一、外冷铁
（一）种类
外冷铁分为直接外冷铁和间接外冷铁两类。直接外冷铁（明冷铁，见图16-40）与铸件表面直接接触，激冷作用强，它又可分为有气隙的和无气隙的两种；间接外冷铁同被激冷铸件之间有10～15mm厚的砂层相隔，故又名隔砂冷铁、暗冷铁。激冷作用弱，可避免灰铸铁件表面产生白口层或过冷石墨层，还可避免因明冷铁激冷作用过强所造成的裂纹。铸件外观平整，不会出现同铸件熔接等缺陷。间接外冷铁见图16-41。
图16-40 直接外冷铁
（a）、（b）平面直线形的；（c）带切口平面的；（d）平面菱形的；（e）圆柱形的；（f）异形的
图16-41 间接外冷铁
（二）作用特点
用接触面积为76mm×76mm、厚度不同的外冷铁，浇注127mm×127mm×203mm的碳素钢长方体进行凝固速度的系统试验，结果如图16-42所示。
（1）在开始阶段，外冷铁处钢的凝固速度大，以后外冷铁处的凝固速度同型砂处差不多。说明外冷铁吸热后激冷作用减弱。
（2）冷铁厚度大，激冷作用强。但当厚度达一定值后，钢的凝固速度将不再增加，如厚度13mm、25mm、75mm的冷铁效果几乎一样，因而没有必要用过厚的外冷铁。
图16-42 铸钢凝固速度和冷铁厚度的关系
1—砂型；2—冷铁厚1.6mm；3—冷铁厚3mm；4—冷铁厚6mm；5—冷铁厚13mm；6—冷铁厚25mm；7—冷铁厚75mm
图16-43 冷铁边界处的裂纹
（3）外冷铁处钢的凝固层厚度约为砂型处的两倍多。在冷铁和砂型的交界处，由于凝固层厚度不同，因而线收缩开始时间不同，有可能引起裂纹，见图16-43中指出的位置。外冷铁的侧面应做成45°的斜面，使砂型和冷铁交界处有平缓的过渡。其次，冷铁面积太大，已凝固层向冷铁中心收缩的应力也大，容易引起热裂。当需激冷表面积大时，宜采用多块小型外冷铁，间错布置，相互间留一定间隙。
实际生产中，外冷铁的激冷效果与多种因素有关：冷铁材质、表面涂料层的性质和厚度、冷铁尺寸、形状、布置位置和金属液流经冷铁时间的长短等。
（三）使用注意
（1）外冷铁的位置和激冷能力的选择，不应破坏顺序凝固条件，不应堵塞补缩通道（见图16-44）。
（2）每块冷铁勿过大、过长，冷铁之间应留间隙，避免铸件产生裂纹和因冷铁受热膨胀而毁坏铸型。有关冷铁尺寸、间隙要求等具体数据请参阅有关文献及手册。
（3）外冷铁厚度可参照表16-16选取。
表16-16 外冷铁的厚度（经验法）
① T——铸件热节圈直径。
② 对轻合金件。当T大于2.5倍铸件壁厚时，需配合应用冒口。
（4）尽量把外冷铁放在铸件底部和侧面。顶部外冷铁不易固定，且常影响型腔排气。(https://www.daowen.com)
（5）外冷铁工作表面应平整光洁，去除油污和锈蚀，涂以涂料。
（6）铸铁外冷铁多次使用后，易使铸件产生气孔。用于要求高的铸件应限制使用次数。使用中氧及其他气体会沿石墨缝隙进入冷铁内部，造成其氧化、生长，当再次应用时，遇热就会析出气体，导致铸件气孔。
（四）外冷铁的计算
1.工作表面积
设在铸件底面和内侧的外冷铁，在重力和铸件收缩力作用下同铸件表面紧密接触，称为无气隙外冷铁；设在铸件顶部和外侧的冷铁属于气隙外冷铁（见图16-45）。显然无气隙的比有气隙的激冷作用强。
图16-44 齿轮轮缘的冷铁
文献指出：对于铸钢件，无气隙外冷铁的激冷效果，相当于在原有砂型的散热表面上，净增了两倍的冷铁工作表面积（A S=A 0+2A C1）；有气隙外冷铁的效果，相当于在原有砂型散热表面积上净增了一倍的冷铁工作表面积（A S=A 0+A C2）。应用了外冷铁使铸件凝固时间缩短，相当于使铸件模数由M 0减小为M 1，由此可导出外冷铁工作表面积A C。
对无隙外冷铁有：
图16-45 有、无气隙外冷铁
图16-46 用冷铁实现顺序凝固
对有气隙外冷铁有：
式中 V 0——铸件（被激冷处）的体积；
A C、A S、A 0——冷铁工作表面积、砂型等效面积、铸件的表面积；
M 0、M 1——铸件原模数、使用冷铁后铸件的等效模数；
A C1、A C2——无气隙、有气隙冷铁工作面积。
铸造工艺人员可依工艺需要确定M 1的大小，然后利用式（16-26）、式（16-27）计算出外冷铁的工作面积。当实现同时凝固时，M 1等于热节四周薄壁部分的模数；实现顺序凝固时，M 1=（0.83～0.91）M p（M p为热节旁补缩壁的模数）。经验证明，只有满足M P≥0.67M 0的条件下，才能用外冷铁消除热节影响（见图16-46）。
2.外冷铁的重量
为防止外冷铁被铸件熔接，应计算或校核外冷铁的质量。计算原理为：铸件（热节部分）的质量为W 0，用外冷铁激冷后，铸件模数M 0减小为等效模数M 1，对应M 1的铸件质量为W 1，则质量差（W 0-W 1）所含的过热热量和结晶潜热应为外冷铁所吸收并使之升温。设c L、c S为金属液、固体的比热容，铸件凝固结束时允许外冷铁最高温度为600℃。依热平衡原理可导出外冷铁的质量W C为：
式中 Δt——过热度；
L——结晶潜热。