本文考虑影响凝固模式的一些基本因素，并讨论这些因素如何影响冒口和浇口的设计方法。
Solidification Mechanisms凝固机制
为正确考虑补缩，首先必须理解合金如何凝固。仅仅通过类似的一般名称区分合金，如青铜、钢或者铝，并认为其采用相似的方法补缩，是不够的。因为这些合金涵盖了全部的凝固机制。从实用角度看，通常依据结晶范围、甚至粗分为“长”结晶范围和“短”结晶范围两类，就足够了。
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Solidification of Short Freezing Range Alloys: 短结晶范围合金的凝固：
当短凝固范围合金在砂型中冷却时，首先达到液相线的部分开始凝固。该情况通常发生在热传递最大的铸件和铸型交界处。型壁的冷却使在液相周围生成金属凝固层。热量进一步通过凝固金属传出，液相开始凝固，并且凝固层开始增厚。固相和液相由清晰的分界线分隔，随着进一步的热量传出，固相前沿稳步的向铸件中心移动。结晶前沿生长相对较短，与在顶点开始结晶，在底点结束结晶相对应。短凝固范围合金甚至在相对低的温度梯度下，合金也可顺序凝固。
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Solidification of Long Freezing Range Alloys: 长结晶范围合金的凝固：
对于长结晶范围合金，其顺序凝固比较困难。虽然最初在型壁处可能形成薄的凝固层，但是凝固并不能立即向热的铸件心部进行。相反，与液相等温线相对应，凝固“形核波”从铸型壁开始向内部进行。一段时间后，与固相等温线相对应，第二波“终止结晶波”离开型壁，紧跟着“形核波”推向铸件中心。当晶核形成波通过时，在铸件的每处开始凝固，直至最后凝固终结波到达。一般情况下，长凝固范围合金凝固时有3个截然不同的区域：铸件热中心的完全液态区域；在型壁处的凝固金属区域；在液态和固态区域之间的部分凝固区域。典型的长凝固范围合金，如厚截面的锡青铜合金，宽的凝固范围和低的冷却速率导致低的温度梯度，在整个铸件截面上液相和固相共存。
影响凝固机制的因素
具体的合金有许多因素影响其凝固模式。合金的凝固范围，用温度来衡量，并不是其真正的指标。不过，在结晶开始和结晶结束的时间间隔决定了合金如何凝固。液相和固相间的间隔由以下因素决定：
合金的结晶范围：
如其相图所示，这是特定合金的基本特征。结晶范围是凝固开始和凝固结束的温差。在固定的热传递速率下温度间隔越宽，结晶生长的有效时间就越长，因此补缩就更困难。
铸型的热物性：
模型的导热性影响铸件的热传递速率，进而影响铸件的温度梯度。铸型材料的导热性及热容量越高，铸件的导热速率就越大，在液相和固相之间的时间间隔就越短。因此，温度梯度越陡，晶体生长越短，越更有利的构建补缩。
砂型的导热性相对较低，导致在铸件中产生低的温度梯度，尤其对厚大的铸件截面。像铬矿砂或者锆英砂之类的造型材料与硅砂相比，具有较高的热传导性和热容，而且有助于增加温度梯度和提高铸件致密性，特别是对于薄截面的铸件。
凝固合金的热传导性：
像铜基或者铝基之类的合金的高热传导性，减小铸件凝固的温度梯度，使得整个铸件截面温度快速趋于均匀。晶体生长因此变长，补缩也变得困难。
凝固温度：
合金的凝固温度越高，热传递速率和铸件截面的温度梯度会变得越大。因为凝固温度高，晶体生长受抑制，补缩变得更加有效。
凝固模数：
凝固模数或者凝固时间增加，铸件截面的温度梯度就减小。晶体生长和结晶宽度增加，导致温度梯度平缓和内部缩孔增加。
