基体钢

一种特殊用途工具钢

基体钢是一种特殊用途工具钢，其化学成分相当于高速钢的基体成分，在正常热处理后其组织与高速钢基体相同。这种钢具有接近高速钢的强度并且具有相当好的韧性，可用来制造高硬度耐冲击工具。

简介

基体钢是指成分与高速钢淬火后的基体组织成分大致相同，而性能有所改善的一类钢。这类钢减少了共晶碳化物，并使其均匀分布，工艺性能好，强韧性明显提高。钢中允许含有体积分数5%左右的剩余碳化物，这样一方面可以增加耐磨性，另一方面有助于防止高温加热时晶粒长大。为了增加基体钢的强度，在高速工具钢基体中适当增加了含碳量并增添了少量合金元素，调整了钢的性能。既具有高速钢的强度、热硬性、耐磨性，又具有低合金模具钢的韧性和塑性。可以广泛应用于制造要求高负荷、高速耐冲击的冷、热变形模具。

基体钢的由来

高速钢的淬火组织由强韧兼备的基体组织和体积分数为10%~15%的共晶碳化物所组成。过量的共晶碳化物是耐磨性高而脆性较大的主要原因。显然，降低共晶碳化物的数量是减少应力集中、降低脆性、提高韧性的有效手段。可以设想，如果设计出一种新钢种，其淬火后的基体组织与高速钢淬火基体组织基本相似，但没有高速钢中那么多的共晶碳化物，那么，这样的新钢种就应具备强韧兼备的性能。随着测试技术的进步，已能精确测定高速钢中剩余碳化物的成分、类型和数量，准确计算出高速钢淬火基体的化学成分。根据各种高速钢基体的化学成分，可以设计出一系列新钢种，通过适当的热处理，使加入的碳及合金元素刚好全部进入固溶体中，而基本没有共晶碳化物存在。这种由高速钢基体派生出来的新钢种，就是基体钢的雏型。完全与高速钢基体化学成分相同的基体钢是没有的，因为这样设计出来的基体钢不但没有共晶碳化物，甚至剩余碳化物都很少，钢材容易过热，耐磨性也太差，所以必须对这类基体钢中的合金元素进行适当调整，以满足各种不同的需求。经过这样调整后的基体钢称为改型基体钢。工业上应用的都是经过合金元素调整后的改型基体钢，简称基体钢。

基体钢和低碳高速钢的一般特性

长期以来，重载冷镦模、冷挤压模，均采用高速钢或高碳高铬钢制造。由于这些钢的韧性较低，模具的早期脆断严重，使用寿命不高。为了提高高速钢的切性，可采用降低淬火温度的方法，但更多的是采用基体钢和低碳高速钢。基体钢，其化学成分相当于高速钢淬火后的基体组织成分，因基体钢中共晶碳化物数量少且细小均匀，韧性也相对提高了。近年来我国研制的基体钢是以W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V的基体成分为基础发展改性的，如6Cr4W3Mo2VNb、7Cr7Mo2V2Si等。低碳高速钢，其钢中的合金元素与高速钢相近，但含碳量较低，常用于高冲击载荷下耐磨损的模具，典型的钢号是6W6Mo5Cr4V。它和基体钢都有接近高速钢的强度，且韧性好，同时在某些工艺性能方面也有明显的改善。

这些钢还是属于高速钢类型的莱氏体钢种，在钢水凝固时仍会产生偏析或形成比较少量的共晶组织，是使这些钢呈现脆性的根源，热加工时仍需注意。因为钢的导热性差，应该缓慢加热，采用连续式炉加热时，最好在下加热区（900℃~1000℃）内保温均热，以保证钢锭加热均匀。

基体钢和低碳高速钢锻后必须退火，同时对返修的模具（需进行重新淬火）也应进行退火。这些钢特别是钼含量较多的钢，其脱碳敏感性较强，当不采用真空炉或保护气氛炉退火时，必须采取其他保护措施以防止严重脱碳。

在淬火时，由于这些钢容易脱碳且又必须在高温下进行加热以保证碳和合金元素充分地溶入奥氏体中，因此，应尽可能地采用真空炉、可控气氛炉或盐浴炉加热，以防止工件脱碳，并采取预热措施（常在500℃~800℃进行二次预热）以减少工件在高温区的停留时间。淬火加热温度提高，淬火组织中孪晶型马氏体的比例增加，基体中溶入的碳和合金元素更多，马氏体的开始转变点M、降低残余奥氏体的数量增多等，将使钢的强韧性发生变化。因此，在工业生产中应根据模具的工作条件和使用要求来选择溶火温度，对承受高抗力（一般2500MPa左右）和适当韧性的模具，如反挤压模具，可选用较高的淬火温度；对形状复杂或承受压强较小和要求切性的模具，宜采用较低的滓火温度。至于淬火冷却，可视模具工作要求选用油冷、空冷或分级淬火等方式。

基体钢在回火过程的转变与高速钢相类似，在250℃~400℃范围回火时，渗碳体M3C不断地析出并聚集长大，钢的硬度下降。随着回火温度的提高，渗碳体型碳化物向M6C转化，形成高铬碳化物，钢的硬度回升，在500℃至600℃间残余奥氏体迅速分解转变并伴有弥散相的析出，使硬度提高，即出现二次硬化现象，而随着回火温度的进一步升高，由于碳化物的集聚，钢的硬度又迅速下降。工业生产中一般采用3次回火，每次回火应冷却至室温，以保证残余奥氏体转变为马氏体。每次回火都可以改善前一次回火残余奥氏体转变为初生马氏体的切性，从而使钢的韧性得到改善。

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