在重力驅(qū)動(dòng)的鑄造類型中，比如重力砂鑄、永久模鑄造等工藝，有許多因素會(huì)制約充型過(guò)程，進(jìn)而影響最終的鑄件品質(zhì)，其中包括溫度、金屬液合金成分、雜質(zhì)含量、型腔造型等因素，然而其中對(duì)于充型具有決定性影響的因素是：金屬液速度。

       上圖是三個(gè)不同的內(nèi)澆口金屬液速度情況。a圖是速度為0的情況，c圖是速度很高的情況下的噴射效果，b圖是最大臨界速度。

       對(duì)于臨界速度的定義是這樣的，金屬液能夠在表面張力的制約下，平靜穩(wěn)定的流動(dòng)充型，而不突破最上端的自由表面區(qū)域，這時(shí)的最大金屬液速度，就是最大臨界速度（Critical Velocity）。

       事實(shí)上，對(duì)于絕大多數(shù)流體和金屬液來(lái)說(shuō)，最大臨界速度的數(shù)值是大約為0.5米/秒。換言之，在入水口速度低于0.5米/秒時(shí)，金屬液的充型會(huì)非常穩(wěn)定，而不發(fā)生湍流（C圖的效果）。這個(gè)數(shù)值是基于表面張力與金屬液沖量造成的內(nèi)部壓力相平衡的計(jì)算結(jié)果，具體公式如下：

Vc=2（r/rρ）^1/2

      其中Vc是最大臨界速度，r是金屬液充填造成的上凸半球半徑，ρ為金屬液密度，而γ是自由表面張力。

       1995年，日本人Itamura通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真，佐證了這個(gè)0.5m/s的最大臨界速度，他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大于0.5m/s的速度進(jìn)行充型，會(huì)顯著增加卷氣氧化皮等缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于不同的金屬材料來(lái)說(shuō)，這個(gè)最大臨界速度也略有差別。對(duì)于鑄鐵、鋼和銅而言，最大臨界速度約為0.4m/s，對(duì)于鎂以及鎂合金而言，臨界速度約為0.55~0.6m/s之間；

金屬液超過(guò)最大臨界速度的危害

       當(dāng)金屬液的速度超過(guò)了最大臨界速度，那么原有的表面張力不足以對(duì)抗金屬液的沖速，這樣原有的金屬液外表面就會(huì)被突破，形成湍流。在通常情況下，金屬液的表皮部分會(huì)覆蓋一層氧化物薄層，因?yàn)楸豢諝庵械难踉友趸?/span>

       注：金屬液表面的覆蓋層也常有其他物質(zhì)，比如鐵液的表面也常有石墨層，只是氧化物層的情況最為常見(jiàn)

        突破了原有金屬液的外表面之后，就會(huì)形成新的氧化層，在重力的作用下，飛濺的股液會(huì)重新落下，這樣發(fā)生新舊兩層氧化皮的折疊堆積（簡(jiǎn)稱Bifilms），當(dāng)鑄件凝固之后，這些氧化皮折疊的區(qū)域會(huì)表現(xiàn)為鑄件上或者內(nèi)部的縫隙裂痕，造成鑄件的可見(jiàn)表面缺陷、降低鑄件的機(jī)械強(qiáng)度和疲勞壽命、以及鑄件氣密性不良等問(wèn)題。