工程材料与热处理 课件 16刀具材料的选择

刀具材料的选择目录刀具材料性能要求01刀具结构形式02刀具刃部材料种类03工具钢刀具材料04硬质合金刀具材料05陶瓷刀具材料06汇报展示准备0701刀具材料性能要求高硬度和耐磨性刀具硬度的重要性耐磨性是衡量刀具材料抵抗磨损能力的重要指标，它直接影响到刀具的使用寿命和加工效率。高耐磨性意味着刀具在长时间使用后仍能保持较好的切削性能。耐磨性的作用通过合理的热处理工艺和选择合适的材料，可以显著提高刀具的硬度。例如，高速钢经过特定的热处理后，能在高温下保持较高的硬度和耐磨性。提高刀具硬度的方法刀具的硬度是决定其切削性能的关键因素，必须高于工件材料的硬度才能进行有效切削。高硬度确保了刀具在加工过程中不易磨损，延长了使用寿命。足够的强度和韧性强度与韧性的重要性刀具材料必须拥有足够的强度和韧性，以承受切削过程中的力、冲击和振动，防止刀具发生脆性断裂或崩刃，确保加工过程的稳定性和安全性。提高刀具耐用性通过增强材料的强度和韧性，可以显著提高刀具的耐用性和可靠性，减少因刀具损坏导致的停机时间和维护成本，从而提高生产效率和经济效益。选择合适的材料根据不同的加工需求和条件，选择具有适当强度和韧性的刀具材料至关重要，这有助于优化切削性能，延长刀具寿命，并适应各种复杂的加工环境。耐热性01刀具材料的耐热性刀具材料在高温下保持硬度和耐磨性的能力称为耐热性，这是衡量刀具性能的重要指标之一。03提高耐热性的方法通过优化材料的化学成分和微观结构，以及采用适当的热处理工艺，可以有效提高刀具材料的耐热性。影响耐热性的因素刀具材料的耐热性受多种因素影响，包括材料的化学成分、微观结构以及热处理工艺等。02工艺性能和经济性01锻造性能刀具材料应具备良好的锻造性能，这意味着在高温下能够保持足够的塑性和韧性，以便进行各种形状的加工。02热处理性能刀具材料需要有良好的热处理性能，通过淬火、回火等工艺提高硬度和耐磨性，同时保持一定的韧性，防止脆性断裂。03经济性考量在选择刀具材料时，除了考虑其技术性能外，还需要考虑其经济性，包括材料的采购成本、加工成本以及使用寿命等因素。02刀具结构形式整体式整体式刀具定义整体式刀具是由一个坯料制造而成的，一体成形的刀具。这种结构使得刀具具有更好的稳定性和耐用性，适用于各种加工环境。整体式刀具的优点整体式刀具的主要优点是其结构简单，制造成本低，且易于维护。此外，由于其一体成形的特性，整体式刀具在使用过程中不易出现断裂或磨损的情况。整体式刀具的应用整体式刀具广泛应用于各种机械加工领域，如车削、铣削、钻削等。特别是在高速钢刀具中，整体式结构更为常见，因为这种结构可以提供更好的切削性能和更长的使用寿命。分体式010203焊接式刀具结构焊接式刀具通过将切削部分的材料与刀体材料进行钎焊连接，常见于硬质合金刀具。这种结构形式使得刀具在保持高硬度的同时，也具备了一定的韧性和耐用性。机夹式刀具特点机夹式刀具采用机械夹持的方式固定切削部分，具有可拆换的优点。这种结构适用于硬质合金和陶瓷刀具，便于更换磨损的刀片，提高了刀具的使用寿命和经济效益。分体式刀具材料选择分体式刀具的刀体材料通常选用普通碳钢或合金钢，如45钢或40Cr，以确保足够的强度和韧性。而切削部分则根据加工需求选择合适的材料，以达到最佳的切削效果。03刀具刃部材料种类工具钢碳素工具钢合金工具钢是在碳素工具钢基础上加入Cr、Mo、W等合金元素，提高了材料的淬透性、韧性和耐热性。与碳素工具钢相比，合金工具钢刀具的性能显著提升，适用于更广泛的零件加工和更高的切削速度。合金工具钢高速钢通过加入大量W、Mo、Cr、V等合金元素，使其在600℃以下保持高硬度，适合高切削速度加工。其优越的热硬性和耐磨性使其成为加工常规材料工件的首选，具有显著的经济优势。高速钢碳素工具钢含碳量在0.65%至1.3%之间，通过淬火和低温回火后获得高硬度和耐磨性。尽管其热硬性较差，但因其价格低廉和良好的加工工艺性能，适用于切削速度较低的加工任务。硬质合金硬质合金的组成与制造硬质合金由金属碳化物和金属粘接剂高压成形后高温烧结而成，其硬度可达86HRA至93HRA，热硬性高达900至1000℃，耐磨性极佳。硬质合金的种类及应用硬质合金主要分为钨钴类、钨钛钴类和通用硬质合金，分别适用于加工铸铁、钢材等不同材料，具有高切削速度和长刀具寿命的优点。硬质合金的缺点与改进尽管硬质合金具有高硬度和耐磨性，但其脆性大且价格较高，通常通过制成刀片并采用焊接或机夹方式与刀体连接来克服这些缺点。陶瓷陶瓷刀具的硬度与耐磨性陶瓷刀具以其高硬度和出色的耐磨性著称，常温下硬度可达91～95HRA，远超硬质合金，使其在高速切削和难加工材料方面表现卓越。陶瓷刀具的耐热性陶瓷刀具的脆性问题陶瓷刀具具有极高的耐热性，即使在1200℃的高温下仍能保持80HRA的硬度，这一特性使其在高温环境下依然能维持良好的切削性能。