二、内冷铁
内冷铁的激冷作用比外冷铁强，能有效地防止厚壁铸件中心部位缩松、偏析等。但应用时必须对内冷铁的材质、表面处理、质量和尺寸等严加控制，以免引起缺陷。通常是在外冷铁激冷作用不足时才用内冷铁，主要用于壁厚大而技术要求不太高的铸件上，特别是铸钢件。
一般应用的是“熔接内冷铁”，要求内冷铁和铸件牢固地熔合为一体。只在个别条件下才允许应用“非熔接内冷铁”，例如，在铸件加工孔中心放置的内冷铁，在以后加工时被钻去。常用内冷铁的形式见图16-47。
图16-47 内冷铁形式
（a）长圆柱形；（b）用钉子；（c）螺旋形；（d）短圆柱形
（一）内冷铁的熔接过程
内冷铁的熔接过程可分为四个阶段（见图16-48）：
图16-48 内冷铁的熔接过程
阶段Ⅰ——浇注后，在很短的时间内，冷铁吸热升温，使靠近冷铁表面的金属液过冷，产生类似纯金属组织的粒状等轴晶。
阶段Ⅱ——自粒状等轴晶表面陆续生长树枝晶，随时间延长，结晶速度减小，直到结晶前沿停止前进，此时，冷铁的温度已上升到固相线附近。
阶段Ⅲ——冷铁作用区温度升高，冷铁周围已形成的树枝晶重新熔化，冷铁表面达到熔点。
阶段Ⅳ——内冷铁局部或完全熔化，最后由于铸件外壁结晶前沿向中心推进而使凝固结束。
用直径100mm的圆柱形铸件，在1550℃浇注w C=0.45%的钢液进行试验；在铸件中心安放直径20mm的内冷铁（w C=0.3%，熔点比铸件高），冷铁的最高温度稍高于固相线，铸件凝固过程使冷铁达到第三阶段而结束；而在铸中心安放直径为15mm的内冷铁（w C=0.3%）时，则内冷铁达第Ⅳ阶段，被熔化。
图16-49 内冷铁的计算原理
由此可见，内冷铁尺寸过大，其最高温度达不到固相线，在阶段Ⅰ铸件凝固过程即令冷铁降温。因而内冷铁不能和铸件熔合，成了“非熔接内冷铁”，影响铸件的力学性能，甚至可能引起裂纹；内冷铁尺寸过小，会出现阶段Ⅳ，内冷铁被熔化，其周围出现缩孔或缩松。只有冷铁尺寸适中，才于阶段Ⅲ时开始降温，它既保证和铸件熔接，又可避免缩孔和缩松。此外，为避免出现阶段Ⅳ，可选用比铸件材质熔点略高的内冷铁材质。例如，对于碳质量分数为0.24%～0.45%的铸钢件，可选用w C=0.1%～0.2%的钢材（最好是镇静钢）制造内冷铁。要求高的合金钢、铜合金、轻合金铸件，应采用和铸件材质相同的材料作内冷铁。
（二）内冷铁质量和尺寸的确定
1.模数法
由于内冷铁的激冷作用，使铸件（热节处）的凝固时间缩短，可以认为使铸件模数由M 0减小到M 1。为实现同时凝固时，M 1应比其相邻的薄壁部分的模数小10%；当实现顺序凝固时，M 1应小于补缩壁的模数M P，即M 1=（0.83～0.91）M p；当实体的铸件需要减小冒口体积时，冒口模数M r=（1.1～1.2）M 1。
熔接内冷铁的计算原理（见图16-49）：设铸件热节部分所释放出的多余热量，为过热热量及1/3的熔化热，应使内冷铁升温到固相线温度（1450℃），并吸收1/2的熔化热。由此可得计算内冷铁质量的热平衡方程式：
式中 W d——熔接内冷铁质量（kg）；
ρ——内冷铁密度（kg/m3）；
f——系数，对铸钢件，f值见表16-17或图16-50；
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图16-50 系数f和钢浇注温度的关系
L——合金熔化热（J/kg）；
q S——合金过热热量[J/kg·℃]；
T S——合金固相线温度（℃）；
C S——内冷铁的固态比热容[J/kg·℃]。
该计算方法只考虑使内冷铁能熔接，并未涉及其他方面，所得结果应和经验法加以对照。当内冷铁质量超过表16-18中数据时，就不应单用内冷铁，而应同时采用外冷铁。
表16-17 铸钢内冷铁系数f
2.经验法
内冷铁质量W d可依如下经验式计算：
式中 G——铸件或被激冷的热节部位质量；
K——系数，即内冷铁占铸件（热节处）的质量分数，见表16-18。
表16-18 内冷铁占铸件的质量分数K
注 1.对实体铸件，如砧子等，内冷铁按铸件总质量计算，在其他条件下，则按放置冷铁的部分质量计算。
2.若流经内冷铁处的金属液多，取上限；否则取下限。
图16-51 T、L、×形热节处内冷铁尺寸的确定
热节圆半径r：1—15mm；2—12mm；3—10mm；4—8mm；5—6mm
对于钢铸件的L、T等热节中心使用的圆钢内冷铁可依图16-51确定。例如，有一T形热节，铸件壁厚25mm，所形成的热节圆半径为15mm，从图16-51中沿虚线所示方向查出内冷铁直径应为11.5mm。
关于确定内冷铁有关数据的各种经验表格请参考有关文献。
（三）应用注意
（1）内冷铁材质不应含有过多气体（如沸腾钢内冷铁易引起气孔）。表面须十分洁净，应去除锈斑和油污等。
（2）对于干砂型，内冷铁应于铸型烘干后再放入型腔；对于湿砂型，放置内冷铁后应尽快浇注，不要超过3～4h，以免冷铁表面氧化、凝聚水分而引起铸件气孔。
（3）内冷铁表面应镀锡或锌，以防存放时生锈。
（4）放置内冷铁的砂型应有明出气孔或明冒口。