影响凝固方式的因素分析

（1）合金结晶温度范围ΔT_c在铸件断面温度差δT相近情况下，凝固区域宽度随合金结晶温度范围ΔT_c增大而加大。铸造合金结晶温度范围分类见表6-2。

表6-2 铸造合金的结晶温度范围分类 （单位：℃）

注：t_L为液相线温度，t_S为固相线温度，Δt_c=t_L-t_S。

（2）断面温度差δT（温度梯度）在合金结晶温度范围ΔT_c既定情况下，凝固区域宽度随温度差δT（或梯度）增大而减小。

凡是影响温度差（梯度）的因素都对凝固区域宽度起作用。其中主要因素为合金热扩散率、铸型蓄热系数和金属凝固温度（或合金的液相线温度）。合金热扩散率大，铸型蓄热系数小以及金属凝固温度低，都使温度梯度减小（温度分布曲线平坦化），导致凝固区域加宽。

凝固区域宽度决定于合金结晶温度范围，合金热扩散率，铸型蓄热系数和合金液相线温度这四大因素的综合影响。

下面举例说明上述因素的作用。

图6-11所示是碳的质量分数不同的三种碳钢在砂型和金属型中铸造所测得的凝固动态曲线。该铸件尺寸为178mm×178mm×533mm，立浇，顶部放置大冒口以防铸件产生缩孔。(www.xing528.com)

碳钢的结晶温度范围随碳的质量分数增加而扩大，图6-11中碳（C）的质量分数不同的碳钢的结晶温度范围如下：低碳铸钢（w（C）=0.05%～0.10%），ΔT_c=22℃（图6-11a）；中碳铸钢（w（C）=0.25%～0.30%），ΔT_c=42℃（图6-11b）；高碳铸钢（w（C）=0.55%～0.60%），ΔT_c=70℃（图6-11c）。

图6-11 碳（C）的质量分数不同的碳钢的凝固动态曲线

a）低碳铸钢 b）中碳铸钢 c）高碳铸钢

砂型—实线 金属型—虚线

碳钢的液相线温度随碳含量增加而降低，w（C）=0.05%、w（C）=0.25%和w（C）=0.55%碳钢的液相线温度分别为1534℃、1519℃及1493℃。

碳钢的热扩散率α（α=λ/cρ，c为钢液的比热容，ρ为钢液的密度）主要决定于热导率λ，热导率λ随碳的质量分数增加而减小。凝固方式主要决定于合金的结晶温度范围和铸型蓄热系数b₂（，λ₂、c₂、ρ₂分别为铸型的热导率、比热容、密度）。

在砂型铸造条件下，由于铸型蓄热系数小，因而铸件断面的温度梯度很小（温度分布曲线较平坦），结晶温度范围对凝固区域宽度的影响甚为明显。因此，低碳铸钢为逐层凝固，高碳铸钢为糊状凝固，而中碳铸钢为中间凝固方式。在金属型铸造条件下，由于金属型蓄热系数远比砂型大，铸件断面温度梯度很大，以致结晶温度范围对凝固区域宽度的影响不明显，因此，碳的质量分数不同的三种碳钢都属于逐层凝固（其中高碳铸钢亦可视为接近逐层凝固的中间凝固方式）。