尽管陶瓷刀具拥有高硬度和耐热性，但其脆性大、强度与韧性低是主要缺点，这限制了其在承受冲击载荷或进行重切削时的应用。010203超硬刀具材料金刚石刀具金刚石刀具以其无与伦比的硬度和耐磨性著称，是加工非铁金属和非金属材料的理想选择。其高热导性和低摩擦系数使其在高速切削中表现出色。立方氮化硼刀具立方氮化硼刀具具有仅次于金刚石的硬度，特别适合加工硬而脆的材料如淬硬钢和铸铁。它的化学稳定性和热稳定性使其在高温下仍保持高性能。聚晶立方氮化硼刀具聚晶立方氮化硼刀具通过高压高温烧结技术制成，结合了单晶和多晶的优点，提供了更好的韧性和抗冲击性，适用于断续切削和高效加工。涂层刀具材料01涂层刀具材料的种类涂层刀具材料主要包括硬质合金、陶瓷和超硬材料等，这些材料通过特殊的涂层工艺处理，以提高刀具的硬度、耐磨性和耐热性。02涂层技术的应用涂层技术广泛应用于各种刀具制造中，如车刀、铣刀等，通过在刀具表面涂覆一层或多层薄膜，显著提升刀具的使用寿命和加工效率。03涂层刀具的优势涂层刀具具有高硬度、高耐磨性和良好的热稳定性等优点，能够在高速切削和重负荷条件下保持优异的切削性能，是现代制造业的重要工具。04工具钢刀具材料碳素工具钢特点碳素工具钢的硬度与耐磨性碳素工具钢通过淬火和低温回火处理后，能够获得高硬度和良好的耐磨性，使其在切削加工中表现出色。由于碳素工具钢的价格相对较低，且退火后的加工工艺性能良好，因此在成本敏感的应用中具有显著优势。碳素工具钢的热硬性限制尽管碳素工具钢具有良好的硬度和耐磨性，但其热硬性较差，当切削温度超过250℃时，硬度会明显下降。碳素工具钢的成本优势合金工具钢特点合金元素提升性能在碳素工具钢的基础上，加入Cr、Mo、W、Si、Mn等合金元素，显著提高了材料的淬透性、韧性、耐磨性和耐热性，使合金工具钢的性能得到全面提升。热硬性改善合金工具钢的热硬性得到了显著改善，切削温度在250℃至300℃时，硬度依然能保持60HRC以上，这使得其在高温环境下仍能保持良好的切削性能。加工范围扩大与碳素工具钢相比，合金工具钢刀具的性能提高，使其可加工的零件范围和可采用的切削速度均有所扩大和提高，适应更广泛的加工需求。高速钢特点高速钢的热硬性高速钢在600℃以下能保持60HRC以上的硬度，这得益于其含有W和Mo等合金元素，这些元素提高了材料的回火抗力和二次硬化能力。高速钢的切削性能高速钢刀具能够采用比合金工具钢更高的切削速度进行切削，这使得其在加工常规材料时具有显著的效率优势，大大提高了加工效率。高速钢的经济性尽管高速钢刀具的成本高于碳素工具钢和合金工具钢，但由于其高切削速度和长寿命，对于加工常规材料的工件来说，使用高速钢材料刀具可具备更优的经济性。05硬质合金刀具材料钨钴类硬质合金钨钴类硬质合金的组成钨钴类硬质合金因其优异的耐磨性和热硬性，常用于加工铸铁、青铜等脆性材料及奥氏体不锈钢、钛合金等。钨钴类硬质合金的应用钨钴类硬质合金具有高硬度和良好的耐热性，但脆性较大，适用于非冲击性的切削环境。钨钴类硬质合金的性能特点钨钴类硬质合金主要由碳化钨（WC）和金属钴（Co）粉末烧结而成，其中钴的含量直接影响材料的韧性和硬度。钨钛钴类硬质合金钨钛钴类硬质合金的组成钨钛钴类硬质合金由碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）和金属钴（Co）粉末烧结而成，这种组合赋予了刀具高硬度和良好的耐磨性。钨钛钴类硬质合金的应用钨钛钴类硬质合金常用于加工各种钢材等塑性材料，其优异的切削性能使其在机械加工领域得到广泛应用。钨钛钴类硬质合金的限制尽管钨钛钴类硬质合金具有出色的切削性能，但它不适用于加工钛合金、硅铝合金等特定材料，这限制了其应用范围。通用硬质合金01通用硬质合金的组成通用硬质合金是在钨钛钴类硬质合金中加入碳化钽或碳化铌制成，这种组合使得YW类合金兼具了YG、YT类合金的性能，具有更高的综合性能和热硬性。通用硬质合金的应用范围通用硬质合金因其优异的性能，被广泛用于切削耐热钢、高锰钢、高速钢以及其他各种材料，是工业加工中不可或缺的高性能刀具材料。通用硬质合金的优势通用硬质合金不仅具有高硬度和耐磨性，还拥有良好的热硬性和韧性，这使得它在高温和重负荷的工作环境下仍能保持较长的使用寿命。020306陶瓷刀具材料氧化铝基陶瓷010203氧化铝基陶瓷的组成氧化铝基陶瓷主要由Al2O3和一定量的碳化物（如TiC）混合而成，通过热压工艺制成，这种组合赋予了刀具高硬度和优异的耐磨性。氧化铝基陶瓷的性能特点氧化铝基陶瓷具有极高的常温硬度和耐热性，在高速与超高速切削、干切削以及难加工材料的中等速度切削中表现出色。氧化铝基陶瓷的应用范围由于其优越的物理性能，氧化铝基陶瓷广泛应用于高速切削、干切削及难加工材料的加工