金属切削原理与刀具 第2章刀具材料

第2章刀具材料本章要点刀具材料应具备的性能常用刀具材料其它刀具材料涂层刀具12.1刀具材料应具备的性能高的硬度和耐磨性常温硬度60HRC以上，耐磨性是硬度、组织结构及化学性能等的综合反映。足够的强度和冲击韧性高耐热性、导热性以及抗粘结性

高温硬度、强度、耐磨性，抗氧化性、抗扩散粘结性等好的化学稳定性

良好的工艺性、经济性锻造性能、磨削性能、热处理性能等

注意：上述几项性能之间可能相互矛盾(如硬度高的刀具材料，其强度和韧性较低)。没有一种刀具材料能具备所有性能的最佳指标，而是各有所长。所以在选择刀具材料时应合理选用。23碳素工具钢是含碳量为0.65%～1.3%的优质碳素钢，常用钢号有T7A、T8A、T10A、T12A等。

特点：工艺性能良好，经适当热处理，硬度可达60HRC～64HRC，有较高的耐磨性，价格低廉。但热硬性差，在200℃～300℃时硬度开始降低，故允许的切削速度较低(5m/min～10m/min)。

应用：用于制造手用刀具、低速及小进给量的机用刀具。碳素工具钢2.2常用刀具材料4碳素钢刀具5特点：合金工具钢是在碳素工具钢中加入适当的合金元素铬(Cr)、硅(Si)、钨(W)、锰(Mn)、钒(V)等炼制而成的(合金元素总含量不超过3%～5%)，提高了刀具材料的韧性、耐磨性和耐热性。其耐热性达325℃～400℃，所以切削速度(10m/min～15m/min)比碳素工具钢提高

应用：用于制造细长的或截面积大、刃形复杂的刀具，如铰刀、丝锥和板牙等。合金工具钢2.2常用刀具材料62.2常用刀具材料2.2.1高速钢（一）普通高速钢（含碳量0.7～0.9%，62～66HRC）

特点：工艺性能好，具有较高的硬度、强度、耐磨性和韧性。可用于制造各种刃形复杂的刀具。切削普通钢料时的切削速度通常不高于40m/min～60m/min。主要用于一般材料的常规加工.普通高速钢又分为钨系高速钢和钨钼系高速钢两类。72.2常用刀具材料2.2.1高速钢（一）普通高速钢

1、

钨系高速钢。这类高速钢的典型牌号为W18Cr4V(简称W18)，含C量为0.7%～0.8%，含W18%，Cr4%、V1%。此类高速钢综合性能较好，可制造各种复杂刃型刀具。

2、

钨钼系高速钢。它是以Mo代替部分W发展起来的一种高速钢，典型牌号是W6Mo5Cr4V2(简称M2)，含碳量为0.8%～0.9%，含W6%、Mo5%、Cr4%、V2%。优点：是碳化物含量相应减少，而且颗粒细小分布均匀，因此抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性都略有提高，适于制造尺寸较大、承受冲击力较大的刀具(如滚刀、插刀)；又因Mo的存在，使其热塑性非常好，故特别适于轧制或扭制钻头等热成形刀具。其主要缺点是可磨削性略低于W18Cr4V。82.2常用刀具材料2.2.1高速钢（二）高性能高速钢

高性能高速钢是在普通高速钢成分中再添加一些C、V、Co(钴)、Al(铝)等合金元素，进一步提高耐热性能和耐磨性。这类高速钢刀具的耐用度为普通高速钢的1.5～3倍。应用：加工不锈钢、耐热钢、钛合金及高强度钢等难加工材料。92.2常用刀具材料2.2.1高速钢（二）高性能高速钢

1、

钴高速钢(W2Mo9Cr4VCo8，简称M42)。这是一种含Co超硬高速钢，常温硬度达67HRC～69HRC，具有良好的综合性能。Co能提高高温硬度，相应地提高了切削速度，因V含量不高，可磨性良好。2、

铝高速钢(W6Mo5Cr4V2Al，简称501)。铝高速钢是我国研制的无钴高速钢，是在W6Mo5Cr4V2的基础上增加铝、碳的含量，以提高钢的耐热性和耐磨性，并使其强度和韧性不降低。

