合金晶體生長符合條件時，界面前方存在著一個狹窄的成分過冷區(qū)。在窄成分過冷區(qū)的作用下，不穩(wěn)定的平坦界面就破裂成一種穩(wěn)定的、由許多近似于旋轉(zhuǎn)拋物面的凸出圓胞和網(wǎng)格狀的凹陷溝槽構(gòu)成的新的界面形態(tài)，稱為胞狀界面。以胞狀界面向前推進的生長方式稱為胞狀生長，其生長結(jié)果形成胞狀晶。每個胞狀晶的橫向成分很不均勻，k0<1的合金，晶胞中心溶質(zhì)含量最低，向四周逐漸增高。(3)寬成分過冷區(qū)作用下的枝晶生長①柱狀枝晶生長隨著界面前方的成分過冷區(qū)逐漸加寬，晶胞凸起伸向熔體更遠(yuǎn)，凸起前端逐漸變得不穩(wěn)定，胞狀生長就轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢钪L。如果成分過冷區(qū)足夠大，二次枝晶在隨后的生長中又會在其前端分裂出三次分枝。這樣不斷分枝的結(jié)果，在成分過冷區(qū)內(nèi)迅速形成了樹枝晶的骨架。單相合金柱狀晶生長是一種熱量通過固相散失的約束生長。在生長過程中主干彼此平行地向著熱流相反的方向延伸，相鄰主干的高次分枝往往互相連接，排列成方格網(wǎng)狀，構(gòu)成柱狀枝晶特有的板狀排列，從而使材料的各項性能表現(xiàn)出強烈的各項異性。②等軸枝晶生長當(dāng)界面前方成分過冷區(qū)進一步加寬時，成分過冷的極大值ΔTcm將大于熔體中非均質(zhì)生核最有效襯底大量生核所需的過冷ΔT*非，于是在柱狀晶生長的同時，界面前方這部分熔體也將發(fā)生新的生核過程，并且導(dǎo)致了晶體在過冷熔體（GL<0）的自由生長，從而形成了方向各異的等軸枝晶。等軸枝晶的存在阻止了柱狀晶區(qū)的單向延伸，此后的結(jié)晶過程便是等軸晶區(qū)不斷向液體內(nèi)部推進的過程。由此可見，就合金的宏觀結(jié)晶狀態(tài)而言，平面生長，胞狀生長和柱狀枝晶生長皆屬于一種晶體自型壁生核，由外向內(nèi)單向延伸的生長方式，稱為外生生長。等軸枝晶在熔體內(nèi)部自由生長的方式稱為內(nèi)生生長。可見成分過冷區(qū)的進一步加大促使了外生生長向內(nèi)生生長的轉(zhuǎn)變。顯然，這個轉(zhuǎn)變是由成分過冷的大小和外來質(zhì)點非均質(zhì)生核的能力這兩個因素所決定的。大的成分過冷和強生核能力的外來質(zhì)點都有利于內(nèi)生生長和等軸枝晶的形成。16．共晶合金的共生生長大多數(shù)共晶合金在一般情況下是按共生生長的方式進行結(jié)晶的。結(jié)晶時，后析出相依附于領(lǐng)先相表面析出，形成具有兩相共同生長界面的雙相核心；然后依靠溶質(zhì)原子在界面前沿兩相間的橫向擴散，互相不斷地為相鄰的另一相提供生長所需的組元而使兩相彼此合作地一起向前生長，稱為共生生長。共生生長應(yīng)該滿足兩個基本條件：其一是共晶兩相應(yīng)有相近的析出能力，并且后析出相易于在領(lǐng)先相的表面形核，從而形成具有共生界面的雙相核心；其二是界面前沿溶質(zhì)原子的橫向擴散應(yīng)能保證共晶兩相的等速生長，使共生生長得以進行。17．共晶合金的離異生長和離異共晶共晶兩相沒有共同的生長界面，它們各以不同的速度獨立生長，兩相的析出在時間上和空間上都是彼此分離的，因而在形成的組織上沒有共生共晶的特征。這種非共生生長的共晶結(jié)晶方式稱為離異生長，所形成的組織稱為離異共晶。在下述情況下，共晶合金將以離異生長的方式進行結(jié)晶，并形成幾種形態(tài)不同的離異共晶組織。①因以下兩種原因造成一相大量析出，另一相尚未開始結(jié)晶時，將形成晶間偏析型離異共晶組織。a）由系統(tǒng)本身的原因所造成：當(dāng)合金成分偏離共晶點很遠(yuǎn)，初晶相長得很大，共晶成分的殘留液體很少，類似于薄膜分布于枝晶之間。