樹枝晶生長

    樹枝晶生長

    晶體生長方式，即凝固前沿推進的方式取決于凝固前沿組成過冷的大小。當組成過冷從無到有、由小變大時，凝固前沿將由平滑無組織狀態演變為胞狀直至樹枝狀、內生生長。對于鋼錠的實際凝固條件下，在大部分凝固期間，凝固前沿是以樹枝狀或內生狀態生長，最終得到樹枝狀晶的晶體結構。晶體總是以原子排列最緊密的面與液相接觸，以使表面能最小。對面心立方晶格的γ一Fe來說，密排面為{111}面，所以開始析出的晶體呈八面體外形。隨著結晶的進行，由于選分結晶在凝固前沿形成溶質富集層，這時晶體便從表面溶質濃度富集較少的部位—八面體的頂端沿[111]方向凸出生長，形成樹枝晶的一次軸(主干)。接著，一次軸沿八面體的棱邊——溶質濃度次低處優先長粗。當一次軸表面處組成過冷進一步增加時，又會在一次軸晶體缺陷處形成與一次軸相垂直的二次枝晶——二次軸。隨后還可能形成三次枝晶、四次枝晶等，每個晶干不斷長粗和長出更高次枝晶，直至彼此相遇。最后充滿整個樹枝晶各枝干間，形成一個晶粒。

    根據生長方式的不同，可得到3種不同形狀的樹枝晶：

    (1)柱狀晶。只有一個方向上的一次軸得到突出發展的樹枝狀晶。該一次軸稱為主軸。當組成過冷小時，枝晶狀長大所得到的柱狀晶，二次枝晶不發達，類似于棒狀晶。隨著組成過冷的增加，柱狀晶的高次枝晶逐步得到發展。

    (2)等軸晶。各方向都得到較均勻發展的樹枝狀晶。只有內生生長時才形成等軸晶。

    (3)粒狀晶。枝晶不發達的樹枝狀晶，也稱球雛晶。只有在散熱強度極小時，如鋼錠和鑄件的熱中心處才可見到粒狀品。