机床刀具材料的选择[A类基础]

1、1.2.2 1.2.2 常用刀具材料常用刀具材料 金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何 参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削 性能。性能。 刀具切削性能的优劣，不仅取决于刀具切削刀具切削性能的优劣，不仅取决于刀具切削 部分的几何参数，还取决于刀具切削部分所选配部分的几何参数，还取决于刀具切削部分所选配 的刀具材料。的刀具材料。 金属切削过程中的加工质量、加工效率、加金属切削过程中的加工质量、加工效率、加 工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选 择。因此，择。因此

2、，材料、结构和几何形状是构成刀具切材料、结构和几何形状是构成刀具切 削性能评估的三要素。削性能评估的三要素。 1a教类 1. 1. 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能 （1 1）高的硬度和耐磨性）高的硬度和耐磨性 （2 2）足够的强度和韧性）足够的强度和韧性 （3 3）高的耐热性与化学稳定性）高的耐热性与化学稳定性 （4 4）良好的工艺性 良好的工艺性 （5 5）良好的经济性 良好的经济性 2a教类 2. 2. 常用刀具材料常用刀具材料 工具钢工具钢 包括碳素工具钢、包括碳素工具钢、 合金工具钢和合金工具钢和高高 速钢。速钢。 硬质合金硬质合金 有钨钴类硬质合金、有钨钴类硬质合金、 钨钛

3、钴类硬质合金和钨钛钴类硬质合金和 钨钛钽（铌）类硬质钨钛钽（铌）类硬质 合金。合金。 陶瓷陶瓷 超硬刀具材料超硬刀具材料 推广使用新型刀具推广使用新型刀具 材料如涂层刀具、立方材料如涂层刀具、立方 氮化硼等。氮化硼等。 3a教类 1 1高速钢高速钢 它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高 它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高 合金钢。合金钢。 热处理后硬度可达 热处理后硬度可达62626666HRC, HRC, 抗弯强度约抗弯强度约3.33.3GPaGPa， 有较高的热稳定性有较高的热稳定性 、耐磨性、耐磨性 。切削温度在。切削温度在500500 650650C C时仍能进行切削

4、。时仍能进行切削。 由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制 由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制 造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻 头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。 4a教类 各类高速钢刀具 5a教类 按用途可分为：按用途可分为：通用高速钢和高性能高通用高速钢和高性能高 速钢。速钢。 按制造工艺可分为按制造工艺可分为: : 熔炼高速钢、粉末熔炼高速钢、粉末 冶金高速钢和表面涂层高速钢。冶金高速钢和表面涂层高速钢。 按基本化学成份可分为按基本化学成份可分为: : 钨系和钼系。钨系和钼系。 （1 1）

5、高速钢的分类）高速钢的分类 6a教类 （2 2）常用高速钢的牌号与性能）常用高速钢的牌号与性能 v通用型高速钢 通用型高速钢 W18Cr4V(18-4-1)W18Cr4V(18-4-1)由于钨价高，热塑由于钨价高，热塑 性差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。性差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2是国内外广泛使用的牌号是国内外广泛使用的牌号。 v高性能高速钢 高性能高速钢 高性能高速钢是指在通用型高速钢高性能高速钢是指在通用型高速钢 中增加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达中增加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可

6、达 67677070HRCHRC，耐磨性与热稳定性进一步提高。可以用于加工耐磨性与热稳定性进一步提高。可以用于加工 不锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。不锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。 v粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢是用高压氩气或粉末冶金高速钢是用高压氩气或 纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末， 然后再热压锻轧制成。适用于制造精密刀具、大尺寸然后再热压锻轧制成。适用于制造精密刀具、大尺寸( (滚刀、滚刀、 插齿刀插齿刀) )刀具、复杂成形刀具、拉刀等。刀具、复杂成形刀具、拉刀等。 7a

7、教类 硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。 硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。 大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造； 硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物 硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物( (碳化碳化 钨钨WCWC、碳化钛碳化钛TiCTiC、碳化钽碳化钽TaCTaC、碳化铌碳化铌NbCNbC等等) )和金和金 属粘结剂属粘结剂( (CoCo、MoMo、NiNi等等) )用粉末冶金工艺制成。用粉末冶金工艺制成。 硬质合金刀具常温硬度为 硬质合金刀具常温硬度为89899393HRA(HRC 7482)HRA(HRC 7482)， 化学

8、稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达 80080010001000C C。 硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高 硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高5 5 1010倍倍 。 2 2硬质合金硬质合金 8a教类 钨钴类（钨钴类（WC+CoWC+Co）；）；YG KYG K 钨钛钴类（钨钛钴类（WC+TiC+CoWC+TiC+Co）；）；YT PYT P 添加稀有金属碳化物类（添加稀有金属碳化物类（WC+TiC+TaC+WC+TiC+TaC+ （NbCNbC）+Co+Co）；）；YW MYW M （1 1）硬质合金的分类）硬质合金的分类 9a

