第三章 刀具材料

1、l刀具材料是指刀具切削部刀具材料是指刀具切削部分的材料。分的材料。l刀具的切削能力直接影響刀具的切削能力直接影響生產(chǎn)率、加工質(zhì)量和加工生產(chǎn)率、加工質(zhì)量和加工成本。成本。l刀具的切削性能，主要取刀具的切削性能，主要取決于刀具材料。決于刀具材料。l高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性l足夠的強(qiáng)度和韌性足夠的強(qiáng)度和韌性l高的耐熱性高的耐熱性l良好的導(dǎo)熱性和較小的膨脹系數(shù)良好的導(dǎo)熱性和較小的膨脹系數(shù)l穩(wěn)定的化學(xué)性能和良好的抗粘結(jié)性能穩(wěn)定的化學(xué)性能和良好的抗粘結(jié)性能l良好的工藝性能和經(jīng)濟(jì)性良好的工藝性能和經(jīng)濟(jì)性 刀具切削部分是在刀具切削部分是在高溫、高壓及劇烈摩擦高溫、高壓及劇烈摩擦的惡劣條件下工作的。因此

2、，刀具材料應(yīng)具備的惡劣條件下工作的。因此，刀具材料應(yīng)具備以下基本性能。以下基本性能。（1）高的硬度和耐磨性）高的硬度和耐磨性刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必須刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度。高于工件材料的硬度。 刀具材料最低硬度應(yīng)在刀具材料最低硬度應(yīng)在60HRC以上。以上。 對于對于碳素工具鋼碳素工具鋼材料，在室溫條件下硬度應(yīng)在材料，在室溫條件下硬度應(yīng)在62HRC以上；以上；高速鋼高速鋼硬度為硬度為63HRC70HRC；硬硬質(zhì)合金質(zhì)合金刀具硬度為刀具硬度為89HRC93HRC。刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。 一般刀具一

3、般刀具硬度硬度越高，越高，耐磨性耐磨性越好。越好。 刀具金相組織中刀具金相組織中硬質(zhì)點(diǎn)硬質(zhì)點(diǎn)（如碳化物、氮化物等）越（如碳化物、氮化物等）越多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具耐磨性越好耐磨性越好。（2）足夠的強(qiáng)度和韌性）足夠的強(qiáng)度和韌性 刀具材料在切削時(shí)受到很大的切削力與刀具材料在切削時(shí)受到很大的切削力與沖擊力。沖擊力。 如車削如車削45鋼，在背吃刀量鋼，在背吃刀量ap4，進(jìn)給，進(jìn)給量量f 0.5/r的條件下，刀片所承受的切的條件下，刀片所承受的切削力達(dá)到削力達(dá)到4000N，可見，刀具材料必須具，可見，刀具材料必須具有較高的強(qiáng)度和較強(qiáng)的韌性。有較高的強(qiáng)度和較強(qiáng)的韌

4、性。 一般刀具材料的韌性用沖擊韌度一般刀具材料的韌性用沖擊韌度aK(P10)表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。（3）高的耐熱性）高的耐熱性刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標(biāo)刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標(biāo)志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱也稱熱硬性熱硬性。 刀具材料刀具材料高溫硬度越高，則耐熱性越好，高溫硬度越高，則耐熱性越好，在在高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強(qiáng)。高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強(qiáng)。（4）良好的導(dǎo)熱性和較小的膨脹系數(shù)）良好的導(dǎo)熱性和較小的膨脹系數(shù) 刀具導(dǎo)熱性好，表示切削產(chǎn)生

5、的熱量容易刀具導(dǎo)熱性好，表示切削產(chǎn)生的熱量容易傳導(dǎo)出去，降低了刀具切削部分溫度，減傳導(dǎo)出去，降低了刀具切削部分溫度，減少刀具磨損。少刀具磨損。 刀具材料導(dǎo)熱性好，其抗耐熱沖擊和抗熱刀具材料導(dǎo)熱性好，其抗耐熱沖擊和抗熱裂紋性能也強(qiáng)。裂紋性能也強(qiáng)。 線膨脹系數(shù)小，刀具的熱變形小，則加工線膨脹系數(shù)小，刀具的熱變形小，則加工誤差也小。誤差也小。（5）穩(wěn)定的化學(xué)性能和良好的抗粘結(jié)性能）穩(wěn)定的化學(xué)性能和良好的抗粘結(jié)性能這是要求刀具具有抗化學(xué)腐蝕的能力這是要求刀具具有抗化學(xué)腐蝕的能力 材料的化學(xué)性能穩(wěn)定，在高溫、高壓下，材料的化學(xué)性能穩(wěn)定，在高溫、高壓下，才能保持良好的抗擴(kuò)散、抗氧化的能力。才能保持良好的抗

6、擴(kuò)散、抗氧化的能力。 刀具材料和工件材料的親和力小，則刀具刀具材料和工件材料的親和力小，則刀具材料的抗粘結(jié)性能好，粘結(jié)磨損小。材料的抗粘結(jié)性能好，粘結(jié)磨損小。（6）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性）良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性 刀具不但要有良好的切削性能，本身還應(yīng)刀具不但要有良好的切削性能，本身還應(yīng)該易于制造，這要求刀具材料有較好的該易于制造，這要求刀具材料有較好的工工藝性藝性，如鍛造、熱處理、焊接、磨削、高，如鍛造、熱處理、焊接、磨削、高溫塑性變形等功能。溫塑性變形等功能。 經(jīng)濟(jì)性也是刀具材料的重要指標(biāo)之一，選經(jīng)濟(jì)性也是刀具材料的重要指標(biāo)之一，選擇刀具時(shí)，要擇刀具時(shí)，要考慮經(jīng)濟(jì)效果考慮經(jīng)濟(jì)效果，以降低生產(chǎn)，以降

