受(shou)鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠凝固(gu)收縮和(he)(he)鑄(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)受(shou)熱(re)膨(peng)脹的影(ying)響(xiang)，鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠和(he)(he)鑄(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)接(jie)觸隨(sui)之發生變(bian)化，即形成氣隙，如下圖所示。當鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠和(he)(he)鑄(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)間氣隙形成以(yi)后，鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠向鑄(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)的傳(chuan)(chuan)熱(re)方式不只是簡單的傳(chuan)(chuan)導傳(chuan)(chuan)熱(re)，同時(shi)存在小(xiao)區域的氣體導熱(re)和(he)(he)輻射傳(chuan)(chuan)熱(re)，導致鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠－鑄(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)界(jie)面(mian)熱(re)阻(zu)（1/hz)發生非(fei)線(xian)性變(bian)化。界(jie)面(mian)熱(re)量傳(chuan)(chuan)輸可分為如下三個階段。
階段1: 在(zai)(zai)凝固(gu)(gu)初期，當表面溫度(du)略低于鑄(zhu)錠(ding)液(ye)(ye)相線溫度(du)時，在(zai)(zai)鑄(zhu)錠(ding)外(wai)表面會形成一定厚度(du)的(de)半固(gu)(gu)態殼；此(ci)(ci)時，在(zai)(zai)液(ye)(ye)體靜壓力(li)和(he)外(wai)界(jie)壓力(li)（如凝固(gu)(gu)壓力(li)和(he)大氣壓等(deng)）的(de)作用下，鑄(zhu)錠(ding)和(he)鑄(zhu)型界(jie)面處于完全接(jie)觸(chu)狀態，如圖2-84(a)所示，因而界(jie)面的(de)固(gu)(gu)固(gu)(gu)接(jie)觸(chu)熱量(liang)傳輸方(fang)式(shi)在(zai)(zai)界(jie)面傳熱過(guo)程(cheng)中(zhong)起主導作用, 此(ci)(ci)界(jie)面宏觀平均換熱系(xi)數hz1可表示為
h21=a+b·(P1+P3) （2-167)
式中，a和b為(wei)常(chang)量(liang)；Ph為(wei)液體靜壓力；Ps為(wei)外界壓力。
階段2: 在給定(ding)外界(jie)壓(ya)力和(he)液體靜壓(ya)力條件下，半(ban)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)態(tai)(tai)(tai)殼的(de)(de)強度(du)存在一個臨界(jie)值σm;隨(sui)著凝固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)過程的(de)(de)進(jin)行，半(ban)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)態(tai)(tai)(tai)殼的(de)(de)強度(du)不斷增(zeng)大(da)；當強度(du)大(da)于(yu)臨界(jie)值時，半(ban)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)態(tai)(tai)(tai)殼定(ding)型；隨(sui)后鑄錠(ding)半(ban)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)態(tai)(tai)(tai)殼逐漸與(yu)鑄型分(fen)離，固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)接(jie)(jie)觸(chu)積逐漸減小，氣(qi)隙在界(jie)面(mian)某些位置形成且(qie)其尺(chi)寸逐漸增(zeng)大(da)，導致(zhi)鑄錠(ding)和(he)鑄型界(jie)面(mian)處(chu)于(yu)半(ban)完全接(jie)(jie)觸(chu)狀(zhuang)態(tai)(tai)(tai)，如圖2-84(b)所示(shi)。在此階段，氣(qi)隙的(de)(de)尺(chi)寸主要受(shou)由(you)液相變固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相發生的(de)(de)凝固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)收(shou)縮(suo)影響(xiang)。盡(jin)管界(jie)面(mian)還存在部分(fen)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)接(jie)(jie)觸(chu)，但界(jie)面(mian)熱(re)(re)阻隨(sui)著凝固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)的(de)(de)進(jin)行不斷增(zeng)大(da)，由(you)于(yu)鑄錠(ding)和(he)鑄型界(jie)面(mian)接(jie)(jie)觸(chu)方式(shi)的(de)(de)變化(hua)，界(jie)面(mian)熱(re)(re)量傳(chuan)(chuan)(chuan)輸主要由(you)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)接(jie)(jie)觸(chu)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)(re)、輻射換(huan)熱(re)(re)以及氣(qi)相導熱(re)(re)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)(re)三分(fen)構成，其中，固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)接(jie)(jie)觸(chu)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)(re)仍(reng)然(ran)占據界(jie)面(mian)熱(re)(re)量傳(chuan)(chuan)(chuan)輸的(de)(de)主導地(di)位。此階段界(jie)面(mian)宏(hong)觀平均(jun)換(huan)熱(re)(re)系(xi)數hz2可表示(shi)為
