刀具材料機制-

常用刀具材料

目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金及陶瓷等。碳素工具鋼

碳素工具鋼是一種含C量較高的優(yōu)質鋼（含C一般為0.65～1.35%）。

1、常用牌號有T7A、T8A……T13A等

2、主要性能淬火后硬度較高，可達HRC61～65；紅硬性為200℃～250℃，價格低廉，不耐高溫，切削速度因此而不能提高，允許切削速度VC≤10m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、鋸條、銼等。

合金工具鋼

在碳素工具鋼中加入一定量的鉻（Cr）、鎢（W）、錳（Mn）等合金元素，能夠提高材料的耐熱性、耐磨性和韌性，同時還可以減少熱處理時的變形。

1、主要牌號有9SiCrCrWMn2、主要性能淬火后的硬度可達HRC61～65，紅硬性為300℃～400℃，允許切削速度Vc=10～15m/min,制作低速、形狀比較復雜、要求淬火后變形小的刀具。如板牙、拉刀、手用鉸刀（孔的精加工）等。常用刀具材料

高速鋼的分類常用刀具材料普通高速鋼W18Cr4V屬鎢系高速鋼，其綜合機械性能好，可用于制造包括復雜刀具在內的各類刀具。它的優(yōu)點是淬火時過熱傾向小，（過熱：加熱溫度過高或在高溫下保溫時間過長，引起奧氏體晶粒粗化稱為過熱。粗大的奧氏體晶粒會導致鋼的強韌性降低，脆性轉變溫度升高，增加淬火時的變形開裂傾向），熱處理工藝便于控制；含V量少，可磨削性好。缺點是碳化物分布不均勻；熱塑性差，很難用熱成型方法制造刀具。W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2屬鎢鉬系高速鋼，具有碳化物分布均勻、韌性好、熱塑性好的特點，將逐步取代W18Cr4V，缺點是可磨削性比W18Cr4V略差。

高性能高速鋼對于強度和硬度較高的難加工材料，采用普通高速鋼刀具的切削效果不理想，切削速度不能超過30m/min，因此近年來采用新技術措施來改善高速鋼刀具的切削性能。調整普通高速鋼的基本化學成分，添加一些C、V、Co、Al等合金元素，使其機械性能和切削性能顯著提高，這就是高性能高速鋼。高性能高速鋼可以用于切削不銹鋼、高強度鋼、高溫合金、鈦合金等難加工材料。例如加鈷形成鈷高速鋼W2Mo9Cr4VCo8（M42），它的特點是綜合性能好，硬度接近HRC70，高溫硬度高（可磨削性也好，但由于含有鈷元素，所以價格較貴。加鋁形成鋁高速鋼W6Mo5Cr4V2AI(501)，它是我國獨創(chuàng)的無鈷高速鋼，。它的優(yōu)點是無鈷而成本低，缺點是可磨削性略低于M42，切熱處理溫度較難控制。加鋁形成鋁高速鋼W6Mo5Cr4V2AI(501)，它是我國獨創(chuàng)的無鈷高速鋼，它的優(yōu)點是無鈷而成本低，缺點是可磨削性略低于M42，且熱處理溫度較難控制。鋁能提高鎢、鉬等元素在鋼中的溶解度，并可阻止晶粒長大，因此，高溫硬度、熱塑性與韌性提高。在切削溫度作用下，刀具表面可形成氧化鋁薄膜，減小與切屑的摩擦。

