３表面張力引起的附加壓力

假設(shè)液體中有一半徑為ｒ的球形氣泡，

由于液體表面張力造成了指向內(nèi)部的力ｐ

（圖１１３）。若將球的體積增大ΔＶ，則必須

克服阻力ｐ而對它做功：ΔＷ＝ｐΔＶ。而

這一所做之功變?yōu)楸砻娣e增大后的表面自

由能增量：ΔＦ＝σΔＳ（ΔＳ為球體增大之表面積）

則ｒ１＝ｒ２＝ｒ。附加壓力ｐ也稱拉普拉斯壓力。

如液面凸起 （不潤濕），附加壓力為正值，液面下凹 （潤濕），附加壓力為負(fù)值，如圖

４所示。造型材料一般不被液態(tài)金屬潤濕，即θ＞９０°（θ為潤濕角）。故液態(tài)金屬在鑄型

道內(nèi)的表面是凸起的，如圖１１５所示，此時產(chǎn)生指向內(nèi)部的附加壓力。

實(shí)際金屬比上述現(xiàn)象復(fù)雜得多，因?yàn)楣I(yè)應(yīng)用的金屬主要是合金，而且是多元合金；原９

材料中存在多種多樣的雜質(zhì)，有些雜質(zhì)的化學(xué)分析值雖然不高，甚至低于１０－４數(shù)量級，但

其原子數(shù)仍是驚人的；在熔化過程中，金屬與爐氣、熔劑、爐襯的相互作用還會吸收氣體帶

進(jìn)雜質(zhì)，甚至帶入許多固、液體質(zhì)點(diǎn)。因此，實(shí)際金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的。它也存在

著游動原子集團(tuán)、空穴以及能量起伏，在原子集團(tuán)和空穴中溶有各種各樣的合金元素及雜質(zhì)

元素，由于化學(xué)鍵力和原子間結(jié)合力的不同，還存在著濃度起伏以至成分和結(jié)構(gòu)不同的游動

原子集團(tuán)。

（２）鑄型性質(zhì)的影響　鑄件在鑄型中的凝固是因鑄型吸熱而進(jìn)行的。所以，任何鑄件的

凝固速度都受鑄型吸熱速度的支配。鑄型的吸熱速度越大，則鑄件的凝固速度越大，斷面上

的溫度場的梯度也就越大。鑄型的蓄熱系數(shù) （ｂ２）越大，對鑄件的冷卻能力越強(qiáng)，鑄件中的

溫度梯度就越大。鑄型預(yù)熱溫度越高，冷卻作用就越小，鑄件斷面上的溫度梯度也就越小。

（３）澆注條件的影響　液態(tài)金屬的澆注溫度很少超過液相線以上１００℃，因此，金屬由

于過熱所得到的熱量比結(jié)晶潛熱要小得多，一般不大于凝固期間放出的總熱量的５％～６％。

但是，實(shí)驗(yàn)證明，在砂型鑄造中非等到液態(tài)金屬的所有過熱量全部散失。