當(dāng)共晶轉(zhuǎn)變時，一相就在初晶相的枝晶上繼續(xù)長出，而把另一相單獨留在枝晶間。b）由另一相的形核困難所引起：合金偏離共晶成分，初晶相長得較大。如果另一相不能以初生相為襯底形核，或因液體過冷傾向大而使該相析出受阻時，初生相就繼續(xù)長大而把另一相留在枝晶間。合金成分偏離共晶成分越遠(yuǎn)、共晶反應(yīng)所需的過冷度越大，則越容易形成上述的離異共晶。②當(dāng)領(lǐng)先相為另一相的“暈圈”所封閉時將形成領(lǐng)先相呈球團狀結(jié)構(gòu)的離異共晶組織。在共晶結(jié)晶過程中，有時第二相環(huán)繞領(lǐng)先相生長而形成一種鑲邊外圍層，此外圍層稱為“暈圈”。一般認(rèn)為，暈圈的形成是因兩相在形核能力和生長速度上的差別所致。在兩相性質(zhì)差別較大的非小面—小面共晶合金中更容易出現(xiàn)這種暈圈組織。第五章鑄件結(jié)晶組織的形成和控制1.典型的鑄件結(jié)晶組織根據(jù)結(jié)晶條件的不同，鑄坯可以有不同的晶粒組織。幾種典型的鑄坯晶粒組織為：表面細(xì)等軸晶區(qū)：緊靠型壁的外殼層，由紊亂排列的細(xì)小等軸晶組成，僅幾個晶粒厚度。柱狀晶區(qū)：由自外向內(nèi)沿著熱流的方向彼此平行排列的柱狀晶組成。內(nèi)部等軸晶區(qū)：由紊亂排列的粗大等軸晶所組成。2.鑄件宏觀結(jié)晶組織的形成機理表面的細(xì)等軸晶：液態(tài)金屬澆入溫度較低的鑄型中時，型壁附近熔體受到強烈的激冷作用，產(chǎn)生很大的過冷度而大量非均質(zhì)生核，從而形成了無方向性的表面細(xì)等軸晶組織。柱狀晶區(qū)：柱狀晶區(qū)開始于穩(wěn)定凝固殼層的產(chǎn)生，而結(jié)束于內(nèi)部等軸晶區(qū)的形成。穩(wěn)定的凝固殼層一旦形成，由于固-液界面處單向的散熱條件，處在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的單向熱流的作用下，便轉(zhuǎn)而以枝晶狀單向延伸生長，發(fā)展成由外向內(nèi)生長的柱狀晶區(qū)。內(nèi)部等軸晶區(qū):熔體內(nèi)部晶核自由生長的結(jié)果。（一）“成分過冷”理論：隨著凝固層向內(nèi)推移，固相散熱能力逐漸削弱，內(nèi)部溫度梯度趨于平緩，且液相中的溶質(zhì)原子越來越富集，從而使界面前方成分過冷逐漸增大。當(dāng)成分過冷大到足以發(fā)生非均質(zhì)生核時，便導(dǎo)致內(nèi)部等軸晶的形成。激冷等軸晶型壁脫落與游離理論：在澆注的過程中，由于澆注系統(tǒng)和鑄型型壁處的吸熱產(chǎn)生大的過冷，促使大量晶核形成，產(chǎn)生大量的細(xì)小等軸晶，這些小等軸晶從型壁脫落并隨著澆注液流而分布于整個鑄件。（三）枝晶熔斷及結(jié)晶雨理論：生長著的柱狀枝晶在凝固界面前方的熔斷、游離和增殖導(dǎo)致了內(nèi)部等軸晶晶核的形成，稱為“枝晶熔斷”理論。3.等軸晶組織的獲得和細(xì)化通過強化非均質(zhì)生核和促進晶粒游離以抑制凝固過程中柱狀晶區(qū)的形成和發(fā)展，就能獲得等軸晶組織。非均質(zhì)晶核數(shù)量越多，晶粒的游離作用越強，熔體內(nèi)部越有利于游離晶的殘存，則形成的晶粒就越細(xì)。具體方法：1、合理控制熱學(xué)條件1）低溫澆注和采用合理的澆注工藝采用低溫澆注工藝、強化液流對型壁的沖刷作用。2）合理控制冷卻條件薄壁件采用冷卻能力高的金屬型，厚壁、導(dǎo)熱性差的鑄件采用砂型。2、孕育處理與變質(zhì)處理孕育處理和變質(zhì)處理都是在金屬液中加入少量物質(zhì)。孕育處理主要是通過促進液體內(nèi)部的形核，達到細(xì)化晶粒的目的。變質(zhì)處理主要通過改變晶體的生長方式，從而改變晶體的形貌和生長速度，達到細(xì)化晶粒的作用。