钢模主要用于其高导热性，这是快速凝固的驱动力。通过比绝缘材料快得多的速度从熔融金属中吸热，钢模迫使锌铝合金快速凝固，从而从根本上改变其内部结构。
通过加速冷却速率，钢模可以细化合金的微观结构并最大程度地减少化学偏析。这一过程对于实现高性能合金（如 Zn-15Al-3Cu-1Si）所需的高密度和卓越的机械强度至关重要。
冷凝铸造的物理学
利用导热性
钢模的核心优势在于其作为散热器的能力。与砂型铸造（绝缘金属并减缓热量损失）不同，钢能够快速将热能从熔融合金中导出。
实现快速凝固
这种快速吸热会导致高冷却速率。金属从液态转变为固态的速度是决定材料最终性能的最重要因素。
微观结构转变
晶粒细化
快速冷却速率阻止了粗大晶体的形成。相反，它促进了许多小晶体的成核，从而产生细小的晶粒尺寸。
细小晶粒是理想的，因为它们在材料内部产生了更多的晶界，阻碍了位错运动并提高了强度。
减少成分偏析
当合金缓慢冷却时，不同的化学元素倾向于分离（偏析），导致性能不均匀。快速凝固将元素“冻结”在原位，确保在整个零件中均匀分布。
性能结果
提高密度
细晶粒和减少偏析的结合导致密度大大提高。这种孔隙率的降低对于组件的耐用性至关重要。
卓越的机械强度
微观结构的物理变化直接转化为机械性能。与砂型铸造的合金相比，钢模加工的合金表现出更高的强度，这使得该方法非常适合 Zn-15Al-3Cu-1Si 等特定成分。
理解权衡：钢模与砂模
导热绝缘的成本
了解相反的效果很重要。使用砂模充当绝缘体，会积聚热量并减慢凝固过程。
缓慢冷却的后果
虽然砂型铸造可能适用于其他应用，但在这种情况下，它会导致更粗糙的微观结构。与钢模冷凝铸造相比，这会导致组件偏析增加和整体机械强度降低。
为您的目标做出正确选择
要确定钢模冷凝铸造是否是您锌铝合金项目的正确方法，请考虑您的性能要求。
- 如果您的主要重点是最大机械强度：优先使用钢模来利用快速凝固和晶粒细化。
- 如果您的主要重点是材料均匀性：使用钢模来最大程度地减少组件偏析，并确保致密、均匀的结构。
选择正确的模具材料不仅仅是塑造金属；它关乎工程化微观结构以达到最佳性能。
总结表：
| 特征 | 钢模（冷凝铸造） | 砂模（绝缘铸造） |
|---|---|---|
| 冷却速率 | 高（快速凝固） | 低（缓慢冷却） |
| 导热性 | 高（充当散热器） | 低（充当绝缘体） |
| 微观结构 | 细晶粒尺寸 | 粗晶粒尺寸 |
| 化学偏析 | 最小（均匀分布） | 高（元素分离） |
| 密度与强度 | 高密度与卓越强度 | 较低密度与较低强度 |
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参考文献
- Ali Paşa Hekimoğlu, Temel Savaşkan. Zn-15Al-3Cu-1Si alaşımı ve SAE 660 bronzunun yağlı durumdaki aşınma karakteristikleri. DOI: 10.17341/gazimmfd.406787
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
