刀具材料課件

§2—1刀具材料應當具備的性能一、刀具切削材料應具備的性能

在切削加工中，刀具切削部分不但要求承受切削過程中的高溫、高壓及沖擊載荷，而且還要受到切屑及工件的強烈摩擦。1、刀具的工作環(huán)境2、刀具切削材料應具備下列性能：

（1）高的硬度和耐磨性

§2—1刀具材料應當具備的性能一、刀具切削材料應具備的性11）刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，否則在高溫高壓下，就不能保持刀具鋒利的幾何形狀。2）一般在常溫下，刀具硬度都在HRC60以上。3）耐磨性指刀具材料抵抗磨損的能力，一般刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。但對同硬度的刀具，其耐磨性還取決與它們的顯微組織。耐磨性越好的材料碳化物顆粒越多，晶粒越細，分布越均勻。1）刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，否則在高溫高壓下，2（2）足夠的強度和韌性切削時刀具承受很大的切削力和沖擊，如車削45鋼時，當=4mm，f=0.5mm/r時刀具要承受約4000N的切削力，因此刀具必須具有足夠的抗彎強度和沖擊韌性，防止切削過程中刀具發(fā)生脆性斷裂和崩刃。（3）高的耐熱性耐熱性又稱熱硬性或紅硬性，是衡量刀具材料切削性能的主要指標。它是指在高溫下保持材料硬度的性能，可用高溫硬度表示。高溫硬度越高，表示材料的耐熱性好，刀具材料在高溫下抗塑性變形的能力、抗磨損的能力也越強。耐熱性越好的材料允許的切削速度越高。（4）良好的工藝性（5）經(jīng)濟性（2）足夠的強度和韌性切削時刀具承受很大的切削力和沖擊3二、常用刀具材料的種類當前常用刀具材料可分為工具鋼（包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼）、硬質合金、陶瓷、超硬材料四大類。一、碳素工具鋼是含碳量在0﹒70﹪～1﹒35﹪的優(yōu)質高碳鋼，用牌號T8A、T10A、T12A等。

碳素工具鋼的優(yōu)點是價格低廉，切削刃可磨得很鋒利，一般用來做切削速度低，尺寸較小的手動工具。如絲錐、銼刀及手鋸條等。1。淬火后硬度為60～64HRC，與一般高速鋼相近，2。耐熱性很差，當切削刃溫度超過200℃～250℃時，硬度將急劇下降，失去切削能力。因此碳素工具鋼只能在8m/min～10m/min的切削速度下工作。3。碳素工具鋼的淬透性差，淬火時在水中急劇冷卻，容易產(chǎn)生淬火變形和開裂。二、常用刀具材料的種類當前常用刀具材料可分為工具鋼（包括碳素4

二、合金工具鋼是在碳素工具鋼中加入一定量的合金元素，如鎢、鉻、鉬、釩、錳、硅等組成的工具鋼。常用的合金工具鋼有9SiCr、CrWMn等。這些鋼淬火后的硬度達60～65HRC，與碳素工具鋼差別不大，但耐熱性稍高，約300℃～400℃。因此切削速度可比碳素工具鋼高20﹪左右。主要用于制造絲錐、板牙、絞刀等要求熱處理變形小的低速刀具。

目前機加工中應用最多的是高速鋼和硬質合金。隨著難加工材料應用的增加，陶瓷刀具、金剛石等超硬材料的使用量日益增長，它們的顯微硬度很高，具有優(yōu)良的抗磨損性能，刀具壽命長，能保證高的加工精度，應予以足夠的重視。二、合金工具鋼是在碳素工具鋼中加入一定量的合金元素5§2—2高速鋼

高速鋼是含有較多的鎢（W）、（Mo）、鉻（Cr）、釩（V）的高合金工具鋼。它具有較高的耐熱性，切削溫度在500~600℃時仍能保持高硬度，從而允許的切削速度比碳素工具鋼和合金工具鋼提高1～3倍，鉻提高了高速鋼鋼的淬透性，使小型刀具在空氣中冷卻就能淬硬，且刃磨時能獲得鋒利的刃口，故高速鋼又有“風鋼”、“鋒鋼”之稱。因其刃口顏色呈白色，又稱“白鋼”?！?—2高速鋼高速鋼是含有較多的鎢（W）、（Mo）6