7、低生產(chǎn)成本。成本。l刀具材料的種類很多，常用的有刀具材料的種類很多，常用的有工具鋼工具鋼（包括碳（包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼）素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼）、硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金、陶瓷陶瓷、金鋼石金鋼石和和立方氮化硼立方氮化硼等。等。 碳素工具鋼碳素工具鋼（如（如T10A、T12A）和合金工具和合金工具鋼鋼（如（如9SiCr、CrWMn） ，因其耐熱性很差，目，因其耐熱性很差，目前僅用于手工工具。前僅用于手工工具。l目前最常用的刀具材料是目前最常用的刀具材料是高速鋼高速鋼和和硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前高速鋼高速鋼用量約占刀具的用量約占刀具的60以上，以上，硬質(zhì)合金

8、硬質(zhì)合金的用量約占的用量約占30以上，隨以上，隨著著難加工難加工材料應(yīng)用的增加，材料應(yīng)用的增加，陶瓷刀具和超硬刀陶瓷刀具和超硬刀具材料具材料的使用量日益增長。的使用量日益增長。一、高速鋼的特點(diǎn)l高速鋼是加入了鎢高速鋼是加入了鎢（W）、鉬鉬（Mo）、鉻鉻（Cr）、釩釩（V）等合金元素的高合金等合金元素的高合金工具鋼。工具鋼。 由于合金元素與碳化合形成較多的由于合金元素與碳化合形成較多的高硬度碳化物高硬度碳化物， 如碳化釩，硬度高達(dá)如碳化釩，硬度高達(dá)2800HV，且，且晶粒細(xì)小，分布均勻晶粒細(xì)小，分布均勻。而且。而且合金元素和碳原子結(jié)合力很強(qiáng)合金元素和碳原子結(jié)合力很強(qiáng)，提高了馬，提高了馬氏體受熱時(shí)

9、的穩(wěn)定性。氏體受熱時(shí)的穩(wěn)定性。高速鋼的特點(diǎn)高速鋼的特點(diǎn) ： （1）高速鋼具有）高速鋼具有較高的硬度較高的硬度（熱處理硬度（熱處理硬度可達(dá)可達(dá)HRC62 67）和）和耐熱性耐熱性（切削溫度可（切削溫度可達(dá)達(dá)550600C），與，與碳素工具鋼碳素工具鋼和和合金工合金工具鋼具鋼相比相比切削速度切削速度可提高可提高1 3倍，故得名倍，故得名“高速鋼高速鋼”，提高，提高耐用度耐用度10 40倍。倍。 鉻在鋼中提高了鉻在鋼中提高了淬透性淬透性，使小型刀具在，使小型刀具在空氣空氣中冷卻就能中冷卻就能淬硬淬硬，且能，且能刃磨得鋒利刃磨得鋒利，故，故高速鋼又有高速鋼又有“風(fēng)鋼風(fēng)鋼”或或“鋒鋼鋒鋼”之稱?？杉又Q

10、?？杉庸ぐüぐㄓ猩饘?、高溫合金有色金屬、高溫合金在內(nèi)的范圍廣泛在內(nèi)的范圍廣泛的材料。的材料。 (2)高速鋼具有高速鋼具有高的強(qiáng)度高的強(qiáng)度(抗彎強(qiáng)度為一般抗彎強(qiáng)度為一般硬質(zhì)合金的硬質(zhì)合金的23倍，為陶瓷的倍，為陶瓷的56倍倍)和和韌韌性性，抗沖擊振動的能力較強(qiáng)，適宜制造，抗沖擊振動的能力較強(qiáng)，適宜制造各各類刀具類刀具。(3)高速鋼刀具高速鋼刀具制造工藝簡單制造工藝簡單，能鍛造，容，能鍛造，容易磨出鋒利的刀刃，因此在復(fù)雜刀具易磨出鋒利的刀刃，因此在復(fù)雜刀具(鉆頭、鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等)的制的制造中，高速鋼占有重要的地位。造中，高速鋼占有重要的

11、地位。高速鋼分類：高速鋼分類：(1）按）按用途用途不同，可分為不同，可分為通用型（普通型）高速通用型（普通型）高速鋼鋼和和高性能高速鋼高性能高速鋼；(2）按制造）按制造工藝方法工藝方法不同，可分為不同，可分為熔煉高速鋼熔煉高速鋼和和粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼。通用型高速鋼通用型高速鋼鎢系高速鋼鎢系高速鋼鎢鉬系高速鋼鎢鉬系高速鋼鎢系高速鋼：鎢系高速鋼： 其代表是其代表是W18Cr4V(簡稱簡稱w18)是我國最常用是我國最常用的一種高速鋼。的一種高速鋼。 由于含由于含釩量較少釩量較少，磨削性能好磨削性能好，其，其刃口容易刃口容易磨得鋒利平直磨得鋒利平直，綜合性能好，通用性強(qiáng)。，綜合性能好，通用性

12、強(qiáng)。 常溫常溫硬度硬度可達(dá)可達(dá)6366HRC，在，在600高溫時(shí)高溫時(shí)能保持的硬度能保持的硬度48.5HRC左右。特別是左右。特別是熱處理工熱處理工藝性好，淬火時(shí)過熱傾向小藝性好，淬火時(shí)過熱傾向小，抵抗塑性變形能，抵抗塑性變形能力強(qiáng)。力強(qiáng)。 可用于可用于精加工精加工的的復(fù)雜刀具復(fù)雜刀具，如螺紋車刀，成，如螺紋車刀，成形車刀，寬刃精刨刀、拉刀、齒輪刀具等。形車刀，寬刃精刨刀、拉刀、齒輪刀具等。 W18鋼的缺點(diǎn)是鋼的缺點(diǎn)是碳化物分布常不均勻，碳化物分布常不均勻，剩余碳化物顆粒較大剩余碳化物顆粒較大。如鍛造不均，則會。如鍛造不均，則會影響影響薄刃刀具薄刃刀具的壽命、制造的壽命、制造較大截面較大截面刀

