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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，终得到树枝状晶的晶体结构。晶体总是以原子排列紧密的面与液相接触，以使表面能小。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。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。
合金凝固时，由于溶质在固相中和在液相中的溶解度不同，而产生选分结晶(也称脱溶或液析)现象。即伴随结晶的进行，在凝固前沿不断有溶质析出(K<1时)，使液相同溶质浓度逐渐增加。在平衡结晶时，溶质在固、液两相中的均匀扩散都得以充分进行，因而并不产生偏析。但在钢液的实际凝固过程中，溶质在两相，特别是在固相中的扩散不能充分进行。结果析出的溶质不断在凝固前沿的母液中富集，形成浓度很高的溶质偏析层，此偏析层内熔体的液相线温度相对于成分未变之母液的液相线温度有所降低，因而使凝固前沿处熔体的过冷减小。这一现象对凝固组织有很大的影响。极端情况下(固相不均化、液相不混合)凝固前沿出现溶质大的富集情况。其溶质的分布可用下式来描述：式中C L(x)为距凝固前沿x处液相中溶质浓度；C0为合金熔体中溶质的初始浓度；K为溶质的平衡分配系数，K=C0/CL导；R为结晶速度；DL为溶质在液相中的扩散系数。设K为常数(液、固相线为直线)，且液相线斜率为m，则与凝固前沿溶质浓度相对应的液相线温度分布可用t L(x) =t0-mC L(x) =t0-mC0(1+1-k/k e -R/DLx)来描述。C L(x)及t L(x)的变化如图2所示。可见C L(x)随距凝固前沿距离增加而减小，t L(x)随距凝固前沿距离的增加而增高。在凝固前沿(x=O)处。熔体液相线温度tL与熔体实际温度之差称过冷，即Δt =tL-te。当达到稳定态结晶时，凝固前沿处tL=te=ts此时，液相线温度分布曲线与实际温度分布曲线所围成的区域(图2阴影区)称组成过冷区。组成过冷的出现，必将终止原有凝固界面的继续推进，并且当其凝固前沿前方过冷较大处的过冷超过生核所需的过冷度Δt ﹡ 时，将在凝固界面前方形成新的晶核。这是钢锭结晶组织由柱状晶向等轴晶转变的一种有说服力的解释。
4、均匀化退火（扩散退火）
将铸件加热到略低于1100-1200℃的固相线温度（一般低于100 ℃）长时间保温，然后缓冷的热处理工艺。
主要用于消除某些具有化学成分偏析的铸钢件及铸锭。
加热温度Ac3+(150~200) ℃
5、去应力退火（无相变退火）
将工件加热到Ac1以下（100~200）℃保温后随炉冷却到160℃以下出炉空冷。
主要用于消除内应力，稳定尺寸，防止变形与开裂。
加热温度通常为500℃~650℃。 [3]
（二）、正火
正火是将钢加热到Ac3（或Accm）以上(30~50)℃，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺，正火组织为平衡状态下的珠光体+铁素体（当含碳量在wc0.25%～0.60% 时）；
正火与退火的主要区别：1）冷却速度不同；2）正火后的组织比较细，比退火强度、硬度有所提高，而且生产周期短，操作简单；
过共析钢正火后可消除网状碳化物；低碳钢正火后可显著改善切削加工性能；
②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，例如50Mn。
③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号后特别标出，例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢，其钢号为10b。
3．碳素工具钢
①钢号冠以“T”，以免与其他钢类相混。
②钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。
③锰含量较高者，在钢号后标出“Mn”，例如“T8Mn”。
④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号后加注字母“A”，以示区别，例如“T8MnA”。
4．易切削钢
①钢号冠以“Y”，以区别于优质碳素结构钢。
②字母“Y”后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，例如平均碳含量为0.3%的易切削钢，其钢号为“Y30”。
③锰含量较高者，亦在钢号后标出“Mn”，例如“Y40Mn”。
5．合金结构钢
①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。
②钢中主要合金元素，除个别合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量<1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号
“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。
③钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。
