Trong lĩnh vực gia công hợp kim nhôm, phương pháp đúc nguội trực tiếp (DC casting) được mệnh danh là "bàn tay ma thuật của tạo hình kim loại". Khi hợp kim nhôm nóng chảy ở khoảng 700°C được bơm vào khuôn đúc, chỉ trong vài chục phút, kim loại lỏng biến thành một thỏi hình trụ có đường kính ngoài đều và cấu trúc bên trong đặc chắc - động lực cốt lõi của quá trình này chính là nước. Chính xác hơn, đó là "phép thuật làm mát bằng nước" kết hợp giữa làm mát sơ cấp và thứ cấp. Sự thành công hay thất bại của phép thuật này chủ yếu được thể hiện qua ba biến số then chốt: tốc độ đúc, cường độ làm mát và độ dày của vùng phân tách bề mặt. Bất kỳ sự mất kiểm soát nào đối với một biến số đều sẽ để lại những khuyết tật không thể khắc phục như nốt phân tách, vết nứt nguội và vết nứt kéo trên bề mặt thỏi, những khuyết tật này sẽ bị khuếch đại thành phế phẩm hàng loạt trong các quy trình ép đùn và cán tiếp theo.

1. Cơ chế làm mát bằng nước hai giai đoạn (thực tế là ba giai đoạn)

Giai đoạn 1: Làm mát sơ cấp (làm mát thành khuôn đúc)

Sau khi nhôm lỏng nhiệt độ cao được bơm vào khuôn đúc, nó tiếp xúc trực tiếp với thành bên trong (được lót bằng than chì), và lớp bề mặt nhanh chóng nguội đi trong vài giây và hình thành một lớp vỏ rắn. Nhiệt trong giai đoạn này được dẫn đến nước qua thành khuôn đúc, được gọi là làm mát sơ cấp. Lượng nhiệt mang đi bởi một quá trình làm mát đơn lẻ chiếm khoảng10% -15%tổng nhiệt lượng của thỏi. Mặc dù không mang đi nhiều nhiệt, nhưng nó là chìa khóa để "tạo hình" - lớp vỏ rắn phải có đủ độ dày để chịu được áp suất tĩnh của khoang lỏng bên trong mà không bị rò rỉ nhôm.

Giai đoạn 2: Làm mát thứ cấp (làm mát cưỡng bức bằng phun nước)

Tại thời điểm thỏi tách ra khỏi cạnh dưới của khuôn đúc, nước làm mát áp suất cao được phun trực tiếp từ lỗ phun lên bề mặt nóng của thỏi. Lúc này, trao đổi nhiệt xảy ra giữa lớp vỏ rắn của thỏi và nước, được gọi là làm mát thứ cấp. Lượng nhiệt mang đi bởi làm mát thứ cấp chiếm khoảng70% -80%tổng nhiệt lượng của thỏi, và là lực chủ đạo cho quá trình đông đặc hoàn toàn của thỏi. Chính hiệu ứng mạnh mẽ của làm mát thứ cấp đã khiến pha lỏng bên trong thỏi đông đặc từng lớp từ ngoài vào trong, tạo thành một khoang lỏng hình "V" điển hình.

Giai đoạn 3: Chu kỳ làm mát ba giai đoạn (làm mát chậm tự nhiên)
Sau khi thỏi được lấy ra hoàn toàn khỏi vùng phun, nó dựa vào sự tích tụ nước và không khí trong hố móng để tản nhiệt dần dần, từ từ giải phóng ứng suất bên trong của vật đúc và giảm nguy cơ nứt. Tốc độ làm mát trong giai đoạn này tương đối chậm và ít ảnh hưởng đến quá trình kết tinh của thỏi, nhưng nó có ý nghĩa lớn đối với việc giảm ứng suất và ngăn ngừa nứt ở nhiệt độ thấp.