此外，隨著凝(ning)固(gu)(gu)(gu)的進行，鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)和(he)鑄(zhu)(zhu)(zhu)型界(jie)(jie)面上(shang)固(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)接觸面積逐漸減小(xiao)，因而階(jie)段(duan)1界(jie)(jie)面宏(hong)觀平均換(huan)熱(re)系(xi)數(shu)hz1最大，階(jie)段(duan)2界(jie)(jie)面宏(hong)觀平均換(huan)熱(re)系(xi)數(shu)hz2值(zhi)次之(zhi)，階(jie)段(duan)3界(jie)(jie)面宏(hong)觀平均換(huan)熱(re)系(xi)數(shu)hz3值(zhi)最小(xiao)，這與實際凝(ning)固(gu)(gu)(gu)過(guo)程中界(jie)(jie)面換(huan)熱(re)系(xi)數(shu)逐漸減小(xiao)的規律(lv)相互印(yin)證(zheng)。同時，在鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)自身重力(li)的作(zuo)用下，在鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)底部位置，界(jie)(jie)面半完全(quan)(quan)接觸狀態始(shi)終貫穿整個凝(ning)固(gu)(gu)(gu)過(guo)程，這與鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)頂端界(jie)(jie)面固(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)接觸完全(quan)(quan)消失有所不同，如(ru)圖2-84(d)所示。
凝(ning)固壓(ya)(ya)力在氣隙的形成(cheng)過(guo)程中扮(ban)演了十(shi)分重(zhong)要的角(jiao)色(se)。研究表(biao)明，增(zeng)加凝(ning)固壓(ya)(ya)力（兆帕級）具有(you)明顯(xian)的強化(hua)冷卻(que)效(xiao)果，但在界面熱量傳(chuan)輸變化(hua)的三個階段，加壓(ya)(ya)強化(hua)冷卻(que)的程度(du)大有(you)不(bu)同。
階段(duan)1:當壓力(li)(li)在幾(ji)兆帕下變化時，由于物(wu)性(xing)參數(shu)（如強度、密(mi)度和導熱系(xi)數(shu)等）的(de)變化量可以忽略不(bu)計，壓力(li)(li)對鑄錠(ding)和鑄型界(jie)(jie)面完全(quan)接(jie)觸狀(zhuang)態影(ying)(ying)響(xiang)較小，根(gen)據(ju)式(shi)（2-166)可知，壓力(li)(li)對界(jie)(jie)面宏(hong)觀平均換熱系(xi)數(shu)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)可以忽略不(bu)計，因(yin)此增加壓力(li)(li)對階段(duan)1的(de)界(jie)(jie)面換熱影(ying)(ying)響(xiang)很小。
階(jie)段(duan)2:在此階(jie)段(duan)，鑄錠(ding)和(he)鑄型界面非完全(quan)接觸(chu)狀態(tai)主要由凝固收縮控制。
隨著(zhu)(zhu)壓(ya)力(li)的(de)增(zeng)加，半固(gu)態(tai)(tai)殼抵抗變(bian)形所需臨界(jie)(jie)強度(du)增(zeng)大，因而加壓(ya)能(neng)夠(gou)(gou)(gou)抑(yi)制界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)非(fei)完全接觸狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)形成，有助(zhu)于將界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)在整個凝固(gu)過程中實現保(bao)持固(gu)固(gu)接觸的(de)狀(zhuang)態(tai)(tai)。例如，隨著(zhu)(zhu)壓(ya)力(li)的(de)增(zeng)加，H13表面(mian)(mian)(mian)(mian)上的(de)坑變(bian)得淺(qian)平(ping)(ping)，且數(shu)量逐漸減少，意味著(zhu)(zhu)鑄(zhu)錠(ding)(ding)表面(mian)(mian)(mian)(mian)越來越光滑，粗糙度(du)減小，鑄(zhu)錠(ding)(ding)鑄(zhu)型(xing)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)處的(de)固(gu)固(gu)接觸面(mian)(mian)(mian)(mian)積增(zeng)大。根(gen)據(ju)式(shi)（2-168)可知，界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)宏(hong)觀平(ping)(ping)均傳(chuan)熱(re)系數(shu)與壓(ya)力(li)趨于正比關系，加壓(ya)能(neng)夠(gou)(gou)(gou)顯(xian)著(zhu)(zhu)提升此(ci)階(jie)段界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)宏(hong)觀平(ping)(ping)均換熱(re)系數(shu)。因此(ci)，增(zeng)加壓(ya)力(li)能(neng)夠(gou)(gou)(gou)強化鑄(zhu)錠(ding)(ding)鑄(zhu)型(xing)間(jian)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)固(gu)固(gu)接觸狀(zhuang)態(tai)(tai)，抑(yi)制由凝固(gu)收縮(suo)導致界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)氣隙的(de)形成，加快鑄(zhu)錠(ding)(ding)鑄(zhu)型(xing)界(jie)(jie)面(mian)(mian)(mian)(mian)傳(chuan)遞，強化冷卻效果(guo)明顯(xian)。