高速鋼是綜合性能好、應用廣泛的一種刀具材料。它可以承受較大的切削力和沖擊，其強度和韌性是現(xiàn)有刀具材料中最高的（其抗彎強度是硬質合金的2~3倍，韌性是硬質合金的9~10倍），具有一定的硬度和耐磨性，同時高速鋼還具有良好的工藝性，特別適合于制造各種復雜及大型成形刀具，如成形車刀、各種銑刀、鉆頭、拉刀、齒輪刀具和螺紋刀具等，可以加工從有色金屬到高溫合金的各種材料。高速鋼是綜合性能好、應用廣泛的一種刀具材料。它可以7

高速鋼按性能可分為普通高速鋼和特殊用途的高性能高速鋼。按制造工藝可分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。一、普通高速鋼

按化學成分不同，普通高速鋼可分為鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼。1．鎢系高速鋼這種鋼的典型代表是W18Cr4V（簡稱W18），它含W18﹪、Cr4﹪、V1﹪,具有較好的綜合性能（見表2—1），可制造各種復雜的刀具，是我國最常用的一種高速鋼。W18鋼的缺點是碳化物分布不均勻，不宜作大截面的刀具；此外，W18鋼熱塑性較差，不適合作熱軋刀具。由于上述缺點和國際市場上鎢價格的提高，W18鋼逐漸被新鋼種代替。高速鋼按性能可分為普通高速鋼和特殊用途的高性能高速鋼。82．鎢鉬系高速鋼

W6Mo5Cr4V2（簡稱M2）是我國常用的典型鎢鉬系高速鋼種。它以Mo取代一部分W，其碳化物細小，分布均勻，抗彎強度比W18Cr4V高28﹪～34﹪、抗沖擊韌性要高70﹪、熱塑性也非常好，主要用于軋制或扭制麻花鉆。M2鋼的缺點是熱處理容易脫碳，較易氧化，淬火溫度范圍較窄。W9Mo3Cr4V（簡稱W9）是我國自行研制的新鋼種。其硬度、強度、熱塑性略高于W6Mo5Cr4V2，此鋼種易軋易鍛，具有良好的切削性能2．鎢鉬系高速鋼W6Mo5Cr4V2（簡稱M2）是我9二、高性能高速鋼高性能高速鋼是指在普通高速鋼中加一些鈷、釩、鋁等合金元素及增加一些含碳量，進一步提高耐磨性和耐熱性的新型高速鋼。一般加熱到630℃～650℃仍可保持60HRC的硬度，因此切削性能優(yōu)于普通高速鋼，壽命是普通高速鋼的1﹒5～3倍。適合于高強度鋼、高溫合金、鈦合金、不銹鋼等難加工材料的切削加工。我國最常用的高性能高速鋼有鈷高速鋼和鋁高速鋼，典型牌號有W2Mo9Cr4V2Co8、W6Mo5Cr4V2Al等。二、高性能高速鋼高性能高速鋼是指在普通高速鋼中加一些鈷、釩、101．W2Mo9Cr4V2Co8（簡稱M42）屬于鈷高速鋼。它具有良好的綜合性能，硬度高達HRC67~69，600℃達HRC55，因此能適用于較高的切削速度。但這種鋼由于鈷含量較高（我國鈷主要靠進口），價格昂貴。2．W6Mo5Cr4V2Al（簡稱501）為我國獨創(chuàng)的含鋁無鈷的超硬高速鋼，其高溫硬度、抗彎強度和沖擊韌性均與M42相當，具有優(yōu)良的切削性能。因不含鈷，加工成本低，適合我國國情，已在我國推廣使用。但501鋼熱敏感性較強，因此其熱處理工藝要求較高。1．W2Mo9Cr4V2Co8（簡稱M42）屬于鈷高11三、粉末冶金高速鋼

碳化物偏析是影響熔煉高速鋼制造質量的主要原因。采用粉末冶金法可解決此問題，提高刀具質量。

粉末冶金高速鋼用高壓惰性氣體（如氬氣或純氮氣）將熔融的鋼液霧化成粉末，再經(jīng)過高溫高壓下燒結制成鋼坯或刀坯后，再經(jīng)軋制（或鍛造）成材。

粉末冶金高速鋼克服了熔煉高速鋼產(chǎn)生的碳化物偏析現(xiàn)象，得到細小均勻的結晶組織，可以提高鋼的硬度、強度；減小熱處理變形并改善了磨削加工性。粉末冶金高速鋼適合制造精密復雜的刀具和斷續(xù)切削的刀具。目前此類高速鋼成本較高，應用尚少。但今后可能成為制造斷續(xù)切削刀具的主要材料。三、粉末冶金高速鋼碳化物偏析是影響熔煉高速鋼制造質量的主12四、涂層高速鋼