13、具刀具時(shí)，時(shí)，強(qiáng)度顯得不夠強(qiáng)度顯得不夠(抗彎強(qiáng)度僅為抗彎強(qiáng)度僅為22 .3GPa)，只有在制造，只有在制造小截面小截面刀具時(shí)，才獲刀具時(shí)，才獲得滿意的強(qiáng)度得滿意的強(qiáng)度(33.4GPa)。此外，。此外，W18鋼鋼熱塑性較差，不適合作熱軋刀具熱塑性較差，不適合作熱軋刀具。鎢鉬系高速鋼：鎢鉬系高速鋼： W6Mo5Cr4V2(簡稱簡稱M2)是我國是我國常用的典型鎢鉬常用的典型鎢鉬系高速鋼種。系高速鋼種。 用用1%的鉬可代替的鉬可代替2的鎢，的鎢，鉬鉬的加入使鋼中合的加入使鋼中合金元素減少金元素減少，從而，從而減小減小了碳化物了碳化物數(shù)量數(shù)量及其分布的及其分布的不均勻性不均勻性，細(xì)化細(xì)化了晶粒。了晶粒。

14、 與與W18鋼相比，鋼相比，M2鋼鋼抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度提高約提高約17，沖擊韌度提高約沖擊韌度提高約40%以上，而且以上，而且大截面刀具大截面刀具也具也具有同樣的有同樣的強(qiáng)度和韌性強(qiáng)度和韌性，可用于制造截面，可用于制造截面較大的刀較大的刀具具，或承受，或承受較大沖擊力較大沖擊力的刀具的刀具(如插齒刀如插齒刀)以及結(jié)以及結(jié)構(gòu)構(gòu)較薄弱較薄弱的刀具的刀具(如麻花鉆、絲錐等如麻花鉆、絲錐等)。 M2鋼的熱塑性很好，磨削加工性能好，鋼的熱塑性很好，磨削加工性能好，特別適用于特別適用于制造軋制或扭制鉆頭制造軋制或扭制鉆頭等熱成形等熱成形刀具，是目前各國使用較多的一種高速鋼。刀具，是目前各國使用較多的一種高速

15、鋼。 M2鋼的缺點(diǎn)是鋼的缺點(diǎn)是熱硬性和高溫硬度熱硬性和高溫硬度略低略低于于W18鋼，故鋼，故高溫切削性能稍遜高溫切削性能稍遜。此外，。此外，熱處理時(shí)熱處理時(shí)脫碳傾向大脫碳傾向大，較易氧化較易氧化，淬火溫淬火溫度范圍較窄度范圍較窄。鎢鉬系高速鋼：鎢鉬系高速鋼： W9Mo3Cr4V是根據(jù)我國資源研制的牌號。是根據(jù)我國資源研制的牌號。 其抗彎強(qiáng)度和韌性均比其抗彎強(qiáng)度和韌性均比M2鋼好，高溫鋼好，高溫?zé)崴苄砸埠?，而且淬火過熱、脫碳敏感小，熱塑性也好，而且淬火過熱、脫碳敏感小，具有良好的切削性能。具有良好的切削性能。三、高性能高速鋼在普通高速鋼中加入一些其他合金元素在普通高速鋼中加入一些其他合金元素（C

16、、V、Co、Al），），以提高其耐熱性和以提高其耐熱性和耐磨性。耐磨性。主要用來加工主要用來加工奧氏體不銹鋼、高溫合金、奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金和超高強(qiáng)度鋼鈦合金和超高強(qiáng)度鋼等難加工材料，這類等難加工材料，這類高速鋼的高速鋼的不同牌號不同牌號只有在只有在各自的規(guī)定切削各自的規(guī)定切削條件下條件下使用才能達(dá)到良好的切削性能。使用才能達(dá)到良好的切削性能。常用牌號常用牌號:(1)高碳高速鋼高碳高速鋼: 9W18Cr4V(9W18) , 9W6Mo5Cr4V2(CM2) 。 其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從普通高速鋼的其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從普通高速鋼的0.70.8增加到增加到0. 9l .0%，使常溫硬度提高，使常溫硬

17、度提高到到6668HRC，600c時(shí)高溫硬度提高到時(shí)高溫硬度提高到5152HRC。 適用于適用于耐磨性耐磨性要求高的鉸刀、锪鉆，絲錐要求高的鉸刀、锪鉆，絲錐以及加工較硬材料以及加工較硬材料(220250HBS)的刀具。的刀具。(2)含鋁高速鋼含鋁高速鋼 鋁高速鋼鋁高速鋼W6Mo5cr4V2A1(簡稱簡稱501)和和W10Mo4Cr4V3Al(簡稱簡稱5F一一6)是我國是我國獨(dú)創(chuàng)的獨(dú)創(chuàng)的新鋼種新鋼種，這種鋼常溫硬度為，這種鋼常溫硬度為6769HRC，600C高溫時(shí)硬度為高溫時(shí)硬度為5455HRc，切削性能，切削性能相當(dāng)于相當(dāng)于鈷高速鋼鈷高速鋼M42，刀具壽命比，刀具壽命比W18cr4V顯著提高顯

