刀具材料机制-

常用刀具材料

目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷等。碳素工具钢

碳素工具钢是一种含C量较高的优质钢（含C一般为0.65～1.35%）。

1、常用牌号有T7A、T8A……T13A等

2、主要性能淬火后硬度较高，可达HRC61～65；红硬性为200℃～250℃，价格低廉，不耐高温，切削速度因此而不能提高，允许切削速度VC≤10m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、锯条、锉等。

合金工具钢

在碳素工具钢中加入一定量的铬（Cr）、钨（W）、锰（Mn）等合金元素，能够提高材料的耐热性、耐磨性和韧性，同时还可以减少热处理时的变形。

1、主要牌号有9SiCrCrWMn2、主要性能淬火后的硬度可达HRC61～65，红硬性为300℃～400℃，允许切削速度Vc=10～15m/min,制作低速、形状比较复杂、要求淬火后变形小的刀具。如板牙、拉刀、手用铰刀（孔的精加工）等。常用刀具材料

高速钢的分类常用刀具材料普通高速钢W18Cr4V属钨系高速钢，其综合机械性能好，可用于制造包括复杂刀具在内的各类刀具。它的优点是淬火时过热倾向小，（过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向），热处理工艺便于控制；含V量少，可磨削性好。缺点是碳化物分布不均匀；热塑性差，很难用热成型方法制造刀具。W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2属钨钼系高速钢，具有碳化物分布均匀、韧性好、热塑性好的特点，将逐步取代W18Cr4V，缺点是可磨削性比W18Cr4V略差。

高性能高速钢对于强度和硬度较高的难加工材料，采用普通高速钢刀具的切削效果不理想，切削速度不能超过30m/min，因此近年来采用新技术措施来改善高速钢刀具的切削性能。调整普通高速钢的基本化学成分，添加一些C、V、Co、Al等合金元素，使其机械性能和切削性能显著提高，这就是高性能高速钢。高性能高速钢可以用于切削不锈钢、高强度钢、高温合金、钛合金等难加工材料。例如加钴形成钴高速钢W2Mo9Cr4VCo8（M42），它的特点是综合性能好，硬度接近HRC70，高温硬度高（可磨削性也好，但由于含有钴元素，所以价格较贵。加铝形成铝高速钢W6Mo5Cr4V2AI(501)，它是我国独创的无钴高速钢，。它的优点是无钴而成本低，缺点是可磨削性略低于M42，切热处理温度较难控制。加铝形成铝高速钢W6Mo5Cr4V2AI(501)，它是我国独创的无钴高速钢，它的优点是无钴而成本低，缺点是可磨削性略低于M42，且热处理温度较难控制。铝能提高钨、钼等元素在钢中的溶解度，并可阻止晶粒长大，因此，高温硬度、热塑性与韧性提高。在切削温度作用下，刀具表面可形成氧化铝薄膜，减小与切屑的摩擦。

