金屬零件凝固傳熱顯微偏析鑄件檢測光學顯微鏡
凝固傳熱
大部分金屬零件，除用粉末冶金的方法生產的以外，在其
制造過程中，都會涉及凝固問題。鑄件的生產顯然需要凝固過
程；鍛件和軋制產品其實也就是經過了熱加工的鑄件，在很多場
合下，它們的特性可被追溯到凝固的方法。特別是合金的凝固速
率，乃是一極重要的操作變數。凝固速率直接關系到枝晶組織的
粗細度，因而控制著顯微偏析，如晶內偏析、第二相和夾雜等的
程度與分布。凝固過程中的溫度梯度亦有很重要的意義，合金中
顯微疏松的形成即與它有關。由于這些冶金方面的原因，并從工
藝操作的觀點出發，應當承認凝固傳熱是一個重要的研究課題。
凝固過程中的傳熱分析比第九章中介紹的熱傳導分析更為復
雜。這正是文獻中有關這個課題的資料要比固體中的導熱方面的
資料少得多的原因之一。但是，為著處理許多實際問題，也已經
提出了不少理論可供參考。
砂模中的凝固
除了澆注成錠的鋼以外，在砂模中澆注的金屬量較大。下面
所作的分析適用于金屬在砂模中凝固的場合，或者更一般地說，
適用于主要熱阻在模壁內，例如模型由灰泥、鋯英石、莫來石
或其它導熱性差的材料制造的情況。
現在來討論沒有過熱度的純液態金屬澆到由導熱性差的材料
制成的平壁模中的傳熱問題。
金屬模中的凝固
當把液態金屬注入金屬模時，鑄件迅速凝固，而模壁和鑄件
內的溫度則發生急劇的變化。搞清楚哪些變數影響金屬模中凝固
過程很重要，因為大多數錠子，所有金屬鑄模及壓鑄鑄件都是在
金屬模中鑄造成的；即使是砂型鑄件，也有很多是在要害部位插
入金屬型面(借以提高凝固速率)的砂模中鑄成的。
液態金屬注入金屬模(其壁能起激冷作用)時的傳熱過程比
注入砂模的導熱過程還要復雜；這是由于金屬模的導熱性能遠比
砂模好之故。
除接觸熱阻外，砂模中的凝固過程和金屬模中的凝固過程還
存在著其它一些不同之點：
1)液態金屬在金屬模中凝固時，其熱阻在傳熱過程的總熱
阻中占有重要的比例。這就導致表面溫度遠低于金屬本身的熔
點，而凝固金屬內部則存在顯著的溫度梯度。
2)在金屬模情況下，由于凝固層金屬處于過冷狀態，因
此，凝固過程中被帶走的總熱量更多。正因為這樣，凝固金屬的
熱容是個重要參數。