18、著提高(至少至少12倍倍)，而價(jià)格卻相差不多，而價(jià)格卻相差不多，用這種鋼做的齒輪滾刀允許用這種鋼做的齒輪滾刀允許l 67ms的切削的切削速度。速度。(3)鈷高速鋼鈷高速鋼M42(W2Mo9Cr4VCo8) 和和W10Mo4Cr4V3Co10 高速鋼中加入高速鋼中加入鈷鈷可提高鋼的可提高鋼的熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性，促，促進(jìn)進(jìn)回火時(shí)碳化物的析出回火時(shí)碳化物的析出，增加，增加彌散硬化彌散硬化效果，效果，提高回火硬度。從而提高常溫和高溫硬度及抗提高回火硬度。從而提高常溫和高溫硬度及抗氧化能力。氧化能力。 由于由于鈷鈷的的熱導(dǎo)率較高熱導(dǎo)率較高，加入鈷可以改善高，加入鈷可以改善高速鋼的速鋼的導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性，并，并

19、降低摩擦因數(shù)降低摩擦因數(shù)，從而提高切，從而提高切削速度。削速度。（4）高釩高速鋼）高釩高速鋼 W6Mo5Cr4V3、W12Cr4V4Mo 高釩高速鋼質(zhì)量分?jǐn)?shù)在高釩高速鋼質(zhì)量分?jǐn)?shù)在35，由，由于形成大量于形成大量高硬度耐磨高硬度耐磨的碳化釩彌散在的碳化釩彌散在鋼中，提高了高速鋼的耐磨性，且能鋼中，提高了高速鋼的耐磨性，且能細(xì)細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性化晶粒和降低鋼的過熱敏感性。四、粉末冶金高速鋼 是是20世紀(jì)世紀(jì)70年代開發(fā)的新型刀具材料，其工年代開發(fā)的新型刀具材料，其工藝方法是用藝方法是用高壓惰性氣體高壓惰性氣體（氬氣或氮?dú)猓┗颍鍤饣虻獨(dú)猓┗蚋邏焊邏红F化霧化高速鋼得到高速鋼得到細(xì)小細(xì)小的高

20、速鋼粉末，再經(jīng)熱壓制的高速鋼粉末，再經(jīng)熱壓制成刀具毛坯。成刀具毛坯。與熔煉高速鋼相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：與熔煉高速鋼相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）能解決）能解決碳化物偏析碳化物偏析 普通普通熔煉高速鋼熔煉高速鋼在鑄錠時(shí)會產(chǎn)生在鑄錠時(shí)會產(chǎn)生粗大碳化物粗大碳化物共共晶偏析，碳化物晶粒尺寸大到晶偏析，碳化物晶粒尺寸大到8020m。而。而粉末粉末冶金高速鋼碳化物冶金高速鋼碳化物晶粒為晶粒為25 m ，且無碳化物偏，且無碳化物偏析，從而提高了析，從而提高了鋼的強(qiáng)度、韌性和硬度鋼的強(qiáng)度、韌性和硬度，其硬度，其硬度可達(dá)可達(dá)6 970HRC。（2） 能保證各向同性能保證各向同性 由于粉末冶金的工藝特點(diǎn)，保證了粉末冶金高由

21、于粉末冶金的工藝特點(diǎn)，保證了粉末冶金高速速鋼的各向同性，從而鋼的各向同性，從而減小了熱處理內(nèi)應(yīng)力和變減小了熱處理內(nèi)應(yīng)力和變形，適合制造各種形，適合制造各種精密和復(fù)雜精密和復(fù)雜刀具。刀具。（3）磨削加工性好）磨削加工性好 釩釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5的粉末冶金高速鋼的的粉末冶金高速鋼的磨削磨削加工性加工性，相當(dāng)于，相當(dāng)于釩釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2的普通高的普通高速鋼。磨削效率比熔煉高速鋼高速鋼。磨削效率比熔煉高速鋼高23倍，表面倍，表面粗糙度值顯著減小粗糙度值顯著減小。 （4） 能制造超硬高速鋼能制造超硬高速鋼 粉末冶金高速鋼新工藝，為在現(xiàn)有高速鋼中加粉末冶金高速鋼新工藝，為在現(xiàn)有高速鋼中加入

22、入高碳化物高碳化物(TiC和和NbC)和制造和制造超硬高速鋼超硬高速鋼新材料新材料提供了可能性提供了可能性。 （5） 能節(jié)約鋼材和工時(shí)能節(jié)約鋼材和工時(shí) 用粉末冶金直接用粉末冶金直接壓制刀坯壓制刀坯時(shí)，可大大減小加時(shí)，可大大減小加工余量、節(jié)約鋼材和工時(shí)。工余量、節(jié)約鋼材和工時(shí)。五、高速鋼刀具的表面涂層l表面涂層處理的目的表面涂層處理的目的 是為了在刀具表面形成硬度高、耐磨是為了在刀具表面形成硬度高、耐磨性好的表面層，以減少刀具磨損，提性好的表面層，以減少刀具磨損，提高刀具的切削性能。高刀具的切削性能。l表面涂層的方法表面涂層的方法 有蒸汽處理、低溫氣體氮碳共滲、輝光離子有蒸汽處理、低溫氣體氮碳共

23、滲、輝光離子滲氮等。此外還可采用真空濺射的方法在刀滲氮等。此外還可采用真空濺射的方法在刀具表面沉積一層具表面沉積一層TiC或或TiN（約（約10m）。）。l涂層高速鋼是一種復(fù)合材料涂層高速鋼是一種復(fù)合材料 基體是強(qiáng)度、韌性好的高速鋼，表層是具有基體是強(qiáng)度、韌性好的高速鋼，表層是具有高硬度、高耐磨性的其他材料。高硬度、高耐磨性的其他材料。 優(yōu)點(diǎn)：切削力小，切削溫度可下降約25%，切削速度、進(jìn)給量可提高一倍，刀具壽命可顯著提高。l硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬的金屬碳化物碳化物(碳化鎢碳化鎢WC、碳化鈦、碳化鈦TiC、碳、碳化鉭化鉭TaC，碳化鈮，碳化鈮NbC等等)與金