1、钨钴钛类硬质合金YG：

WC+Co①常用牌号：YG3、YG6、YG8（3、6、8、代表Co含量占3%、6%、8%）②应用：

主要用于加工铸铁、青铜等脆性材料，不适合加工钢料，因为在640℃时发生严重粘结，使刀具磨损，耐用度下降。常用刀具材料

2、钨钴钛类硬质合金（YT）：硬质相（WC+TiC）+粘结相（Co）①常用牌号：YT5、YT14、YT15、YT30（数字表示TiC的百分含量）②应用：

主要用于加工钢材及有色金属，一般不用与加工含Ti的材料,如1Cr15Ni9Ti,Ti与Ti的亲合力较大，使刀具磨损较快。常用刀具材料3、添加稀有金属硬质合金钨钽（铌）钴类硬质合金（YA）和钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW），是在钨钴钛类硬质合金（YT）中加入TaC(NbC),可提高其抗弯强度、疲劳强度和冲击韧性，提高和金的高温硬度和高温强度，提高抗氧化能力和耐磨性。这类合金可以用于加工铸铁及有色金属，也可用于加工钢材，因此常成为通用硬质合金，他们主要用于加工难加工材料。4、碳化钛基硬质合金（YN）这种合金有很高的耐磨性，有较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳定性好，与工件材料的亲合力小，抗粘结能力较强。主要用于钢材、铸铁的精加工、半精加工和粗加工。常用刀具材料5高速钢基硬质合金以TiC或WC作硬质相（占30%~40%），以高速钢作粘结剂（占60%~70%），用粉末冶金工艺制成。其性能介于硬质合金和高速钢之间，具有良好的耐磨性和韧性，锻造、热处理和切削加工性较好，适用于制造复杂刀具。6涂层硬质合金的选用涂层硬质合金是采用韧性较好的基体（如硬质合金刀片或高速钢等），通过化学气相沉积和真空溅射等方法，对硬质合金表面涂层厚度为5～12μm的涂层材料以提高刀具的抗磨损能力。涂层材料为TiC、TiN、Al2O3等。适合于各种钢材、铸铁的半精加工和精加工，也适合于负荷较小的精加工。常用刀具材料1.5.4超硬刀具材料1.陶瓷常用的刀具陶瓷有两种：Al2O3基陶瓷Al2O3基陶瓷氧化铝基陶瓷具有如下特点：a.有很高的硬度和耐磨性；b.有很高的耐热性。1200°C还能进行切削；c.有很高的化学稳定性。陶瓷与金属的亲和力小，抗扩散和粘结的能力较好。e.有较低的摩擦系数，切屑与刀具不易产生粘结。加工表面粗糙度值较小。f.抗弯强度低，冲击韧性差。g.导热性差。氧化铝陶瓷的分类：（1）纯氧化铝陶瓷主要由Al2O3加微量添加剂（如MgO），经冷压烧结而成，是一种廉价的非金属刀具材料。其抗弯强度为400~500N/㎜²，硬度HRA91~92。由于抗弯强度太低，难以推广应用。（2）复合氧化铝陶瓷复合氧化铝陶瓷是在Al2O3基体中添加高硬度、难熔碳化物（如TiC），并加入一些其它金属（如镍、钼）进行热压而成的一种陶瓷。其抗弯强度为800N/㎜²以上，硬度达到HRA93~94。多用于各种金属材料的半精加工和精加工，特别适合于淬硬钢、冷硬铸铁的加工。不宜进行断续切削（3）SiC晶须增强的氧化铝陶瓷在Al2O3基体中加入SiC和ZrO2晶须而形成晶须陶瓷，大大提高了韧性，切削性能明显改善。SiC是一种单晶，具有一定的纤维结构，平均直径为0.6μm，其抗拉强度大于7GPa，起加强棒的作用，可改善材料的断裂韧性。价格高，比普通陶瓷的成本贵3-4倍。复合氮化硅陶瓷在Si3N4基体中添加TiC等化合物和金属Co等进行热压，可以制成复合氮化硅陶瓷。它的机械性能与复合氧化铝陶瓷相近，强度和韧性高于氧化铝陶瓷，特别适合于切削冷硬铸铁和淬硬钢。由于陶瓷的原料在自然界中容易得到，且价格低廉，因而是一种极有发展前途的刀具材料。2.立方氮化硼氮化硼的性能和形状同石墨很相似。六方氮化硼经高温高压处理转化为立方氮化硼（CBN）。立方氮化硼是六方氮化硼的同素异构体，其硬度仅次于金刚石。立方氮化硼的热稳定性和化学惰性优于金刚石，金刚石在700~800℃时即石墨化，而立方氮化硼可耐1300~1500℃的高温。用于切削淬硬钢、冷硬铸钢、高温合金等，切削速度比硬质合金高5倍。3.金刚石

金刚石分天然和人造两种，它们都是碳的同素异构体。其硬度高达HV10000，是自然界中最硬的材料。天然金刚石的硬度高于人造金刚石，但价格昂贵。人造金刚石是在高温高压条件下，借助于某些合金的触媒作用，由石墨转化而成。金刚石的特点具有极高的硬度和耐磨性；刀具使用寿命可比硬质合金高几倍到几百倍。金刚石的切削刃非常锋利，摩擦系数小，切削时不易产生积屑瘤。热稳定性差。当温度高于700℃