9、教类 （2 2）常用硬质合金的牌号及其性能）常用硬质合金的牌号及其性能 v钨钴类硬质合金 钨钴类硬质合金 代号为代号为YGYG。合金中含钴量愈高，韧性合金中含钴量愈高，韧性 愈好，适合于粗加工，反之用于精加工。愈好，适合于粗加工，反之用于精加工。YG(K)YG(K)类硬质合金，类硬质合金， 适合于加工脆性金属材料。适合于加工脆性金属材料。 v钨钛钴类硬质合金 钨钛钴类硬质合金 代号为代号为YTYT。合金中合金中TiCTiC含量提高，含量提高，CoCo 含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进一步提高，但抗弯强含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进一步提高，但抗弯强 度、导热性、特别是冲击韧性明显下降，适

10、合于精加工。度、导热性、特别是冲击韧性明显下降，适合于精加工。 v钨钛钽（铌）类硬质合金 钨钛钽（铌）类硬质合金 代号为代号为YWYW。它在它在YT(P)YT(P)类硬质类硬质 合金中加入合金中加入TaCTaC或或NbCNbC，它既适用于加工脆性材料，又适用于它既适用于加工脆性材料，又适用于 加工塑性材料。加工塑性材料。 10a教类 各类硬质合金钢刀具 11a教类 3 3涂层刀具材料涂层刀具材料在韧性较好的刀具基体上， 涂覆一层耐磨性好的难熔 金属化合物，既能提高刀 具材料的耐磨性，又不降 低其韧性。常用的涂层材 料有TiC、TiN、Al203及其 复合材料等, 涂层厚度随 刀具材料不同而异。

11、 （1 1）TiCTiC涂层涂层 硬度高、耐磨性好、 抗氧化性好，切削 时能产生氧化钛膜， 减小摩擦及刀具磨 损。 （2 2）TiNTiN涂层涂层 在高温时能产生氧化 膜，与铁基材料摩擦 系数较小，抗粘结性 能好，并能有效降低 切削温度。 12a教类 （3 3）TiCTiCTiNTiN复合涂层复合涂层 第一层涂TiC，与刀 具基体粘牢不易脱 落。第二层涂TiN, 减少表面层与工件 间的摩擦。 （4 4）TiC-AlTiC-Al2 20 03 3复合涂层复合涂层 第一层涂TiC, 与刀具 基体粘牢不易脱落。第 二层涂Al203可使刀具表 面具有良好的化学稳定 性和抗氧化性能。 目前单涂层刀片已很

12、少应用，大多采用目前单涂层刀片已很少应用，大多采用TiC-TiNTiC-TiN 复合涂层或复合涂层或TiC-AlTiC-Al2 2O O3 3-TiN-TiN三复合涂层。三复合涂层。 13a教类 4 4其它刀具材料其它刀具材料 以氧化铝或以氮化硅为基体 以氧化铝或以氮化硅为基体 再添加少量金属，在高温下烧再添加少量金属，在高温下烧 结而成的一种刀具材料。结而成的一种刀具材料。 其优点是硬度高，耐磨性、 其优点是硬度高，耐磨性、 耐高温性能好，有良好的化学耐高温性能好，有良好的化学 稳定性和抗氧化性，与金属的稳定性和抗氧化性，与金属的 亲合力小。亲合力小。 其缺点是脆性大、抗弯强度 其缺点是脆性

13、大、抗弯强度 低，冲击韧性差，易崩刃，所低，冲击韧性差，易崩刃，所 以使用范围受到限制；以使用范围受到限制； 可用于钢、铸铁类零件的车 可用于钢、铸铁类零件的车 削、铣削加工。削、铣削加工。 （1 1）陶瓷刀具材料）陶瓷刀具材料 （2 2）金刚石刀具材料）金刚石刀具材料 碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转 碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转 化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。 也可用于加工高硬度的非金属材料，如石材、 也可用于加工高硬度的非金属材料，如石材、 压缩木材、玻璃等，还可加工有色金属，如铝压缩木材、玻璃等，还可加工有色金属，如铝 硅合

14、金材料以及复合难加工材料的精加工或超硅合金材料以及复合难加工材料的精加工或超 精加工。精加工。 缺点是热稳定性差，强度低、脆性大， 缺点是热稳定性差，强度低、脆性大， 对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强烈对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强烈 的化学亲合力，不能用于加工钢材。的化学亲合力，不能用于加工钢材。 14a教类 15a教类 （3 3）立方氮化硼）立方氮化硼 立方氮化硼（ 立方氮化硼（CBNCBN）是一种人工合成是一种人工合成 的新型刀具材料。的新型刀具材料。 它有很高的硬度及耐磨性，热稳定性 它有很高的硬度及耐磨性，热稳定性 好，化学惰性大，与铁系金属在好，化学惰性大，与铁系金属在13001300 时不易起化学反应，导热性好，摩擦系时不易起化学反应，导热性好，摩擦系 数低。数低。 因此可用于高温合金、冷硬铸铁、淬 因此可用于高温合金、