鋼的宏觀組織，耐磨鋼鑄件的組織與其一次結(jié)晶組織有不可分割的關(guān)系。一次結(jié)晶組織的特征和鋼的強度性能、塑性、沖擊韌性以及耐磨性有密切關(guān)系。因此有必要研究其特征以及影響它的因素。
耐磨鋼的鑄態(tài)宏觀組織往往是由3種結(jié)晶形態(tài)所構(gòu)成，即細等軸晶、粗大的等軸晶和粗大的有方向的樹枝晶。即柱狀晶所組成。澆人型腔中的耐磨鋼水的結(jié)晶過程。表示錳含量為13%的鋼的相圖的一部分。若鋼中碳含量為1.2%，當鋼水溫度降到液相線溫度時，結(jié)晶開始。析出的晶體中碳含量為0.4%。相鄰的液相中碳的含量則隨固相的析出而增加。在型壁表面凝固了一定厚度以后的某一時刻鋼水中和凝固層中碳含量的分布情況。在結(jié)晶前沿與固相接觸的鋼水中碳的含量根據(jù)相圖應是3.2%。這樣成分的鋼水的液相線應是1210r-。因此必然產(chǎn)生成分過冷現(xiàn)象。表示的正是在金屬中距型壁表面不同距離各點已析出晶體的碳含量和與其相鄰的鋼水中碳含量向鋼水中心部位延伸時的變化規(guī)律。
分布曲線的交點處表示該點是處于液、固相平衡狀態(tài)。金屬溫度分布曲線是處于運動之中。即隨時間的推移，金屬中各點溢度不斷下降。曲線上各點的斜率也在不斷改變。
它由細等軸晶粒所組成。其內(nèi)樹枝晶向液體中心生長，形成柱晶帶。結(jié)晶前沿如何向內(nèi)推進。則取決于具體條件。結(jié)晶前沿向內(nèi)推進和鋼水中晶核的形成都取決于結(jié)晶前沿金屬N度分布曲線和液相線溫度曲線的位置。當液相線溫度分布曲線低于鋼水溫度分布曲線時出現(xiàn)成分過冷。這時將有利于樹枝品的生長和柱狀晶帶的形成。這兩條曲線的相互位置及其斜率受很多因素影響。液相線溫度分布曲線的斜率和曲線形狀主要決定于金屬內(nèi)成分擴散的速度。鋼水中成分擴散速度愈快。成分愈趨于均勻，則曲線的傾斜部分長度愈短。鋼水內(nèi)溫度分布曲線的形狀則主要決定于鋼水的導熱能力、鑄型的蓄熱能力、鑄型材料的導熱能力、鋼水的澆注溫度以及型壁和凝固層之問氣隙形成的快或慢。總之是決定于傳熱方面的因素。
當鋼水中成分擴散快。液相線溫度分布曲線斜率大而鋼水ig度分布曲線較平緩、斜率小，則不利于樹枝晶長時間向內(nèi)單方向生長，阻礙柱狀晶帶的發(fā)展。
若溫度分布曲線較陡、斜率較大而液相線溫度分布曲線較平緩、斜率較小時，有利于樹枝晶向內(nèi)生長。它將延續(xù)較長時間，有利于柱狀晶帶的形成。
由于高錳的碳含量高，鋼的導熱性差，鋼水澆人型腔中，導熱過程較慢，溫度不易均勻，因而鋼水內(nèi)溫差大，溫度分布曲線斜率大，曲線形狀變陡。另外，耐磨鋼結(jié)晶生長速度較快，加之樹枝晶在液體中生長速度也比較快等原因，容易產(chǎn)生粗大的結(jié)晶組織，即有利于柱狀晶的形成。
另外，型腔的導熱性能以及它的冷卻能力。對結(jié)晶組織有很大的影響。導熱快。冷卻能力大，金屬溫度分布曲線就愈陡。這會使樹枝晶主干沿與熱流傳遞的相反方向生長更為容易，從而有利于柱狀晶帶的形成與生長。
因此，傳導性能的不同，冷卻條件的差別和合金結(jié)品特性的不同，使3種結(jié)晶形態(tài)并非均衡發(fā)展。當冷卻速度非?？鞎r。造成體積結(jié)晶的條件，容易形成細的等軸晶。在冷卻速度慢，傳熱的方向性很弱時，容易形成粗大的等軸晶。在其他的條件下可能使樹枝晶主干沿與傳熱方向相反的方向生長。形成柱狀晶。