階段3:界(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)隙的(de)(de)(de)(de)(de)長大(da)主(zhu)要受控于固態收(shou)縮(suo)。隨著界(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)隙尺寸的(de)(de)(de)(de)(de)變大(da)，外界(jie)(jie)(jie)逐(zhu)步與(yu)界(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)隙連通，在壓(ya)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用下(xia)，氣(qi)體(ti)(ti)逐(zhu)漸進(jin)(jin)入(ru)界(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)隙內(nei)(nei)，進(jin)(jin)而導(dao)致(zhi)界(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)隙與(yu)外界(jie)(jie)(jie)之間的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)差趨于零，壓(ya)力(li)對界(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)隙的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響逐(zhu)漸消失。此階段，氣(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)與(yu)輻射換(huan)熱(re)(re)(re)(re)為界(jie)(jie)(jie)面(mian)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)的(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要方式。其(qi)中氣(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)數(shu)(shu)（hc,g)主(zhu)要由(you)(you)氣(qi)隙內(nei)(nei)氣(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)數(shu)(shu)（kgap)和界(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)隙尺寸（wgap)決定(ding)，作(zuo)為計算氣(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)重要參數(shu)(shu)，在給定(ding)壓(ya)力(li)下(xia)氣(qi)體(ti)(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)數(shu)(shu)（kgap)可由(you)(you)下(xia)列公式進(jin)(jin)行計算：
綜上(shang)所述，在(zai)(zai)通過(guo)氣體維持壓力的(de)(de)(de)加壓條件下(xia)，壓力對界(jie)(jie)(jie)面(mian)換熱(re)系數的(de)(de)(de)影響主(zhu)要集中在(zai)(zai)界(jie)(jie)(jie)面(mian)氣隙(xi)形(xing)成的(de)(de)(de)第(di)二階段(duan)，即在(zai)(zai)鑄錠殼凝固收縮階段(duan)加壓通過(guo)增(zeng)大(da)鑄錠殼抵抗(kang)變形(xing)所需臨(lin)界(jie)(jie)(jie)強度從而改善(shan)界(jie)(jie)(jie)面(mian)換熱(re)，起到強化冷卻(que)的(de)(de)(de)作用。
以H13在0.1MPa、1MPa和(he)(he)2MPa壓力下凝固(gu)為例，其(qi)(qi)凝固(gu)壓力通過充(chong)入氬(ya)氣獲得。為了(le)分析加壓對界面(mian)氣隙(xi)尺寸和(he)(he)換熱(re)方式(shi)的(de)影響規(gui)律(lv)，采用埋設熱(re)電(dian)(dian)偶(ou)以及位(wei)移傳感器(qi)(qi)實驗(yan)，同時測(ce)(ce)量凝固(gu)過程中(zhong)(zhong)鑄(zhu)(zhu)錠(ding)和(he)(he)鑄(zhu)(zhu)型(xing)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)變(bian)(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)(xian)(xian)以及其(qi)(qi)位(wei)移變(bian)(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)(xian)(xian)，其(qi)(qi)中(zhong)(zhong)，1#和(he)(he)2#熱(re)電(dian)(dian)偶(ou)分別(bie)測(ce)(ce)量離(li)鑄(zhu)(zhu)錠(ding)外表面(mian)10mm和(he)(he)15mm位(wei)置(zhi)處鑄(zhu)(zhu)錠(ding)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)變(bian)(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)(xian)(xian)；3#和(he)(he)4#熱(re)電(dian)(dian)偶(ou)分別(bie)測(ce)(ce)量鑄(zhu)(zhu)型(xing)內表面(mian)5mm和(he)(he)10mm位(wei)置(zhi)處鑄(zhu)(zhu)型(xing)的(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)變(bian)(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)(xian)(xian)；位(wei)移傳感器(qi)(qi)LVDT1和(he)(he)LVDT2的(de)探頭位(wei)置(zhi)離(li)鑄(zhu)(zhu)型(xing)內表面(mian)徑(jing)向距離(li)均為5mm,分別(bie)插入鑄(zhu)(zhu)錠(ding)和(he)(he)鑄(zhu)(zhu)型(xing)中(zhong)(zhong)測(ce)(ce)量凝固(gu)過程中(zhong)(zhong)其(qi)(qi)位(wei)移變(bian)(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)(xian)(xian)。