1）生核劑的確定孕育和變質(zhì)作用的原理可歸納為以下三類：a)外加晶核：在澆注時向金屬液流中加入與欲細(xì)化相具有界面共格對應(yīng)的高熔點物質(zhì)或同類金屬的碎粒，使之在液體中作為有效質(zhì)點促進非自發(fā)生核。b)加入生核劑：加入的物質(zhì)本身不一定能作為晶核，但通過它們與液體金屬中某些元素的相互作用，能產(chǎn)生晶核或有效質(zhì)點，促進非自發(fā)生核。這種生核劑可分為兩類：一是少量元素能與液體中某元素（最好是細(xì)化相原子）組成較穩(wěn)定的化合物，此化合物與欲細(xì)化相具有界面共格對應(yīng)關(guān)系，就能促進非自發(fā)生核。二是少量元素能在液體中造成很大的微區(qū)富集，迫使結(jié)晶相提前彌散析出。c)采用強成分過冷元素：這些元素的特點是熔點低，能顯著降低合金的液相線溫度，在合金中固溶量很小(k≤1)。這類元素在晶體產(chǎn)生時，富集在相界面上，既能阻礙已有晶體生長，又能形成較大的成分過冷促進生核，同時又使晶體的分枝形成新的縮頸，易于熔斷脫落，形成新的晶核。2）合理確定孕育工藝為防止孕育衰退，采用：低溫澆注；瞬時孕育；選擇合理的孕育劑粒度。3、動態(tài)晶粒細(xì)化在逐漸凝固過程中，采用振動（機械振動、電磁振動、超聲波振動等）、攪拌（機械攪拌、電磁攪拌、氣泡攪拌等）、旋轉(zhuǎn)等各種方法，均能有效地縮小和消除柱狀晶區(qū)，細(xì)化等軸晶組織。其作用機理包括：動力生核作用、促進晶粒游離。4、等軸晶枝晶間距的控制研究表明，鑄件機械性能除了與等軸晶的晶粒大小有關(guān)外，等軸晶二次枝晶間距的影響更為明顯。二次枝晶間距越小，鑄件機械性能越好。細(xì)化枝晶間距的主要措施有：薄壁鑄件的快速冷卻；具有顯微激冷作用的懸浮鑄造；強成分過冷孕育劑和稀土孕育劑的應(yīng)用低溫澆注。4.單向凝固和柱狀晶及單晶組織的獲得單向凝固的目的是為了使鑄件或鑄錠獲得按一定方向生長的柱狀晶或單晶組織。要得到單向凝固組織需要滿足以下條件：首先，要在開始凝固的部位形成穩(wěn)定的凝固殼。凝固殼的形成阻止了該部位的型壁晶粒游離，并為柱狀晶提供了生長基礎(chǔ)。該條件可通過各種激冷措施達到。其次，要確保凝固殼中的晶粒按既定方向通過擇優(yōu)生長而發(fā)展成平行排列的柱狀晶組織。同時，為使柱狀晶縱向生長不受限制，并且在其組織中不夾雜有異向晶粒，固-液界面前方不應(yīng)存在生核和晶粒游離現(xiàn)象。這個條件可通過下述措施來滿足：1）嚴(yán)格的單向散熱。要使凝固系統(tǒng)始終處于柱狀晶生長方向的正溫度梯度作用下，并且要絕對阻止側(cè)向散熱以避免界面前方型壁及其附近的生核和長大。2）要有足夠大的GL/R，以使成分過冷限制在允許的范圍以內(nèi)。同時要減少熔體的非均質(zhì)生核能力，這樣就能避免界面前方的生核現(xiàn)象。提高熔體的純凈度，減少因氧化和吸氧而形成的雜質(zhì)污染，對已有的有效襯底則通過高溫加熱或加入其它元素來改變其組成和結(jié)構(gòu)等方法均有助于減少熔體的非均質(zhì)生核能力。3）要避免液態(tài)金屬的對流、攪拌和振動，從而阻止界面前方的晶粒游離。對晶粒密度大于液態(tài)金屬的合金，避免自然對流的最好方法就是自下而上地進行單向結(jié)晶。當(dāng)然也可以通過安置固定磁場的方法阻止其單向結(jié)晶過程中的對流。第六章鑄件的收縮1.基本概念液態(tài)金屬澆入鑄型后，由于鑄型的吸熱，金屬溫度下降，空穴數(shù)量減少，原子間距離縮短，液態(tài)金屬的體積減小，稱為液態(tài)收縮。溫度繼續(xù)下降時，液態(tài)金屬凝固，發(fā)生由液態(tài)到固態(tài)的狀態(tài)變化，原子間距離進一步縮短而發(fā)生的收縮，稱為凝固收縮。金屬凝固完畢后，在固態(tài)下繼續(xù)冷卻時，原子間距離還要縮短而發(fā)生的收縮，稱為固態(tài)收縮。