Як відомо, в різних технологіях лиття високотемпературних промислових сплавів на основі заліза, міді, алюмінію та інших металічних сплавів лита структура твердіючих заготівок (зливки і виливки) формується при тепловій взаємодії розплаву з металевими чи неметалевими формами, в тому числі з ефективними низькотемпературними формами [1]. Але традиційні технології отримання масивних виливків і зливків дуже часто мають недостатньо високу якість литого металу та низьку продуктивність технологічних процесів лиття.

Комплексний системний аналіз теплофізичної взаємодії твердіючих литих заготівок з оточуючим середовищем через стінки ливарних форм в цехах машинобудівних і металургійних заводів може значно полегшити пошук ефективних шляхів інтенсифікації теплообміну в системах виливок – форма і зливок – виливниця. Це необхідно для покращення якості виливків і зливків та підвищення продуктивності сучасних технологій лиття.

Тому при отриманні виливків в низькотеплопровідних піщаних формах та зливків в високотеплопровідних чавунних виливницях доцільно застосовувати комп’ютерні розрахунки градієнтних (температурно-неоднорідних) полів при  математичному моделюванні взаємозв’язаних процесів тверднення заготівок і кристалізації сплавів та теплофізичних процесів в формоутворюючих стінках теплоакумулюючої або теплопровідної ливарної оснастки.

Результати системного дослідження багатофакторних процесів лиття [2] свідчать про необхідність інтенсифікації зовнішнього теплообміну між рідким металом, що кристалізується, та довкіллям для управління двофазною зоною твердіючих виливків і зливків, в якій формується первинна дендритна чи недендритна структура литого металу. При цьому утворюються теплофізичні передумови отримання більш мілкої структури литих заготівок та підвищення фізико-механічних властивостей литого металу і функціональних властивостей литих виробів з промислових сплавів чорних та кольорових металів.

Процес нестаціонарного зовнішнього теплообміну між рідким металом і стінками форм з різною теплоакумулюючою здатністю значно впливає на зміну температурного стану твердіючих зливків і виливків. Процес кристалізації сплавів в високотеплопровідній чавунній виливниці і в металевому кокілі протікає з досить високою інтенсивністю теплообміну, а процес кристалізації різних сплавів в низькотеплопровідній піщаній формі протікає з дуже низькою інтенсивністю теплообміну в системі заготівка – форма – довкілля.

Щоб отримати високоякісні масивні виливки і зливки з більш високими фізико-механічними та експлуатаційними властивостями, доцільно виявити ефективні в конкретних умовах виробництва температурно-часові режими формування литої структури. Для цього необхідно обґрунтувати раціональний вибір екологічно безпечних, технологічних та економічно вигідних металевих або неметалевих теплоакумулюючих ливарних форм [2,3].

Зокрема, розглянуті різні технологічні можливості поліпшення якості крупних виливків при їх твердненні в низькотемпературних екологічно чистих піщаних формах, які пришвидшують процес кристалізації розплаву з метою отримання більш мілкої структури литого металу для підвищення його міцності і пластичності. Цьому сприяє попереднє зниження температури робочих шарів форми, які будуть нагріватись тепловим потоком від рідкого металу. Охолодження сухих піщаних форм нижче 0 ^оС або заморожування сирих форм, наприклад, до –30 ^оС перетворює їх в низькотемпературні форми [1].

Потрібно збільшувати теплоакумулюючу здатність ливарних форм для прискорення процесу кристалізації сталей, чавунів та інших сплавів за рахунок додаткового тепловідводу від твердіючих виливків в низькотемпературні піщані форми, стінки яких поглинають [4] приховану теплоту плавлення прошарків льоду між піщинками форми та приховану теплоту випаровування плівок води, які утворюються при розплавленні льодяних прошарків.

Темп кристалізації сплавів заліза з різною концентрацією вуглецю суттєво впливає на формування литої структури в градієнтній двофазній зоні стальних і чавунних виливків. Системний аналіз тверднення виливків в заморожених формах із кварцового піску показав ефективність фізико-хімічних процесів кристалізації сплавів і зовнішнього теплообміну між твердіючим виливком і формою при введенні в рідкий метал дисперсних мікрохолодильників [2, 4].

Комплексний системний аналіз застосовано для дослідження внутрішнього теплообміну при активному перемішуванні розплаву з мікрохолодильниками та зовнішнього теплообміну при теплофізичній взаємодії твердіючих масивних виливків з піщаною формою чи кокілем або твердіючого зливка з виливницею.

Таким чином, виявлені характерні особливості теплофізичного впливу ливарних форм на процес тверднення литих заготівок різного призначення.