測(ce)(ce)量溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)和(he)(he)位(wei)移變(bian)(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)(xian)(xian)的(de)裝置(zhi)如(ru)圖(tu)2-85所示(shi)。
溫(wen)度(du)測量曲(qu)線如圖2-86所(suo)示，對于鑄(zhu)錠溫(wen)度(du)測量曲(qu)線，存在“陡升(sheng)”和“振(zhen)蕩”區域(yu)，這主(zhu)要由熱電偶(ou)預(yu)熱和澆注引起(qi)鋼液湍流分別造成。隨著凝固過程的進行，鑄(zhu)型溫(wen)度(du)升(sheng)高，鑄(zhu)錠溫(wen)度(du)不斷(duan)降低(di)。
因鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)內表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)和鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)(ding)外表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)溫(wen)度幾乎難以通(tong)過實驗進行準確測量，因而可通(tong)過數值計算的方式獲得，即以測量的鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)(ding)和鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)溫(wen)度變化(hua)曲線(xian)(xian)作為(wei)輸(shu)入量，采用Beck 非線(xian)(xian)性求解法，計算鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)內表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)（Tw,i)和鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)(ding)外表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)溫(wen)度（Twm),由于鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)(ding)和鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)非鏡面(mian)(mian)(mian)(mian)，有一(yi)定(ding)粗(cu)糙度，因而計算所(suo)得鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)內表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)（Tw,i)和鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)(ding)外表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)溫(wen)度（Tw,m)均為(wei)宏觀平均表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)溫(wen)度，計算結(jie)果如(ru)圖2-87所(suo)示。當壓力(li)一(yi)定(ding)時(shi)，在鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)(ding)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)界面(mian)(mian)(mian)(mian)換熱(re)以及(ji)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)外表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)散熱(re)的影響(xiang)下，鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)(ding)外表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)溫(wen)度（Tw,i)在整(zheng)個凝固過程中持續降(jiang)(jiang)低(di)，鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)內表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)（Tw,m)先增(zeng)加(jia)而后逐漸降(jiang)(jiang)低(di)。隨(sui)著壓力(li)從(cong)0.1MPa增(zeng)加(jia)至(zhi)2MPa,鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)(ding)外表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)降(jiang)(jiang)溫(wen)速(su)率和鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)內表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)升溫(wen)速(su)率明(ming)顯加(jia)快，表(biao)(biao)明(ming)加(jia)壓對鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)(ding)和鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)型(xing)(xing)界面(mian)(mian)(mian)(mian)間(jian)換熱(re)速(su)率影響(xiang)顯著。
