凝固区域及其结构的划分和变化规律

图7-8　某瞬间的凝固区域

铸件在凝固过程中，除纯金属和共晶成分的二元合金外，断面上一般都存在三个区域：液相区、凝固区和固相区。

图7-8是根据某瞬间铸件断面温度场确定的凝固区域。铸件壁厚（或直径）为D。

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图7-9　宽凝固区域结构示意图

在凝固区域较宽的情况下，凝固区域又可划分为两个部分（见图7-9）：液相占优势的液—固部分和固相占优势的固—液部分。在液—固部分中，晶体处于悬浮状态尚未连成一片，当用倾出法做实验时，这些晶体能够随液态金属一起被倾出。因此，液—固部分与固—液部分的边界称为“倾出边界”。在此瞬间，温度场上的b及b′点温度为固相线温度T S。因此Ⅰ—Ⅰ和Ⅰ′—Ⅰ′线称为等固相线，在此线至铸件表面的区域为固相区。同一瞬间，温度场上c点与c′点之间的区域，其温度为液相线温度T L，故Ⅱ—Ⅱ线与Ⅱ′—Ⅱ′线之间的区域称为液相区（有些情况下，Ⅱ—Ⅱ线与Ⅱ′—Ⅱ′线之间区域的温度高于T L）。同一瞬间，在Ⅰ—Ⅰ线与Ⅱ—Ⅱ线之间区域，在Ⅰ′—Ⅰ′线与Ⅱ′—Ⅱ′线之间区域，其温度处于T L与T S之间，即处于液固两相并存状态，故称为凝固区域。

还可以把固—液部分划分为两个带：在左边的带中，晶体已连成骨架，但是，液体还能在其间移动；在右边的带中，因为它接近固相线温度，固相占绝大部分，并已连成牢固的骨架，存在于骨架之间的少量液体被分割成一个个互不沟通的小“熔池”（图中的黑点）。当这些小熔池凝固而发生体积收缩时，得不到液体的补充。固—液部分中这两个带的边界称为“补缩边界”。

以上是某一瞬间的凝固情景。在铸件凝固过程中，凝固区域按动态曲线所示的规律向铸件中心推进。凝固区域宽度不断发生变化，直至消失。