凝固机制对于缩孔分布的影响
铸造合金的宽泛不一的结晶模式导致在铸件与冒口内不同的缩孔形式。通常来讲，短结晶范围合金在大部分凝固间隔内补缩铸件时，在冒口中显示为深的管状。铸件内部的内在孔隙在凝固晚期以小缩孔形式出现。此时凝固前沿平行部分互相接触，金属补缩因此被切断：这通常称为中心缩孔。短结晶范围合金的另一种缩孔发生在未能恰当补缩的热中心处与孤立的“厚大截面”处。
对于长结晶范围合金，其冒口通常显示极微小的缩管。因为“糊状”凝固模式，仅允许液体在部分凝固时间内流动。在整个铸件的截面上都存在细微均匀的缩孔，集中在在冷却较慢的部分像接头和冒口下部。通常铸造情况下，在极端的长凝固范围合金，像锡或者磷铜等，不可能得到完全致密的铸件。通常不会超过液态总量的60%。这种类型金属的凝固缩孔分散于整个铸件截面上。
Feeding of Castings铸件补缩
短结晶范围合金的补缩：
很早就认识到，生产短结晶范围合金的致密铸件，其必要条件为：金属凝固在铸型中远离冒口的位置开始，并向着最后凝固的冒口逐步推进。所有的液体和凝固缩孔留在冒口内，而铸件是致密的。这种连续凝固形式，有时称为“顺序凝固”，其定义为确保凝固前沿在纵截面上形成大致的V形，V的大头指向冒口。该理论方案，在实际的复杂铸件设计及整个铸件断面上建立足够的温度梯度这一难点上，并非总能实现。
一般来讲，对短结晶范围合金的有效补缩，冒口必需设置在铸件的热中心之上。冒口必需比设置冒口部位的铸件凝固的晚些，并且有足够的金属补偿合金的液态和固态收缩。
也要考虑特定合金的补缩范围。可以定义补缩范围，因为冒口可以改变同一铸件截面的温度梯度，促进顺序凝固。
长结晶范围合金的补缩：
顺序凝固的概念与长结晶范围的合金联系较少。对于此类合金，尝试实施顺序凝固，尤其在厚的铸件截面上，通常在致密度方面得到相反的效果，只是将缩孔集中到局部区域。在像以铜为基体的长结晶范围的合金尤其是这样。在此类合金中，由于合金的高导热性增加了补缩的难度。液体中的高导热性有助于维持凝固铸件内统一的热梯度。此类合金的高比热与潜热，也加重了这种情况。
通常，补缩这类合金的目标不是完全去除缩孔，而是确保其尽可能均匀分布在铸件截面上。一个实际的例子是含铅的青铜衬套。该件通常无冒口铸造，因此温度梯度要尽可能的保持一致。
对冒口来说最好只补缩过热和部分凝固收缩，以免过度延长凝固时间。
这些合金基本上没有补缩范围，因此在普通的铸造条件下这些合金不可能高度致密。
Gatingof Castings铸件的浇注系统
浇注系统的主要功能是从浇包到型腔传递清洁无渣的钢水，在此过程中不产生二次氧化和吸气。在某种程度上所有合金都受渣子形成的影响，一些像铝基和铜基合金尤其易受影响。
浇注最重要的是无紊流的、以尽可能低的速度和保持合适的充填速率将金属引入铸型。特定合金的最适合的充填速率不能视为一个固定值，而是取决于很多因素，如铸件重量、截面厚度和铸件形状。过高的流速增加紊流、射流的可能性以及导致在金属前端氧化等，少则造成机械性能的减小，多则报废。
必要的高充填速率与低流速互相矛盾，尤其对于很容易形成熔渣的合金。常常导致浇注系统过大，远远超过通常基于面积的浇注系统比例。这种合金理想中是通过去掉横浇道顶面的“无压力”的浇注系统实施浇注。这样可以确保横浇道在任何时候都能充分流动。浇口窝和第一个内浇口之间的距离应尽量大，以便有时间渣子浮出并被横浇道顶面捕获。内浇口应尽可能的布置在铸件底部或其附近，以将型腔内的紊流降到最小。
The Pouring Bush:浇口杯：