當壓(ya)力一定時(shi)，界(jie)面(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)寬(kuan)度隨(sui)時(shi)間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化關系可通過(guo)凝(ning)固(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)鑄(zhu)(zhu)錠和(he)鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)位(wei)移(yi)(yi)(yi)(yi)變(bian)(bian)化曲線獲得(de)。基于(yu)位(wei)移(yi)(yi)(yi)(yi)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的(de)(de)(de)位(wei)移(yi)(yi)(yi)(yi)測量(liang)結果，所(suo)(suo)(suo)(suo)得(de)界(jie)面(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)寬(kuan)度隨(sui)時(shi)間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化關系如圖(tu)2-88(a)所(suo)(suo)(suo)(suo)示(shi)，在0.1MPa、1MPa和(he)2MPa下，界(jie)面(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)寬(kuan)度隨(sui)時(shi)間(jian)(jian)(jian)變(bian)(bian)化規律基本相似。以(yi)2MPa為(wei)例，在凝(ning)固(gu)初期，鑄(zhu)(zhu)錠、鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)和(he)位(wei)移(yi)(yi)(yi)(yi)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)之間(jian)(jian)(jian)存(cun)在巨大溫(wen)(wen)差，使得(de)位(wei)移(yi)(yi)(yi)(yi)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)附近的(de)(de)(de)鋼液迅速凝(ning)固(gu)，以(yi)至于(yu)無(wu)法測量(liang)階段2 中(zhong)凝(ning)固(gu)收(shou)縮導致的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)寬(kuan)度；同時(shi)，鑄(zhu)(zhu)錠和(he)鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)初期溫(wen)(wen)差巨大，加(jia)速了鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)升溫(wen)(wen)膨脹和(he)鑄(zhu)(zhu)錠冷卻收(shou)縮，因而(er)(er)在界(jie)面(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)尺寸(cun)隨(sui)時(shi)間(jian)(jian)(jian)變(bian)(bian)化曲線前段不存(cun)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)尺寸(cun)緩慢增長部(bu)分(fen)，取而(er)(er)代之的(de)(de)(de)是(shi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)寬(kuan)度隨(sui)時(shi)間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)陡(dou)升，而(er)(er)且氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)寬(kuan)度的(de)(de)(de)陡(dou)升很大程(cheng)(cheng)度由鑄(zhu)(zhu)錠固(gu)態(tai)(tai)收(shou)縮所(suo)(suo)(suo)(suo)致。因此，位(wei)移(yi)(yi)(yi)(yi)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)所(suo)(suo)(suo)(suo)測氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)尺寸(cun)僅(jin)包含了固(gu)態(tai)(tai)收(shou)縮導致氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)形成(cheng)部(bu)分(fen)，無(wu)因凝(ning)固(gu)收(shou)縮形成(cheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)部(bu)分(fen)。在低壓(ya)下，增加(jia)壓(ya)力對鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)和(he)鑄(zhu)(zhu)錠的(de)(de)(de)密度影響(xiang)(xiang)很小，幾(ji)乎(hu)(hu)可以(yi)忽(hu)略不計，所(suo)(suo)(suo)(suo)以(yi)增加(jia)壓(ya)力對鑄(zhu)(zhu)型(xing)(xing)(xing)固(gu)態(tai)(tai)收(shou)縮導致氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)尺寸(cun)影響(xiang)(xiang)非常小，所(suo)(suo)(suo)(suo)以(yi)在0.1MPa、1MPa和(he)2MPa下，界(jie)面(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)尺寸(cun)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)量(liang)的(de)(de)(de)最(zui)大值幾(ji)乎(hu)(hu)相同，約為(wei)1.27mm。