102.2常用刀具材料2.2.1高速钢（三）粉末冶金高速钢

粉末冶金高速钢：是将熔炼的高速钢液用高压惰性气体雾化成细小粉末，将粉末在高温高压下制成刀坯，或压制成钢坯然后经轧制(或锻造)成材的一种刀具材料。

特点：与熔炼高速钢相比，由于碳化物细小，分布均匀，热处理变形小，因此粉末冶金高速钢耐磨性好和可磨削性均得到显著改善。

应用：适于制造切削难加工材料的刀具，特别适于制造各种精密刀具和形状复杂的刀具。1112高速钢刀具1314高速钢材料制成的中心钻金属碳化物(WC、TiC、TaC、NbC等)＋金属粘接剂(Co、Mo、Ni等)高压成形后，高温烧结而成。

硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差分类

YG

(K)

类

YT

(P)类

YW(M)类铸铁、有色金属钢材钢、铸铁、有色金属

WC+CoWC+TiC+CoWC+TiC+TaC(NbC）+Co

2.2常用刀具材料2.2.2硬质合金15常用硬质合金牌号及应用范围牌号应用范围YG3硬度、抗弯耐磨强度、性、韧性、切削进给速度量铸铁、有色金属、高温合金的精、半精加工，无冲击YA6冷硬铸铁、淬硬钢、有色金属及合金的精、半精加工YG6X铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精、半精加工，YG6铸铁、有色金属、高温合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属、高温合金粗加工，可用于断续切削YT30硬度、抗弯耐磨强度、切削韧性、速度进给碳素钢、合金钢的精加工YT15碳钢、合金钢连续切时粗、半精加工，断续切精加工YT5碳素钢、合金钢的粗加工，可用于断续切削YW1同上高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的精、半精加工YW2高强度钢、碳钢、铸铁、有色金属等的半精与粗加工YN05同上碳钢、合金钢的高速精车，系统刚性好的细长轴精车YN10碳钢、合金钢、淬硬钢连续表面的精加工16其它硬质合金2.2常用刀具材料2.2.2硬质合金1、

TiC、TiN基硬质合金以TiC、TiN、TiCN为基本成分，镍、钼作粘结剂。好的耐热性，化学稳定性好，抗粘结、抗氧化能力强，摩擦因数小，耐磨性高。但是冲击韧性较差。主要用于：对合金钢、淬硬钢精加工和半精加工。2、

超细晶粒硬质合金硬度和耐磨性高，强度和韧性好，由于晶粒细，可磨出锋利的切削刃。主要用于：不锈钢、钛合金等难加工材料的断续加工，并允许选用较低的速度进行切削加工。17硬质合金刀具182.3其它刀具材料2.3.1陶瓷刀具陶瓷材料是以氧化铝为主要成分在高温下烧结而成的。如：纯Al2O3陶瓷和TiC-Al2O3混合陶瓷两种。

优点：有很高的硬度和耐磨性；有很好的耐热性，在1200℃高温下仍能进行切削；有很好的化学稳定性和较低的摩擦因数，抗扩散和抗黏结能力强。

缺点：强度低、韧性差，抗弯强度仅为硬质合金的1/3～1/2；导热系数低，仅为硬质合金的1/5～1/2。

应用：钢、铸铁及塑性大的材料(如紫铜)的半精加工和精加工，对于冷硬铸铁、淬硬钢等高硬度材料加工特别有效；但不适于机械冲击和热冲击大的加工场合。192.3其它刀具材料2.3.2立方氮化硼

立方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成的，是20世纪70年代出现的新材料，硬度高达8000HV～9000HV，仅次于金刚石，耐热性却比金刚石好得多，在高于1300℃时仍可切削，且立方氮化硼的化学惰性大，与铁系材料在1200℃～1300℃高温下也不易起化学作用。应用：立方氮化硼作为一种新型超硬磨料和刀具材料，用于加工钢铁等黑色金属，特别是加工高温合金、淬火钢和冷硬铸铁等难加工材料，具有非常广阔得发展前途。2021立方氮化硼刀具2.3.3金刚石有三种：天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚石刀具和金刚石复合刀具。金刚石复合刀片是在硬质合金基体上烧结上一层厚度约0.5mm的金刚石，形成了金刚石与硬质合金的复合刀片。

特点：很好的耐磨性，用于加工硬质合金、陶瓷和高铝硅合金等高硬度、高耐磨材料，刀具耐用度比硬质合金提高几倍甚至几百倍；金刚石有非常锋利的切削刃，能切下极薄的切屑，加工冷硬现象较少；金刚石抗黏结能力强，不产生积屑瘤，很适于精密加工。但其耐热性差，切削温度不得超过700℃～800℃；强度低、脆性大，对振动很敏感，只宜微量切削；与铁的亲合力很强，不适于加工黑色金属材料。

应用：用于磨具及磨料，作为刀具多在高速下对有色金属及非金属材料进行精细切削。2223天然单晶金