树枝晶生长

    树枝晶生长

    晶体生长方式，即凝固前沿推进的方式取决于凝固前沿组成过冷的大小。当组成过冷从无到有、由小变大时，凝固前沿将由平滑无组织状态演变为胞状直至树枝状、内生生长。对于钢锭的实际凝固条件下，在大部分凝固期间，凝固前沿是以树枝状或内生状态生长，最终得到树枝状晶的晶体结构。晶体总是以原子排列最紧密的面与液相接触，以使表面能最小。对面心立方晶格的γ一Fe来说，密排面为{111}面，所以开始析出的晶体呈八面体外形。随着结晶的进行，由于选分结晶在凝固前沿形成溶质富集层，这时晶体便从表面溶质浓度富集较少的部位—八面体的顶端沿[111]方向凸出生长，形成树枝晶的一次轴(主干)。接着，一次轴沿八面体的棱边——溶质浓度次低处优先长粗。当一次轴表面处组成过冷进一步增加时，又会在一次轴晶体缺陷处形成与一次轴相垂直的二次枝晶——二次轴。随后还可能形成三次枝晶、四次枝晶等，每个晶干不断长粗和长出更高次枝晶，直至彼此相遇。最后充满整个树枝晶各枝干间，形成一个晶粒。

    根据生长方式的不同，可得到3种不同形状的树枝晶：

    (1)柱状晶。只有一个方向上的一次轴得到突出发展的树枝状晶。该一次轴称为主轴。当组成过冷小时，枝晶状长大所得到的柱状晶，二次枝晶不发达，类似于棒状晶。随着组成过冷的增加，柱状晶的高次枝晶逐步得到发展。

    (2)等轴晶。各方向都得到较均匀发展的树枝状晶。只有内生生长时才形成等轴晶。

    (3)粒状晶。枝晶不发达的树枝状晶，也称球雏晶。只有在散热强度极小时，如钢锭和铸件的热中心处才可见到粒状品。