除了最小的铸件，推荐使用恰当的浇口杯。浇口杯应设计成，能使浇注者快速充满直浇口并在浇注过程中保持恒定的压头。偏置设计并配合堤坝，能实现此目的。设置浇口杯形状为矩形，这样浇注时往上的循环有助于去除熔渣。浇口杯的出口应为圆弧状，并与直浇口相配。在浇口杯中，通常使用拔塞，在拔除塞子之前，可以使浇注者完全浇满浇口杯，并有时间使渣子上浮。
不推荐浇注时直接浇入直浇道，或者使用圆锥形衬套直接流入直浇口，因为不仅导致空气和渣子产生并带入浇注系统，而且高速的金属流在浇注系统内产生过度紊流。
The Sprue:直浇道：
直浇道控制着铸件的充填速率，因此是浇注系统唯一最重要的部分。生产时，直浇口应逐渐变小，其底部为较小的控制面积，其他浇注系统部件由直浇口出口面积决定。
有许多公式及有用的图表判定直浇口的斜度。从控制面积出发，提供5度的锥度就足够了。当直浇口高度超过300mm，建议截面的直径（或边长）增加50%。直浇口的截面可以是圆的、正方形的或者矩形的。有证据推荐使用矩形，因为矩形有降低形成涡流及吸气的趋势。如果没有其他原因，正方形和矩形比圆形锥截面更容易制造。
The Sprue base:浇口窝：
因为流速在直浇道出口达到最大，所以对液流进行缓冲很重要，并使液流在最小的紊流状况下流动从垂直方向改为水平方向。浇口窝的推荐尺寸为：直径为直浇口出口直径的2~3倍，深度为横浇道深度的2倍。
Runner and Gates:横浇道和内浇道：
如前所述，理想状况下，铸件应该在无压力的浇注系统下（在下型的横浇道和上型的内浇道）铸造。横浇道的面积应为浇口窝面积的2~4倍，内浇道的面积总和应该至少等于或者大于横浇道面积的2倍。这是为了在可能最低的速度情况下仍能确保需要的充填速率。对熔渣特别敏感的合金为确保最低流速需要更大的横浇道和内浇道。
理想的横浇道截面是矩形，宽度与深度比为2:1。宽的上表面是为了使横浇道最大限度的捕获熔渣和夹杂。当横浇道有多个内浇口时，为确保每个浇口的流量统一，横浇道的面积随着其通过的每个内浇口的面积而减小。
在横浇道的末端设置集渣包收集最早充填的严重氧化的金属也是个好办法。
内浇口接入型腔的位置应尽可能在最低点，避免因为液体跌落造成的紊流。同横浇道一样，内浇口截面应为矩形而不是正方形，避免与铸件接触处形成“热点”以及随后形成缩孔。宽度与厚度的准确比例由铸件的凝固时间决定。根据经验，内浇口的厚度应小于与铸件连接处的铸件厚度的1/3。
Filtration:过滤：
金属过滤器已经普遍使用了数年。从简单的过滤器和编织物，到不同类型的陶瓷块，有众多形式。陶瓷过滤器主要有两个类型：其一，挤压成型，有直的、平行的孔洞；其二，泡沫陶瓷，由泡沫结构的陶瓷材料组成骨骼，没有特定的毛孔方向。
使用陶瓷过滤块的好处是有案可稽的。在去除夹渣、夹杂方面很有效果，也可改善机械性能。
泡沫陶瓷过滤片与挤压成型的过滤片有明显的优势，当金属通过时，初始金属流没有分割。这样减少了在过滤片出口处的二次氧化的可能。泡沫陶瓷过滤片的能力，或者阻挡前要通过的金属总量，随着被铸造合金的熔渣形成倾向而变化。过滤片的能力也受过滤片的浇注系统上游工序（类似前一工序的意思）的影响，例如如果抵达过滤片的金属含渣严重的话，过滤片的能力会急剧减小。过滤片不可草率使用，需要与健全的浇注系统配合使用，才能取得有用的结果。
Conclusion结论
铸造合金涵盖了所有的凝固机制和浇注敏感性，很多都是不甚理想的工艺设计。
因此，只有带着问题通过对合金热力学和流体性能的彻底认知，才能实现铸造工作者期望得到的持续的成功结果。