24、屬粘與金屬粘結(jié)劑結(jié)劑(鈷、鎳、鉬鈷、鎳、鉬等等)在在高溫下燒結(jié)高溫下燒結(jié)而而成的粉末冶金制品。成的粉末冶金制品。l高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物含量高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物含量高，故其硬度、耐熱性和耐磨性都高，故其硬度、耐熱性和耐磨性都超過高速鋼，允許切削溫度高達(dá)超過高速鋼，允許切削溫度高達(dá)8001000。因此，切削速度遠(yuǎn)高。因此，切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼。于高速鋼。l但硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度低、韌性差，但硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度低、韌性差，怕沖擊振動，工藝性能差，不易做怕沖擊振動，工藝性能差，不易做成形狀復(fù)雜的整體刀具。因此目前成形狀復(fù)雜的整體刀具。因此目前還不能完全取代高速鋼。還不能完全取代高速鋼。l硬質(zhì)合金

25、的物理、力學(xué)性能取決于硬質(zhì)合金的物理、力學(xué)性能取決于合金成份、粉末顆粒的粗細(xì)以及合合金成份、粉末顆粒的粗細(xì)以及合金的燒結(jié)工藝。金的燒結(jié)工藝。l金屬碳化物所占比例大，則硬度高，金屬碳化物所占比例大，則硬度高，耐磨性也好；耐磨性也好；l粘結(jié)劑含量高，則抗彎強(qiáng)度和沖擊粘結(jié)劑含量高，則抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性會有所提高；韌性會有所提高；l晶粒越細(xì)，硬度越高。晶粒越細(xì)，硬度越高。二、普通硬質(zhì)合金的分類、牌號和性能 常用的硬質(zhì)合金有常用的硬質(zhì)合金有鎢鈷鎢鈷類（類（YGYG類類) )、鎢鈦鈷鎢鈦鈷類類(YT(YT類類) )和通用和通用硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金(YW(YW類類) )三類。三類。硬質(zhì)合金牌號的表示方法：硬質(zhì)合

26、金牌號的表示方法：YG6X硬的漢硬的漢語拼音語拼音第一個(gè)第一個(gè)字母字母G6鎢鈷類合金及鎢鈷類合金及鈷含量鈷含量.T15鎢鈷鈦類合鎢鈷鈦類合金及金及TiC含量含量.W鎢鈦鉭鎢鈦鉭(鈮鈮)鈷鈷類合金。類合金。N鎢鈦鎳鉬合金鎢鈦鎳鉬合金附加字母分別表附加字母分別表示示X細(xì)晶粒細(xì)晶粒C粗晶粒粗晶粒N加鈮元素加鈮元素A加鉭元素加鉭元素1）鎢鈷類（）鎢鈷類（YG） YG類硬質(zhì)合金主要由類硬質(zhì)合金主要由碳化鎢碳化鎢（WC）和）和鈷鈷（Co）組成，常用的牌號有組成，常用的牌號有YG3、YG6、YG8等。等。 YG類硬質(zhì)合金的類硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性較好，較好，不易不易崩刃崩刃，很適宜切

27、削，很適宜切削切屑切屑呈呈崩碎狀的鑄鐵崩碎狀的鑄鐵等等脆性脆性材料。材料。 YG類硬質(zhì)合金的類硬質(zhì)合金的刃磨性刃磨性較好，較好，刃口刃口可以磨得較可以磨得較鋒鋒利利，故切削有，故切削有色金屬色金屬等合金的效果也較好。由于等合金的效果也較好。由于YG類硬質(zhì)合金的類硬質(zhì)合金的耐熱性和耐磨性較差耐熱性和耐磨性較差，因此一般不用于，因此一般不用于普通鋼材的切削加工。普通鋼材的切削加工。 但它的韌性好，導(dǎo)熱系數(shù)較大，可以用來但它的韌性好，導(dǎo)熱系數(shù)較大，可以用來加工不加工不銹鋼和高溫合金鋼銹鋼和高溫合金鋼等難加工材料。等難加工材料。2） 鎢鈦鈷類鎢鈦鈷類(YT類類) YT類硬質(zhì)合金主要由類硬質(zhì)合金主要由碳

28、化鎢、碳化鈦和碳化鎢、碳化鈦和鈷鈷組成，常用的牌號有組成，常用的牌號有YT5、YTl5、YT30等。等。它里面加入了它里面加入了碳化鈦碳化鈦后，增加了硬質(zhì)合金的后，增加了硬質(zhì)合金的硬度、耐熱性、抗粘接性和抗氧化硬度、耐熱性、抗粘接性和抗氧化能力。能力。 但由于但由于YT類硬質(zhì)合金的類硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度和沖擊抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性較差韌性較差，故主要用于切削切屑一般呈，故主要用于切削切屑一般呈帶狀帶狀的普通碳鋼及合金鋼等塑性材料。的普通碳鋼及合金鋼等塑性材料。3） 通用硬質(zhì)合金通用硬質(zhì)合金(YW類類) 鎢鈦鉭鎢鈦鉭(鈮鈮)鈷鈷類硬質(zhì)合金類硬質(zhì)合金(YW類類)它是在普通硬質(zhì)它是在普通硬質(zhì)合金中合金中加

