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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，終得到樹枝狀晶的晶體結構。晶體總是以原子排列緊密的面與液相接觸，以使表面能小。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。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。
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6. 硬度硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。⑴布氏硬度（HB）以一定的載荷（一般3000kg）把一定大小（直徑一般為10mm）的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時間，去載后，負荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值（HB），單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。⑵洛氏硬度（HR）當HB>450或者試樣過小時，不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據試驗材料硬度的不同，分三種不同的標度來表示：HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料（如硬質合金等）。HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料（如退火鋼、鑄鐵等）。HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火鋼等）。⑶維氏硬度（HV）以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值（HV）。
合金凝固時，由于溶質在固相中和在液相中的溶解度不同，而產生選分結晶(也稱脫溶或液析)現象。即伴隨結晶的進行，在凝固前沿不斷有溶質析出(K<1時)，使液相同溶質濃度逐漸增加。在平衡結晶時，溶質在固、液兩相中的均勻擴散都得以充分進行，因而并不產生偏析。但在鋼液的實際凝固過程中，溶質在兩相，特別是在固相中的擴散不能充分進行。結果析出的溶質不斷在凝固前沿的母液中富集，形成濃度很高的溶質偏析層，此偏析層內熔體的液相線溫度相對于成分未變之母液的液相線溫度有所降低，因而使凝固前沿處熔體的過冷減小。這一現象對凝固組織有很大的影響。極端情況下(固相不均化、液相不混合)凝固前沿出現溶質大的富集情況。其溶質的分布可用下式來描述：式中C L(x)為距凝固前沿x處液相中溶質濃度；C0為合金熔體中溶質的初始濃度；K為溶質的平衡分配系數，K=C0/CL導；R為結晶速度；DL為溶質在液相中的擴散系數。設K為常數(液、固相線為直線)，且液相線斜率為m，則與凝固前沿溶質濃度相對應的液相線溫度分布可用t L(x) =t0-mC L(x) =t0-mC0(1+1-k/k e -R/DLx)來描述。C L(x)及t L(x)的變化如圖2所示。可見C L(x)隨距凝固前沿距離增加而減小，t L(x)隨距凝固前沿距離的增加而增高。在凝固前沿(x=O)處。熔體液相線溫度tL與熔體實際溫度之差稱過冷，即Δt =tL-te。當達到穩定態結晶時，凝固前沿處tL=te=ts此時，液相線溫度分布曲線與實際溫度分布曲線所圍成的區域(圖2陰影區)稱組成過冷區。組成過冷的出現，必將終止原有凝固界面的繼續推進，并且當其凝固前沿前方過冷較大處的過冷超過生核所需的過冷度Δt ﹡ 時，將在凝固界面前方形成新的晶核。這是鋼錠結晶組織由柱狀晶向等軸晶轉變的一種有說服力的解釋。
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