鑄件在液態(tài)、凝固態(tài)和固態(tài)的冷卻過程中，所發(fā)生的體積減小現(xiàn)象稱為收縮。因此，收縮是鑄造合金本身的物理性質(zhì)。金屬從液態(tài)到常溫的體積改變量稱為體收縮。金屬在固態(tài)時的線尺寸改變量，稱為線收縮。鑄件在凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞，稱為縮孔。容積大而集中的孔洞稱為集中縮孔，或簡稱為縮孔；細(xì)小而分散的孔洞稱為分散性縮孔，簡稱為縮松。線收縮開始溫度：對于純金屬和共晶合金，線收縮是在金屬完全凝固以后開始的。對于具有一定結(jié)晶溫度范圍的合金，當(dāng)液態(tài)金屬的溫度稍低于液相線溫度時，便開始結(jié)晶，但是，由于枝晶還比較少，不能形成連續(xù)的骨架，仍為體收縮性質(zhì)。當(dāng)溫度繼續(xù)下降，枝晶數(shù)量增多，彼此相連構(gòu)成連續(xù)的骨架，合金則開始表現(xiàn)為線收縮，即線收縮不是從完全凝固以后才開始，而是在結(jié)晶溫度范圍中的某一溫度開始。鑄件的順序凝固原則，是采用各種措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分，按照遠(yuǎn)離冒口的部分最先凝固，然后是靠近冒口部分，最后才是冒口本身凝固的次序進行，亦即在鑄件上遠(yuǎn)離冒口或澆口的部分到冒口或澆口之間建立一個遞增的溫度梯度，鑄件按照順序凝固原則進行凝固，能保證縮孔集中在冒口中，獲得致密的鑄件。同時凝固原則是采取工藝措施保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分之間沒有溫差或溫差盡量小，使各部分同時凝固。2.鑄件中的縮孔和縮松形成原因在鑄件中產(chǎn)生集中縮孔的基本原因，是合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值大于固態(tài)收縮值，產(chǎn)生集中縮孔的條件，是鑄件由表及里地逐層凝固(而不是整個體積同時凝固)，縮孔就集中在最后凝固的地方．形成縮松的基本原因和形成縮孔一樣，是由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮。但是，形成縮松的基本條件是合金的結(jié)晶溫度范圍較寬，傾向于糊狀凝固方式，縮孔分散；或者是在縮松區(qū)域內(nèi)鑄件斷面的溫度梯度小，凝固區(qū)域較寬，合金液幾乎同時凝固，因液態(tài)收縮和凝固收縮所形成的細(xì)小孔洞分散且得不到外部合金液的補充而造成的。鑄件的凝固區(qū)域越寬，就越傾向于產(chǎn)生縮松。3.防止鑄件中產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原則：針對該合金的收縮和凝固特點制定正確的鑄造工藝，使鑄件在凝固過程中建立良好的補縮條件，盡可能地使縮松轉(zhuǎn)化為縮孔，并使縮孔出現(xiàn)在鑄件最后凝固的地方。這樣，在鑄件最后凝固的地方安置一定尺寸的冒口，使縮孔集中于冒口中，或者把澆口開在最后凝固的地方直接補縮，即可獲得健全的鑄件。3.防止鑄件中產(chǎn)生縮孔和縮松的途徑：1）通過控制鑄件的凝固方向使之符合“順序凝固原則”或“同時凝固原則”，在凝固過程中建立良好的補縮條件。2）合理確定澆注的引入位置和澆注工藝，加強“順序凝固原則”或“同時凝固原則”。3）冒口、補貼和冷鐵的綜合應(yīng)用，擴大有效補縮距離。4）加壓補縮，提高補縮效果。5）懸浮澆注，細(xì)化結(jié)晶組織。第七章鑄件的熱裂紋1.熱裂形成的溫度范圍熱裂是在凝固溫度范圍內(nèi)臨近固相線時形成的，此時合金處在固液態(tài)，又稱為結(jié)晶裂紋?；蛘哒f熱裂是在有效結(jié)晶溫度范圍形成的，所謂有效結(jié)晶溫度范圍，其上限指合金結(jié)晶形成枝晶骨架，線收縮開始溫度，其下限為合金凝固終了溫度。