29、入了少量加入了少量的的稀有高熔點(diǎn)稀有高熔點(diǎn)金屬碳化鉭（金屬碳化鉭（TaC)或碳化鈮或碳化鈮(NbC)，能阻止，能阻止WC晶粒在燒結(jié)過程中長大，晶粒在燒結(jié)過程中長大，起到細(xì)化晶粒的作用。從而提高了硬質(zhì)合金的起到細(xì)化晶粒的作用。從而提高了硬質(zhì)合金的韌性韌性和耐熱性和耐熱性，使其具有較好的綜合切削性能。，使其具有較好的綜合切削性能。 YW硬質(zhì)合金主要用于硬質(zhì)合金主要用于不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼的加工，也適用于的加工，也適用于普通碳鋼和鑄鐵普通碳鋼和鑄鐵的加工，因此被的加工，因此被稱為通用型硬質(zhì)合金，常用的牌號有稱為通用型硬質(zhì)合金，常用的牌號有YWl、YW2等。等。 硬質(zhì)合金的選用

30、l各種硬質(zhì)合金的應(yīng)用見表各種硬質(zhì)合金的應(yīng)用見表3-2l硬質(zhì)合金的性能，主要取決于金屬碳硬質(zhì)合金的性能，主要取決于金屬碳化物的種類、性能、數(shù)量、粒度和粘化物的種類、性能、數(shù)量、粒度和粘結(jié)劑的份量結(jié)劑的份量表表 1 1- -1 1 各各 種種 硬硬 質(zhì)質(zhì) 合合 金金 的的 應(yīng)應(yīng) 用用 范范 圍圍 牌 號 應(yīng) 用 范 圍 YG3X鑄 鐵 、 有 色 金 屬 及 其 合 金 的 精 加 工 、 半 精 加 工 、 不 能 承受 沖 擊 載 荷 YG3鑄 鐵 、 有 色 金 屬 及 其 合 金 的 精 加 工 、 半 精 加 工 、 不 能 承受 沖 擊 載 荷 YG6X普 通 鑄 鐵 、 冷 硬 鑄

31、鐵 、 高 溫 合 金 的 精 加 工 、 半 精 加 工 YG6鑄 鐵 、 有 色 金 屬 及 其 合 金 的 半 精 加 工 和 粗 加 工 YG8鑄 鐵 、 有 色 金 屬 及 其 合 金 、 非 金 屬 材 料 的 粗 加 工 ， 也 可用 于 斷 續(xù) 切 削 YG6A冷 硬 鑄 鐵 、 有 色 金 屬 及 其 合 金 的 半 精 加 工 ， 亦 可 用 于 高錳 鋼 、 淬 硬 鋼 的 半 精 加 工 和 精 加 工 YT30碳 素 鋼 、 合 金 鋼 的 精 加 工 YT15 YT14碳 素 鋼 、 合 金 鋼 在 連 續(xù) 切 削 時(shí) 的 粗 加 工 、 半 精 加 工 ， 亦可

32、用 于 斷 續(xù) 切 削 時(shí) 精 加 工 YT5碳 素 鋼 、 合 金 鋼 的 粗 加 工 ， 可 用 于 斷 續(xù) 切 削 YW1高 溫 合 金 、 高 錳 鋼 、 不 銹 鋼 等 難 加 工 材 料 及 普 通 鋼 料 、鑄 鐵 、 有 色 金 屬 及 其 合 金 的 半 精 加 工 和 精 加 工 YW2硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量高 溫 合 金 、 高 錳 鋼 、 不 銹 鋼 等 難 加 工 材 料 及 普 通 鋼 料 、鑄 鐵 、 有 色 金 屬 及 其 合 金 的 粗 加 工 和 半 精 加 工三、其他硬質(zhì)合金及其使用性能超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金l其其WC的粒度則在的粒度則在0

33、.21m之間，其中之間，其中大多數(shù)在大多數(shù)在0.5m以下以下l是一種高硬度、高強(qiáng)度兼?zhèn)涞挠操|(zhì)合金，是一種高硬度、高強(qiáng)度兼?zhèn)涞挠操|(zhì)合金，具有硬質(zhì)合金的高硬度和高速鋼的高強(qiáng)具有硬質(zhì)合金的高硬度和高速鋼的高強(qiáng)度度l可用于間斷切削，特別是難加工材料的可用于間斷切削，特別是難加工材料的間斷切削間斷切削鋼結(jié)硬質(zhì)合金 l代號為代號為YE。它以它以WC、TiC作硬質(zhì)相作硬質(zhì)相（占（占3040），以高速鋼，以高速鋼（或合金（或合金鋼）鋼）作粘結(jié)相作粘結(jié)相（占（占6070）l硬度、強(qiáng)度與韌性介于高速鋼和硬質(zhì)硬度、強(qiáng)度與韌性介于高速鋼和硬質(zhì)合金之間；可以進(jìn)行鍛造、切削、熱合金之間；可以進(jìn)行鍛造、切削、熱處理與焊接處

34、理與焊接l可用于制造模具、拉刀、銑刀等形狀可用于制造模具、拉刀、銑刀等形狀復(fù)雜的刀具復(fù)雜的刀具 涂層硬質(zhì)合金 l在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，采用在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，采用化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積或物理氣相沉積(PVD)的工藝方法，涂覆一薄的工藝方法，涂覆一薄層層(約約512um)高硬度、耐磨性高、難熔金屬化合物高硬度、耐磨性高、難熔金屬化合物(TlC、TiN、AL2O3等等) 而獲得的。這樣，既保持了而獲得的。這樣，既保持了基體的強(qiáng)度和韌性，又使表面有基體的強(qiáng)度和韌性，又使表面有更高的硬度更高的硬度(可達(dá)可達(dá)1 5003000HV)和和耐磨性耐磨性、更小的摩擦因數(shù)

