
【机】 solidification contraction; solidifying contraction
凝固收缩(solidification shrinkage)是材料科学和铸造工艺中的重要概念,指液态金属或合金在冷却凝固过程中因相变引起的体积减小现象。其核心机制可归纳为以下三方面:
热收缩与相变收缩的叠加
液态向固态转变时,原子排列密度增加导致体积缩小,同时温度下降引发常规热胀冷缩效应。两者共同作用形成凝固收缩的物理基础。
收缩类型与表现形式
根据金属特性差异,收缩可分为:
铸造过程中,凝固收缩若未得到有效补偿,会导致缩孔、缩松等缺陷。现代铸造工艺通过冒口设计、加压补缩和定向凝固技术进行控制。
该现象在铝合金(收缩率约6.5%)、铸铁(3-4%)和铸钢(4-5%)等材料中表现尤为显著,具体数值受合金成分、冷却速率和模具条件共同影响。
凝固收缩是指物质在从液态转变为固态的过程中发生的体积缩小现象,属于材料相变过程中的重要物理特性。以下是详细解释:
定义与阶段划分
凝固收缩发生在液态物质开始结晶至完全凝固的温度区间内。根据金属材料研究,该过程通常分为三个阶段:
量化公式
总凝固收缩率可通过以下公式计算:
$$
varepsilon_v = varepsilon_L + varepsilon_c + varepsilon_s
$$
其中$varepsilon_L$为液态收缩率,$varepsilon_c$为结晶收缩率,$varepsilon_s$为固态收缩率。
影响因素
工程意义
铸造过程中若收缩补偿不足,易产生缩孔、缩松等缺陷。例如钢锭铸造需通过锥度设计补偿收缩量,混凝土施工需添加膨胀剂抵消收缩应力。
注:该现象普遍存在于金属、水泥等材料中,具体数值需根据材料类型和工艺参数确定。
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