根(gen)據氬氣(qi)(qi)(qi)(qi)導熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)隨壓(ya)力(li)的(de)(de)變化情(qing)況［圖2-89(a)]、凝(ning)(ning)固(gu)過(guo)程中(zhong)(zhong)界(jie)面(mian)(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)測量曲線和鑄錠外表面(mian)(mian)(mian)以及鑄型內表溫度(du)的(de)(de)變化曲線，利用式（2-171)和式（2-172)可(ke)獲得(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)形(xing)成(cheng)階段3中(zhong)(zhong)界(jie)面(mian)(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體導熱(re)(re)(re)(re)換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)hc,g和輻射換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)hr,以及換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)方式比(bi)例關系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)，結果如圖2-89(b)所示(shi)。輻射換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)不受(shou)界(jie)面(mian)(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)尺(chi)寸(cun)的(de)(de)影響(xiang)，在(zai)(zai)(zai)整個凝(ning)(ning)固(gu)過(guo)程中(zhong)(zhong)，基本(ben)保持不變；相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia)(xia)，氣(qi)(qi)(qi)(qi)體導熱(re)(re)(re)(re)換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)主要由(you)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體導熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)和面(mian)(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)尺(chi)寸(cun)共同決定，與氣(qi)(qi)(qi)(qi)體導熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)成(cheng)正比(bi)，與界(jie)面(mian)(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)尺(chi)寸(cun)成(cheng)反比(bi)，因而在(zai)(zai)(zai)凝(ning)(ning)固(gu)過(guo)程中(zhong)(zhong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體導熱(re)(re)(re)(re)換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)變化規律與界(jie)面(mian)(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)尺(chi)寸(cun)的(de)(de)變化過(guo)程截(jie)然(ran)(ran)相(xiang)反，呈現先迅速減小，然(ran)(ran)后(hou)趨于定值。在(zai)(zai)(zai)各(ge)個壓(ya)力(li)條件下(xia)(xia)，隨著凝(ning)(ning)固(gu)的(de)(de)進(jin)行，界(jie)面(mian)(mian)(mian)總換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)（hc,g+h,)迅速減小，然(ran)(ran)后(hou)趨于穩定，其中(zhong)(zhong)輻射換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)h1在(zai)(zai)(zai)總換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)占(zhan)比(bi)為60%~80%[120],且(qie)在(zai)(zai)(zai)凝(ning)(ning)固(gu)中(zhong)(zhong)后(hou)期，0.1MPa、1MPa和2MPa壓(ya)力(li)下(xia)(xia)，總界(jie)面(mian)(mian)(mian)換(huan)(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)基本(ben)相(xiang)等。由(you)此可(ke)知(zhi)，低壓(ya)下(xia)(xia)，加壓(ya)對由(you)固(gu)態收(shou)縮形(xing)成(cheng)界(jie)面(mian)(mian)(mian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)隙(xi)(xi)(xi)的(de)(de)尺(chi)寸(cun)影響(xiang)幾乎(hu)可(ke)以忽(hu)略不計。