35、和高的耐、更小的摩擦因數(shù)和高的耐熱性熱性(達(dá)達(dá)8001200)。TiC涂層刀片：銀灰色，涂層刀片：銀灰色，57m。TiN涂層刀片：金黃色，涂層刀片：金黃色，812m。 碳化鈦碳化鈦的的硬度硬度比比氮化鈦高氮化鈦高，抗磨損性能好，對于，抗磨損性能好，對于會產(chǎn)生劇烈磨損的刀具，會產(chǎn)生劇烈磨損的刀具，碳化鈦涂層碳化鈦涂層較好。較好。 氮化鈦氮化鈦與金屬的與金屬的親和力小親和力小，潤滑性能好，在容易產(chǎn)，潤滑性能好，在容易產(chǎn)生生粘結(jié)粘結(jié)的條件下，的條件下，氮化鈦涂層氮化鈦涂層較好。較好。 在在高速切削高速切削產(chǎn)生大量熱量的場合，以采用產(chǎn)生大量熱量的場合，以采用氧化鋁涂氧化鋁涂層層為好，因?yàn)檠趸X在高溫下

36、有良好的熱穩(wěn)定性能。為好，因?yàn)檠趸X在高溫下有良好的熱穩(wěn)定性能。l可分為單涂層、雙涂層、和多涂層等可分為單涂層、雙涂層、和多涂層等l涂層刀片在涂層刀片在高速切削鋼件和鑄鐵高速切削鋼件和鑄鐵時(shí)能獲得良好效時(shí)能獲得良好效果，比未涂層刀片的刀具壽命提高果，比未涂層刀片的刀具壽命提高13倍，高倍，高者可達(dá)者可達(dá)510倍。倍。但但不適于切削高溫合金、鈦合金、不適于切削高溫合金、鈦合金、有色金屬及某些非金屬，不能采用焊接結(jié)構(gòu)，不能有色金屬及某些非金屬，不能采用焊接結(jié)構(gòu)，不能重磨使用。重磨使用。陶瓷刀具陶瓷刀具陶瓷l按化學(xué)成分可分為：按化學(xué)成分可分為：純氧化鋁純氧化鋁AL2O3陶瓷、陶瓷、復(fù)合氧化鋁復(fù)合氧化

37、鋁AL2O3TiC陶瓷、復(fù)合氮化陶瓷、復(fù)合氮化硅硅Si3N4TiCCo陶瓷陶瓷l高溫硬度很高，在高溫硬度很高，在1200時(shí)，硬度尚能達(dá)時(shí)，硬度尚能達(dá)到到80HRA，仍具較好的切削性能仍具較好的切削性能l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，導(dǎo)熱能抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，導(dǎo)熱能力低和線膨脹系數(shù)大。對沖擊十分敏感，力低和線膨脹系數(shù)大。對沖擊十分敏感，容易破裂。容易破裂。l 主要用于主要用于半精加工和精加工高硬度、高強(qiáng)度鋼半精加工和精加工高硬度、高強(qiáng)度鋼和冷硬鑄鐵和冷硬鑄鐵等材料。等材料。金剛石刀具金剛石刀具激光金剛石切割片激光金剛石切割片金剛石砂輪金剛石砂輪金剛石刀具 金剛石是碳的金剛石是碳的同素異

38、構(gòu)體同素異構(gòu)體，分，分天然天然金剛石金剛石和和人造人造金剛石金剛石（人造聚晶金剛石刀具；復(fù)合聚晶金（人造聚晶金剛石刀具；復(fù)合聚晶金剛石刀具）剛石刀具）。人造金剛石是在。人造金剛石是在高溫高溫( (約約20002000C)C)、高壓高壓(5(59GPa)9GPa)和和金屬觸媒金屬觸媒作用的條件下，由作用的條件下，由石墨石墨轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化而成的。而成的。有極高的硬度和耐磨性有極高的硬度和耐磨性 人造金剛石的硬度高達(dá)人造金剛石的硬度高達(dá)10000HV，比硬質(zhì)合金的，比硬質(zhì)合金的硬度硬度(13001800HV)和陶瓷的硬度高幾倍，是世界和陶瓷的硬度高幾倍，是世界已發(fā)現(xiàn)的已發(fā)現(xiàn)的最硬材料最硬材料。人造金剛石的

39、耐磨性為硬質(zhì)合。人造金剛石的耐磨性為硬質(zhì)合金的金的6080倍。倍。有鋒利的切削刃有鋒利的切削刃 人造金剛石的人造金剛石的切削刃鈍圓半徑很小切削刃鈍圓半徑很小，能進(jìn)行超，能進(jìn)行超精密微量切削，使已加工表面冷硬層很小，精密微量切削，使已加工表面冷硬層很小，尺寸尺寸精度和幾何形狀精度精度和幾何形狀精度可達(dá)到可達(dá)到31m，表面粗糙度，表面粗糙度值可達(dá)到值可達(dá)到Ra0.020.06 m ），可實(shí)現(xiàn)），可實(shí)現(xiàn)鏡面鏡面加工。加工。有很高的導(dǎo)熱性有很高的導(dǎo)熱性 人造金剛石有較低的人造金剛石有較低的線膨脹系數(shù)和摩擦系數(shù)線膨脹系數(shù)和摩擦系數(shù)。其熱導(dǎo)率約為硬質(zhì)臺金的其熱導(dǎo)率約為硬質(zhì)臺金的27倍，陶瓷的倍，陶瓷的73