1、鎢鈷鈦類硬質合金YG：

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

主要用于加工鑄鐵、青銅等脆性材料，不適合加工鋼料，因為在640℃時發(fā)生嚴重粘結，使刀具磨損，耐用度下降。常用刀具材料

2、鎢鈷鈦類硬質合金（YT）：硬質相（WC+TiC）+粘結相（Co）①常用牌號：YT5、YT14、YT15、YT30（數字表示TiC的百分含量）②應用：

主要用于加工鋼材及有色金屬，一般不用與加工含Ti的材料,如1Cr15Ni9Ti,Ti與Ti的親合力較大，使刀具磨損較快。常用刀具材料3、添加稀有金屬硬質合金鎢鉭（鈮）鈷類硬質合金（YA）和鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質合金（YW），是在鎢鈷鈦類硬質合金（YT）中加入TaC(NbC),可提高其抗彎強度、疲勞強度和沖擊韌性，提高和金的高溫硬度和高溫強度，提高抗氧化能力和耐磨性。這類合金可以用于加工鑄鐵及有色金屬，也可用于加工鋼材，因此常成為通用硬質合金，他們主要用于加工難加工材料。4、碳化鈦基硬質合金（YN）這種合金有很高的耐磨性，有較高的耐熱性和抗氧化能力，化學穩(wěn)定性好，與工件材料的親合力小，抗粘結能力較強。主要用于鋼材、鑄鐵的精加工、半精加工和粗加工。常用刀具材料5高速鋼基硬質合金以TiC或WC作硬質相（占30%~40%），以高速鋼作粘結劑（占60%~70%），用粉末冶金工藝制成。其性能介于硬質合金和高速鋼之間，具有良好的耐磨性和韌性，鍛造、熱處理和切削加工性較好，適用于制造復雜刀具。6涂層硬質合金的選用涂層硬質合金是采用韌性較好的基體（如硬質合金刀片或高速鋼等），通過化學氣相沉積和真空濺射等方法，對硬質合金表面涂層厚度為5～12μm的涂層材料以提高刀具的抗磨損能力。涂層材料為TiC、TiN、Al2O3等。適合于各種鋼材、鑄鐵的半精加工和精加工，也適合于負荷較小的精加工。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兩種：Al2O3基陶瓷Al2O3基陶瓷氧化鋁基陶瓷具有如下特點：a.有很高的硬度和耐磨性；b.有很高的耐熱性。1200°C還能進行切削；c.有很高的化學穩(wěn)定性。陶瓷與金屬的親和力小，抗擴散和粘結的能力較好。e.有較低的摩擦系數，切屑與刀具不易產生粘結。加工表面粗糙度值較小。f.抗彎強度低，沖擊韌性差。g.導熱性差。氧化鋁陶瓷的分類：（1）純氧化鋁陶瓷主要由Al2O3加微量添加劑（如MgO），經冷壓燒結而成，是一種廉價的非金屬刀具材料。其抗彎強度為400~500N/㎜2，硬度HRA91~92。由于抗彎強度太低，難以推廣應用。（2）復合氧化鋁陶瓷復合氧化鋁陶瓷是在Al2O3基體中添加高硬度、難熔碳化物（如TiC），并加入一些其它金屬（如鎳、鉬）進行熱壓而成的一種陶瓷。其抗彎強度為800N/㎜2以上，硬度達到HRA93~94。多用于各種金屬材料的半精加工和精加工，特別適合于淬硬鋼、冷硬鑄鐵的加工。不宜進行斷續(xù)切削（3）SiC晶須增強的氧化鋁陶瓷在Al2O3基體中加入SiC和ZrO2晶須而形成晶須陶瓷，大大提高了韌性，切削性能明顯改善。SiC是一種單晶，具有一定的纖維結構，平均直徑為0.6μm，其抗拉強度大于7GPa，起加強棒的作用，可改善材料的斷裂韌性。價格高，比普通陶瓷的成本貴3-4倍。復合氮化硅陶瓷在Si3N4基體中添加TiC等化合物和金屬Co等進行熱壓，可以制成復合氮化硅陶瓷。它的機械性能與復合氧化鋁陶瓷相近，強度和韌性高于氧化鋁陶瓷，特別適合于切削冷硬鑄鐵和淬硬鋼。由于陶瓷的原料在自然界中容易得到，且價格低廉，因而是一種極有發(fā)展前途的刀具材料。2.立方氮化硼氮化硼的性能和形狀同石墨很相似。六方氮化硼經高溫高壓處理轉化為立方氮化硼（CBN）。立方氮化硼是六方氮化硼的同素異構體，其硬度僅次于金剛石。立方氮化硼的熱穩(wěn)定性和化學惰性優(yōu)于金剛石，金剛石在700~800℃時即石墨化，而立方氮化硼可耐1300~1500℃的高溫。用于切削淬硬鋼、冷硬鑄鋼、高溫合金等，切削速度比硬質合金高5倍。3.金剛石

金剛石分天然和人造兩種，它們都是碳的同素異構體。其硬度高達HV10000，是自然界中最硬的材料。天然金剛石的硬度高于人造金剛石，但價格昂貴。人造金剛石是在高溫高壓條件下，借助于某些合金的觸媒作用，由石墨轉化而成。金剛石的特點具有極高的硬度和耐磨性；刀具使用壽命可比硬質合金高幾倍到幾百倍。金剛石的切削刃非常鋒利，摩擦系數小，切削時不易產生積屑瘤。熱穩(wěn)定性差。當溫度高于700℃