涂層刀具材料是在刀具材料（如高速鋼或硬質合金）的基體上，涂上一層幾微米厚的高硬度、高耐磨性的金屬化學物而構成的。這種刀具材料既有基體的強度韌性，又使表面有更高的硬度和耐磨性，性能優(yōu)異。自60年代出現(xiàn)以來發(fā)展迅速，應用廣泛。涂層高速鋼是用物理氣相沉積法（PVD）在高速鋼刀具基體上涂覆一薄層TiN而成的刀具材料。由于基體是強度、韌性較好的高速鋼，表層是硬度和耐磨性很高的TiN涂層，同時TiN涂層有較高的熱穩(wěn)定性，與鋼的摩擦系數(shù)較低，且與高速鋼結合牢固，所以涂層高速鋼刀具壽命比不涂層高速鋼的刀具壽命提高2~10倍。目前涂層高速鋼已在鉆頭、齒輪刀具、拉刀、絲錐等結構復雜刀具上廣泛應用。除TiN涂層外，近來還開發(fā)了TiCN、TiAlN等涂層。這些涂層高速鋼顯著提高了刀具的切削性能，在切削不銹鋼、鑄鐵時性能更好。四、涂層高速鋼涂層刀具材料是在刀具材料（如高速鋼或硬質13刀具材料課件14刀具材料課件15§2—1刀具材料應當具備的性能一、刀具切削材料應具備的性能

在切削加工中，刀具切削部分不但要求承受切削過程中的高溫、高壓及沖擊載荷，而且還要受到切屑及工件的強烈摩擦。1、刀具的工作環(huán)境2、刀具切削材料應具備下列性能：

（1）高的硬度和耐磨性

§2—1刀具材料應當具備的性能一、刀具切削材料應具備的性161）刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，否則在高溫高壓下，就不能保持刀具鋒利的幾何形狀。2）一般在常溫下，刀具硬度都在HRC60以上。3）耐磨性指刀具材料抵抗磨損的能力，一般刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。但對同硬度的刀具，其耐磨性還取決與它們的顯微組織。耐磨性越好的材料碳化物顆粒越多，晶粒越細，分布越均勻。1）刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，否則在高溫高壓下，17（2）足夠的強度和韌性切削時刀具承受很大的切削力和沖擊，如車削45鋼時，當=4mm，f=0.5mm/r時刀具要承受約4000N的切削力，因此刀具必須具有足夠的抗彎強度和沖擊韌性，防止切削過程中刀具發(fā)生脆性斷裂和崩刃。（3）高的耐熱性耐熱性又稱熱硬性或紅硬性，是衡量刀具材料切削性能的主要指標。它是指在高溫下保持材料硬度的性能，可用高溫硬度表示。高溫硬度越高，表示材料的耐熱性好，刀具材料在高溫下抗塑性變形的能力、抗磨損的能力也越強。耐熱性越好的材料允許的切削速度越高。（4）良好的工藝性（5）經(jīng)濟性（2）足夠的強度和韌性切削時刀具承受很大的切削力和沖擊18二、常用刀具材料的種類當前常用刀具材料可分為工具鋼（包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼）、硬質合金、陶瓷、超硬材料四大類。一、碳素工具鋼是含碳量在0﹒70﹪～1﹒35﹪的優(yōu)質高碳鋼，用牌號T8A、T10A、T12A等。

碳素工具鋼的優(yōu)點是價格低廉，切削刃可磨得很鋒利，一般用來做切削速度低，尺寸較小的手動工具。如絲錐、銼刀及手鋸條等。1。淬火后硬度為60～64HRC，與一般高速鋼相近，2。耐熱性很差，當切削刃溫度超過200℃～250℃時，硬度將急劇下降，失去切削能力。因此碳素工具鋼只能在8m/min～10m/min的切削速度下工作。3。碳素工具鋼的淬透性差，淬火時在水中急劇冷卻，容易產(chǎn)生淬火變形和開裂。二、常用刀具材料的種類當前常用刀具材料可分為工具鋼（包括碳素19

二、合金工具鋼是在碳素工具鋼中加入一定量的合金元素，如鎢、鉻、鉬、釩、錳、硅等組成的工具鋼。常用的合金工具鋼有9SiCr、CrWMn等。這些鋼淬火后的硬度達60～65HRC，與碳素工具鋼差別不大，但耐熱性稍高，約300℃～400℃。因此切削速度可比碳素工具鋼高20﹪左右。主要用于制造絲錐、板牙、絞刀等要求熱處理變形小的低速刀具。