40、6倍，而熱膨脹系數(shù)只有硬質(zhì)臺金的倍，而熱膨脹系數(shù)只有硬質(zhì)臺金的1/1l和陶瓷的和陶瓷的18。固此，切削熱變形小，尺寸精度穩(wěn)定。固此，切削熱變形小，尺寸精度穩(wěn)定。耐熱性較差耐熱性較差 人造金剛石的溫度超過人造金剛石的溫度超過800C時(shí)就會碳化時(shí)就會碳化而失去切削能力；且與鐵有而失去切削能力；且與鐵有較強(qiáng)的化學(xué)親和力較強(qiáng)的化學(xué)親和力。高溫時(shí)金剛石中的碳元素會很快擴(kuò)散到鐵中去，高溫時(shí)金剛石中的碳元素會很快擴(kuò)散到鐵中去，而使刃口而使刃口“破裂破裂”。因此，。因此，金剛石刀具一般不適金剛石刀具一般不適于加工鐵系金屬。于加工鐵系金屬。 強(qiáng)度很低強(qiáng)度很低 人造金剛石人造金剛石脆性大脆性大，抗，抗沖擊能力差沖

41、擊能力差，對，對振動振動很敏感很敏感，要求機(jī)床精度高、平穩(wěn)性好，且只適于切，要求機(jī)床精度高、平穩(wěn)性好，且只適于切削層面積不大的精細(xì)加工。削層面積不大的精細(xì)加工。使用場合：使用場合： 人造金剛石主要用于制作人造金剛石主要用于制作磨具和磨磨具和磨料料，用作刀具材料時(shí)，多用于在，用作刀具材料時(shí)，多用于在高速下高速下精細(xì)車削或鏜削精細(xì)車削或鏜削有色金屬及非金屬材料。有色金屬及非金屬材料。 尤其是用它切削加工尤其是用它切削加工硬質(zhì)合金、硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金及耐磨塑料等高硬度、陶瓷、高硅鋁合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨性高耐磨性的材料時(shí)，具有很大的優(yōu)越性。的材料時(shí)，具有很大的優(yōu)越性。立方氮化硼刀具立

42、方氮化硼刀具（CBN）立方氮化硼（CBN） 立方氮化硼是由立方氮化硼是由六方氮化六方氮化硼硼（俗稱白石墨）在（俗稱白石墨）在高溫高壓高溫高壓下加入催化劑下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成的。轉(zhuǎn)變而成的。 CBN刀片可用機(jī)械夾固刀片可用機(jī)械夾固或焊接的方法固定在刀桿上，或焊接的方法固定在刀桿上，也可以將立方氮化硼與硬質(zhì)合也可以將立方氮化硼與硬質(zhì)合金壓制在一起成為復(fù)合刀片金壓制在一起成為復(fù)合刀片。 它是它是70年代才發(fā)展起來的年代才發(fā)展起來的一種新型刀具材料，其特點(diǎn)：一種新型刀具材料，其特點(diǎn)：硬度很高硬度很高 可達(dá)到可達(dá)到HV80009000 熱穩(wěn)定性好熱穩(wěn)定性好 立方氮化硼具有比金剛石更好的立方氮化硼具有比金

43、剛石更好的熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性，其，其耐熱性可達(dá)耐熱性可達(dá)13001400C，其高溫硬度高于陶，其高溫硬度高于陶瓷刀具。當(dāng)溫度高達(dá)瓷刀具。當(dāng)溫度高達(dá)1370 C以上時(shí)，才開始由以上時(shí)，才開始由立方晶體轉(zhuǎn)變?yōu)榱骄w而軟化。因此，立方晶體轉(zhuǎn)變?yōu)榱骄w而軟化。因此，CBN適適合在高速下加工高溫合金。合在高速下加工高溫合金。 化學(xué)穩(wěn)定性好化學(xué)穩(wěn)定性好 立方氮化硼具有比金剛石更好的立方氮化硼具有比金剛石更好的化學(xué)惰性化學(xué)惰性，在，在1000 C以下時(shí)，不發(fā)生氧化現(xiàn)象，與鐵系金屬以下時(shí)，不發(fā)生氧化現(xiàn)象，與鐵系金屬在在12001300 C時(shí)也不易起化學(xué)反應(yīng)。時(shí)也不易起化學(xué)反應(yīng)。 因此，在高速下切削因此，在高

44、速下切削淬火鋼，冷硬鑄鐵淬火鋼，冷硬鑄鐵時(shí)其時(shí)其粘接和擴(kuò)散粘接和擴(kuò)散磨損較小，但在高溫時(shí)磨損較小，但在高溫時(shí)(1000以上以上)易與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)易與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)有較高的熱導(dǎo)率和較小的摩擦系數(shù)有較高的熱導(dǎo)率和較小的摩擦系數(shù) 立方氮化硼立方氮化硼的的熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率比比金剛石金剛石低低(約為金剛石約為金剛石的的12)但遠(yuǎn)高于陶瓷刀具，且熱導(dǎo)率隨溫度的但遠(yuǎn)高于陶瓷刀具，且熱導(dǎo)率隨溫度的升高而增加。這一性能對降低刀尖處的溫度大升高而增加。這一性能對降低刀尖處的溫度大有好處，并且摩擦系數(shù)小。有好處，并且摩擦系數(shù)小。強(qiáng)度及韌性較差強(qiáng)度及韌性較差 立方氮化硼立方氮化硼的抗彎強(qiáng)度約為陶瓷刀具的的抗彎強(qiáng)度約為陶瓷刀具的1512，一般只用于精加工，一般只用于精加工 根據(jù)根據(jù)CBN的性能特點(diǎn)，它最適于加工的性能特點(diǎn)，它最適于加工高硬度淬高硬度淬火鋼、高溫合金火鋼、高溫合金等。特別在精鏜小直徑孔時(shí)等