什麼是柱狀晶
鑄件凝固時，在表面激冷晶的內側，沿與熱逸散方向相反的方向細長伸展的晶粒。中心部形成等軸晶。
日文名稱: 柱状晶
「柱狀晶」出現在3領域的4道練習題中（高溫材料與潛變, 金屬材料與合金, 材料的加工與接合等）。
這個名詞所屬的領域: 金屬材料與合金
柱狀晶的形成機制：競爭成長
在模壁形成的細小激冷晶中，並不是所有晶粒都會往內側伸長。在立方晶的金屬中，樹枝狀晶成長最快的方向是<100>，這個方向越接近與熱流相反的方向（溫度梯度的方向），晶粒就越能往前推進。方向不佳的晶粒被相鄰的晶粒超越而停止成長，因此越往內側晶粒數越少，留下<100>一致的細長晶粒帶。柱狀晶帶具有性質隨方向而異的織構，就是這種競爭成長的結果。
從柱狀晶到等軸晶的轉換
凝固途中柱狀晶轉變為等軸晶（CET：columnar-to-equiaxed transition），由凝固前緣的溫度梯度 G 與成長速度 V，以及合金成分決定。G 越小、V 越大，以及溶質越多時，前緣前方的液體越容易組成過冷而生成新的核，就越容易轉換為等軸晶。相反地，提高澆注溫度（增大過熱度）時，液體中的晶體碎片會被熔掉，因此柱狀晶帶變長。控制CET的位置，是鑄造組織設計的核心。
柱狀晶的弱點與對策
柱狀晶帶的機械性質隨方向而不同，而且在兩側伸長的柱狀晶互相碰撞的中心面上，溶質、雜質與縮孔容易聚集（中心偏析）。因此在鋼的連續鑄造中，以電磁攪拌使液體流動、折斷柱狀晶的尖端，增加等軸晶的比例。在鋁合金中，添加Al-Ti-B系的晶粒細化劑以增加異質成核的位置，防止柱狀晶而得到細小的等軸晶。鑄造後若進行熱加工，柱狀晶組織會因再結晶而變成細小的晶粒。
刻意做出柱狀晶：定向凝固
柱狀晶並不全是缺點。噴射引擎的渦輪葉片，使用從模具底部冷卻使熱流朝一個方向一致，只以沿葉片長度方向伸長之柱狀晶製作的定向凝固。在高溫下，垂直於應力的晶界容易成為潛變破壞的起點，消除這些晶界可大幅延長壽命。再以螺旋狀的通道（選晶器）只選出1個晶粒使其伸長，就能做成沒有晶界的單晶葉片。這裡也利用了<100>方向成長快的性質。
練習柱狀晶的題目
噴射引擎的渦輪葉片使用單向凝固的柱狀晶或單晶鎳基超合金，其理由何者正確？
- A做成單晶後完全不存在差排，因此不會發生潛變變形
- B做成單晶後，就能多加原本用於強化晶界的碳或硼，並以它們形成的碳化物或硼化物來強化
- C消除垂直於應力的晶界而去除潛變損傷的起點，且單晶可減少晶界強化元素，因此能在高溫進行固溶處理，使γ'均勻微細化
常見問題
柱狀晶與等軸晶有什麼不同？
柱狀晶是沿熱流朝一個方向細長伸長的晶粒，等軸晶是在任何方向大小都大致相同的晶粒。等軸晶的性質隨方向的差異小，偏析也較分散，因此許多鑄造品偏好等軸晶。
柱狀晶為什麼沿<100>方向伸長？
因為在立方晶的金屬中，由於固液界面能與原子附著難易的異向性，樹枝狀晶的主幹沿<100>方向成長最快。這個方向接近熱流的晶粒，會在競爭成長中存活下來。
焊接部也會形成柱狀晶嗎？
會。熔池的熱往周圍母材逸散，因此柱狀晶從熔合線往焊道中心伸長。在中心處柱狀晶碰撞的面上雜質會聚集，有時成為凝固裂紋的原因。
解析中的「柱狀晶」
單向凝固使晶粒成為沿應力方向排列的柱狀晶，消除垂直的晶界。
噴射引擎的渦輪葉片使用單向凝固的柱狀晶或單晶鎳基超合金，其理由何者正確？接著，只有易成長晶體方位的晶粒，沿著與熱往模壁逸散方向（由內往外）相反的方向選擇性伸長，形成朝向內側的細長柱狀晶帶。
將熔融金屬注入金屬模中凝固所得鑄錠的斷面上，一般所見凝固組織的排列順序，下列何者正確？熱鍛造時，粗大的柱狀晶或樹枝狀晶等鑄造組織因大變形與再結晶而被破壞，成為細小的等軸晶粒。
以鑄造與熱鍛造分別製作相同形狀的碳鋼零件時，一般而言鍛造件的韌性與疲勞強度較優。其原因何者正確？高溫零件採用粗晶化、平行於應力的柱狀晶，甚至單晶，就是這個原因。
在室溫下細化晶粒會提高強度（霍爾-佩奇關係），但在高溫下長時間承受負荷的零件，卻常使用粗晶粒或單晶。其理由何者正確？