目前機加工中應用最多的是高速鋼和硬質合金。隨著難加工材料應用的增加，陶瓷刀具、金剛石等超硬材料的使用量日益增長，它們的顯微硬度很高，具有優(yōu)良的抗磨損性能，刀具壽命長，能保證高的加工精度，應予以足夠的重視。二、合金工具鋼是在碳素工具鋼中加入一定量的合金元素20§2—2高速鋼

高速鋼是含有較多的鎢（W）、（Mo）、鉻（Cr）、釩（V）的高合金工具鋼。它具有較高的耐熱性，切削溫度在500~600℃時仍能保持高硬度，從而允許的切削速度比碳素工具鋼和合金工具鋼提高1～3倍，鉻提高了高速鋼鋼的淬透性，使小型刀具在空氣中冷卻就能淬硬，且刃磨時能獲得鋒利的刃口，故高速鋼又有“風鋼”、“鋒鋼”之稱。因其刃口顏色呈白色，又稱“白鋼”?！?—2高速鋼高速鋼是含有較多的鎢（W）、（Mo）21

高速鋼是綜合性能好、應用廣泛的一種刀具材料。它可以承受較大的切削力和沖擊，其強度和韌性是現(xiàn)有刀具材料中最高的（其抗彎強度是硬質合金的2~3倍，韌性是硬質合金的9~10倍），具有一定的硬度和耐磨性，同時高速鋼還具有良好的工藝性，特別適合于制造各種復雜及大型成形刀具，如成形車刀、各種銑刀、鉆頭、拉刀、齒輪刀具和螺紋刀具等，可以加工從有色金屬到高溫合金的各種材料。高速鋼是綜合性能好、應用廣泛的一種刀具材料。它可以22

高速鋼按性能可分為普通高速鋼和特殊用途的高性能高速鋼。按制造工藝可分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。一、普通高速鋼

按化學成分不同，普通高速鋼可分為鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼。1．鎢系高速鋼這種鋼的典型代表是W18Cr4V（簡稱W18），它含W18﹪、Cr4﹪、V1﹪,具有較好的綜合性能（見表2—1），可制造各種復雜的刀具，是我國最常用的一種高速鋼。W18鋼的缺點是碳化物分布不均勻，不宜作大截面的刀具；此外，W18鋼熱塑性較差，不適合作熱軋刀具。由于上述缺點和國際市場上鎢價格的提高，W18鋼逐漸被新鋼種代替。高速鋼按性能可分為普通高速鋼和特殊用途的高性能高速鋼。232．鎢鉬系高速鋼

W6Mo5Cr4V2（簡稱M2）是我國常用的典型鎢鉬系高速鋼種。它以Mo取代一部分W，其碳化物細小，分布均勻，抗彎強度比W18Cr4V高28﹪～34﹪、抗沖擊韌性要高70﹪、熱塑性也非常好，主要用于軋制或扭制麻花鉆。M2鋼的缺點是熱處理容易脫碳，較易氧化，淬火溫度范圍較窄。W9Mo3Cr4V（簡稱W9）是我國自行研制的新鋼種。其硬度、強度、熱塑性略高于W6Mo5Cr4V2，此鋼種易軋易鍛，具有良好的切削性能2．鎢鉬系高速鋼W6Mo5Cr4V2（簡稱M2）是我24二、高性能高速鋼高性能高速鋼是指在普通高速鋼中加一些鈷、釩、鋁等合金元素及增加一些含碳量，進一步提高耐磨性和耐熱性的新型高速鋼。一般加熱到630℃～650℃仍可保持60HRC的硬度，因此切削性能優(yōu)于普通高速鋼，壽命是普通高速鋼的1﹒5～3倍。適合于高強度鋼、高溫合金、鈦合金、不銹鋼等難加工材料的切削加工。我國最常用的高性能高速鋼有鈷高速鋼和鋁高速鋼，典型牌號有W2Mo9Cr4V2Co8、W6Mo5Cr4V2Al等。二、高性能高速鋼高性能高速鋼是指在普通高速鋼中加一些鈷、釩、251．W2Mo9Cr4V2Co8（簡稱M42）屬于鈷高速鋼。它具有良好的綜合性能，硬度高達HRC67~69，600℃達HRC55，因此能適用于較高的切削速度。但這種鋼由于鈷含量較高（我國鈷主要靠進口），價格昂貴。2．W6Mo5Cr4V2Al（簡稱501）為我國獨創(chuàng)的含鋁無鈷的超硬高速鋼，其高溫硬度、抗彎強度和沖擊韌性均與M42相當，具有優(yōu)良的切削性能。因不含鈷，加工成本低，適合我國國情，已在我國推廣使用。但501鋼熱敏感性較強，因此其熱處理工藝要求較高。1．W2Mo9Cr4V2C