基体钢---兼具高速钢和低合金工具钢特性的新钢种

    高速钢虽然具有高的强度、硬度、红硬性和耐磨性，但因组织存在过量且均匀度较差的过剩碳化物，导致了脆性，也这是莱氏体类钢普遍的缺点。低合金工具钢虽有较高的韧度和塑性，但强度、红硬性和耐磨性都不及高速钢。因此，研制既有高速钢优点，又兼有低合金工具钢优点的新钢种，是国各普遍重视的科研项目。基体钢就属于具备这样特性的的钢种。
    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、提高韧工的有效手段。呆以设想，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。www.hongchao-dg.cn随着测试技术的进步，现在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，就是基体钢的雏形。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的调整，以满足不同的需求。经过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。
    目前，常用的各种高速钢及其基体的化学成分见表1。由表可见，各种高速钢基体中有些化学成分大致相同。例如，碳的质量分数一般都在0.5%左右，铬的质量分数大致在4%左右，钒的质量分数在1%左右，钨及钼的含量随着钢种而异，合金元素的质量分数总量在10%~12%。
表1   高速钢及其基体的化学成分(质量分数)
牌号 钢种成分(%) 基体成分(%)
 C Cr W Mo V Co C Cr W Mo V Co
W18Cr4V 0.70 4.0 18.0 - 1.0 - 0.5 4.4 8.6 - 1.0 -
W18Cr4V2 0.80 4.0 18.0 - 2.0 - 0.5 4.4 8.0 - 1.7 -
W18Cr4VCo5 0.75 4.0 18.0 - 1.0 5.0 0.4 4.7 8.3 - 1.1 5.0
W6Mo5Cr4V2 0.80 4.0 6.0 50 2.0 - 0.5 4.0 2.0 3.0 1.0 -
W12Cr4V5Co5 1.50 4.0 12.0 - 5.0 5.0 0.4 5.1 7.3 - 1.4 4.3
W5Mo5Cr4V4 1.30 4.0 5.5 4.5 4.0 - 0.5 4.7 3.5 3.2 1.9 -
Cr4Mo9WVCo8 1.10 3.8 1.5 9.5 1.15 8.0 0.55 4.0 1.0 5.0 1.0 8.0
Cr4Mo8V2 0.85 4.5 - 8.0 2.0 - 0.5 4.2 - 5.1 1.1 -
    基体钢必然承袭了母体高速钢基体的性能。在多种高速钢中，W6Mo5Cr4V2高速钢是我国使用较多、组织和性能较好的钢种，其生产和工艺特性已为各方面所熟悉，因此经，国产基体钢多以它为母体，以各种方式加以改型，生产出多种牌号的基体钢。例如，基体钢标准钢号6W6Mo5Cr4V与高速钢标准钢号W6Mo5Cr4V2的成分，除碳、钒外，其他元素的含量差别很小，见表4-88。
表2   6W6Mo5Cr4V钢与W6Mo5Cr4V2钢的主要化学成分
钢号 C W Mo Cr V
6W6Mo5Cr4V 0.55~0.65 6.00~7.00 4.50~5.50 3.70~4.30 0.70~1.10
W6Mo5Cr4V2 0.80~0.90 5.50~6.75 4.50~5.50 3.80~4.40 1.75~2.20
    基体钢中允许含有体积分数为5%左右的剩余碳化物，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。这样的基体钢，淬火后的基体与母体高速钢的基本有了一定的差异，基体的性能也会出现明显的不同。为了弥补强度上的不足，最简单的方法就是在母体高速钢基体成分中适当增加含碳量，或结合某种工艺需要，或者考虑到合金材料来源是否广泛、价格是否低廉等因素，适当增添少量合金元素，例如钛、镍、硅、锰、铝、铌等加以改型，形成目前已经推向市场的基体钢系列新钢种。
    目前，国内已纳入GB/T 1299-2000标准中的基体钢类的合金工具钢共有两个牌号，即6Cr4W3Mo2VNb(代号65Nb)及6W6Mo5Cr4V。正在研制试用阶段的基体钢类钢号有：7Cr7Mo2V2Si(LD)、7Cr7Mo3V2Si(LD-2)、5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)、6Cr4Mo3Ni2WV(CG-2)、5Cr4Mo2W2SiV、5Cr4W5Mo2V(RM2)、6Cr5Mo3W2VSiTi(LM2)等。国外的基体钢牌号主要有：EXT161(50Cr4Mo4W2V)、EXT158(50Cr4Mo4W2VCo5)、MACVMn(50Cr4Mo3W2V)、Matrix Ⅱ CVM(55Cr4Mo5WVCo8)等。

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