2.熱裂形成機理液膜理論：合金的熱裂傾向性與合金結(jié)晶末期晶體周圍的液體性質(zhì)及其分布有關(guān)。鑄件冷卻到固相線附近時，晶體周圍還有少量未凝固的液體，構(gòu)成液膜。溫度越接近固相線，液體數(shù)量越少，鑄件全部凝固時液膜即消失。如果鑄件收縮受到某種阻礙，變形主要集中在液膜上，晶體周圍的液膜被拉長。當(dāng)應(yīng)力足夠大時，液膜開裂，形成晶間裂紋。因此，液膜理論認(rèn)為，熱裂紋的形成是由于鑄件在凝固末期晶間存在液膜和鑄件在凝固過程中受拉應(yīng)力共同作用的結(jié)果。液膜是產(chǎn)生熱裂紋的根本原因，而鑄件收縮受阻是產(chǎn)生熱裂紋的必要條件。強度理論：鑄件在凝固后期，固相骨架已經(jīng)形成并開始線收縮，由于收縮受阻，鑄件中產(chǎn)生應(yīng)力和變形。當(dāng)應(yīng)力或變形超過合金在該溫度下的強度極限或變形能力時，鑄件便產(chǎn)生熱裂紋。因此，強度理論認(rèn)為，合金存在熱脆區(qū)和在熱脆區(qū)內(nèi)合金的斷裂應(yīng)變低是產(chǎn)生熱裂紋的重要原因，而鑄件的集中變形是產(chǎn)生熱裂紋的必要條件。3.防止熱裂的途徑1、合金成分、熔煉工藝(1)在不影響鑄件使用性能的前提下，可適當(dāng)調(diào)整合金的化學(xué)成分，或選擇熱裂傾向性較小的合金，例如，選用接近共晶成分的合金。(2)減小合金中的有害雜質(zhì)。應(yīng)盡可能地降低鋼中硫、磷的含量，硫?qū)崃训挠绊懹葹槊舾?。因此，?yīng)嚴(yán)格控制爐料中硫的含量，并在熔化過程中加強脫硫脫磷．(3)改善合金的脫氧工藝，提高脫氧效果。(4)細(xì)化初晶組織，對合金進行孕育處理以細(xì)化晶粒，消除柱狀晶。采用懸浮澆注法，細(xì)化初晶，提高機械強度；用超聲波振動可使鑄鋼件晶粒細(xì)化；金屬在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下凝固也可使晶粒細(xì)化，并能消除熱節(jié)。2、鑄型方面(1)改善砂型和砂芯的潰散性。(2)采用涂料使型腔表面光滑以減小鑄件和鑄型之間的摩擦阻力。3、澆注條件方面(1)減小澆冒口系統(tǒng)對鑄件收縮的機械阻礙。(2)減少鑄件各部分溫差。內(nèi)澆道開設(shè)在鑄件薄的部分，或采用多內(nèi)澆道分散引入，不使每個內(nèi)澆道流經(jīng)金屬液過多，使鑄件各部分的溫度趨于一致，防止鑄件局部產(chǎn)生集中變形。(3)用冷鐵消除熱節(jié)的有害作用。在鑄件壁與壁的相交處放置冷鐵，加快該處的冷卻，消除熱節(jié)，減輕集中變形。澆注薄壁件，為了減緩凝固速度并減少熱裂傾向，通常要求較高的澆注溫度和較快的澆注速度。而對厚壁件則相反。4、鑄件結(jié)構(gòu)方面鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理是熱裂產(chǎn)生的原因之一。設(shè)計鑄件時應(yīng)注意以下幾點：(1)兩壁相交處應(yīng)做成圓角；(2)避免兩壁十字交叉，將交叉的壁錯開；(3)必須在鑄件上采用不等厚度截面時，應(yīng)盡可能使鑄件各部分收縮時彼此不發(fā)生阻礙。例如，將皮帶輪的輪幅做成彎曲形狀。

(4)在鑄件易產(chǎn)生熱裂處設(shè)置防裂筋。第八章鑄造應(yīng)力、變形及冷裂紋1.概念鑄造應(yīng)力：金屬在凝固和冷卻過程中體積變化受到外界或其本身的制約，變形受阻，而產(chǎn)生的應(yīng)力。熱應(yīng)力：鑄件各部分厚薄不同，在凝固和其后的冷卻過程中，冷卻速度不同，造成同一時刻各部分收縮量不一致，鑄件各部分彼此制約，產(chǎn)生的應(yīng)力。相變應(yīng)力：固態(tài)發(fā)生相變的合金，由于鑄件各部分冷卻條件