根據(ju)以上討論(lun)可知(zhi)，凝(ning)固(gu)結束(shu)后(hou)，界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)主(zhu)(zhu)要通(tong)過氣(qi)(qi)體(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)和(he)輻射(she)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)兩種方式進行(xing)，因加(jia)(jia)壓對輻射(she)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)的影(ying)響很(hen)小，那么加(jia)(jia)壓主(zhu)(zhu)要通(tong)過改(gai)變(bian)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)(qi)體(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)，從而起到(dao)強化冷卻的效果。同時，界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)(qi)體(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)主(zhu)(zhu)要由氣(qi)(qi)體(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)和(he)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)(qi)體(ti)尺寸決定，因壓力從0.1MPa增(zeng)加(jia)(jia)至2MPa,氬氣(qi)(qi)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)變(bian)化很(hen)小，進一步可知(zhi)壓力主(zhu)(zhu)要通(tong)過改(gai)變(bian)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)(qi)隙(xi)宏觀(guan)平均(jun)尺寸影(ying)響界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)(qi)體(ti)導(dao)熱(re)(re)(re)(re)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)，進而改(gai)變(bian)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)總換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)。此(ci)外，壓力對固(gu)態收縮(suo)(suo)導(dao)致(zhi)的界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)(qi)隙(xi)尺寸影(ying)響幾乎可以忽略不計(ji)，那么壓力主(zhu)(zhu)要通(tong)過改(gai)變(bian)由凝(ning)固(gu)收縮(suo)(suo)導(dao)致(zhi)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)(qi)隙(xi)的尺寸，從而影(ying)響界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)。為了評(ping)估(gu)壓力對凝(ning)固(gu)收縮(suo)(suo)導(dao)致(zhi)界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)(qi)隙(xi)形成的影(ying)響，利用界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)對界(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面(mian)氣(qi)(qi)隙(xi)宏觀(guan)平均(jun)尺寸（wm)進行(xing)計(ji)算，計(ji)算公(gong)式如下：
式中，hz3為(wei)宏(hong)(hong)觀界(jie)面(mian)(mian)換(huan)熱系數，通過將測溫數據作為(wei)輸入量(liang)，利用Beck 非線(xian)性(xing)求解(jie)法獲得，計算(suan)流程如(ru)圖2-78所(suo)示。在(zai)整個(ge)凝(ning)固(gu)過程中，界(jie)面(mian)(mian)氣隙宏(hong)(hong)觀平(ping)均尺(chi)寸(cun)（wm)明(ming)(ming)顯(xian)小于因固(gu)態收(shou)縮(suo)導(dao)致(zhi)的(de)(de)界(jie)面(mian)(mian)氣隙尺(chi)寸(cun)（wgap),同時，兩者差值（wgap-wm)隨(sui)著壓(ya)力的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)而(er)增(zeng)(zeng)(zeng)大（圖2-90).這表(biao)明(ming)(ming)在(zai)鑄(zhu)錠(ding)和鑄(zhu)型間(jian)存在(zai)一(yi)定的(de)(de)固(gu)－固(gu)接觸區或微間(jian)隙區。這些區域的(de)(de)面(mian)(mian)積(ji)隨(sui)著壓(ya)力的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)大而(er)增(zeng)(zeng)(zeng)大，從而(er)導(dao)致(zhi)傳(chuan)導(dao)換(huan)熱的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，這與(yu)鑄(zhu)錠(ding)表(biao)面(mian)(mian)粗糙度(du)的(de)(de)實(shi)驗結果符合(he)，也進一(yi)步說明(ming)(ming)了加(jia)(jia)壓(ya)對界(jie)面(mian)(mian)氣隙尺(chi)寸(cun)的(de)(de)影響(xiang)主(zhu)要集中在(zai)凝(ning)固(gu)收(shou)縮(suo)階段(duan)。
因此，加(jia)壓主(zhu)要通過抑制由凝(ning)固(gu)(gu)收(shou)縮導(dao)致的氣(qi)隙形(xing)成，增(zeng)(zeng)大(da)固(gu)(gu)固(gu)(gu)接觸(chu)或微(wei)氣(qi)隙的界面(mian)面(mian)積，強(qiang)化鑄錠(ding)和鑄型界面(mian)完全接觸(chu)狀態，從而增(zeng)(zeng)加(jia)界面(mian)氣(qi)體(ti)導(dao)熱換熱系數(shu)；此外，加(jia)壓下，界面(mian)換熱系數(shu)的增(zeng)(zeng)加(jia)，加(jia)快了鑄錠(ding)固(gu)(gu)態收(shou)縮，導(dao)致凝(ning)固(gu)(gu)初期由固(gu)(gu)態收(shou)縮引起的氣(qi)隙的尺(chi)寸(cun)快速增(zeng)(zeng)大(da)。
