3講2章刀具材料

金屬切削原理與刀具第3講教學內(nèi)容第2章刀具材料教學重點刀具材料應具備的性能常用刀具材料的選用方法1

高硬度常溫硬度>60HRC2

強度韌性足夠硬度與韌性、抗彎強度相互制約基本性能指標：首選指標綜合能力指標：承壓抗沖擊與振動沖擊韌度ak

工作條件：高溫高壓強摩擦沖擊和振動2.1

概述刀具材料硬度=（1.3～1.5）工件硬度抗彎強度sbb

解決：優(yōu)選刀具結(jié)構(gòu)刀具幾何參數(shù)一刀具材料應具備的基本性能3

較高耐磨性4

較高耐熱性常用衡量指標：硬度衡量指標重要性能指標：影響刀具壽命主要性能指標高溫刀具維持切削的特性B允許耐熱溫度值——粘結(jié)和擴散磨損A高溫硬度值（紅硬性）——相變磨損熱膨脹系數(shù)小刀具熱變形小6導熱性與熱膨脹系數(shù)5工藝性

7

經(jīng)濟性→價格低廉資源豐富磨削加工性良好導熱性與焊接工藝性良好熱處理：淬火變形小淬透層深脫碳層淺導熱系數(shù)大→刀具溫度低→加工尺寸精度穩(wěn)定高速鋼和硬質(zhì)合金目前使用最廣泛工具鋼高速鋼硬質(zhì)合金鋼陶瓷超硬材料：金鋼石、立方氮化硼二常用刀具材料的種類常用刀具材料的性能、牌號及用途

刀具材料種類合金高速鋼硬質(zhì)合金陶瓷天然聚晶金剛石聚晶立方氮工具鋼W18Cr4VYG6Si3N4金剛石PCD

化硼

PCBN材料性能

硬度HRC65HRC66HRA90HRA93HV10000HV7500

HV4000抗彎強度2.4GPa3.2GPa1.45GPa0.8GPa0.3GPa2.8GPa1.5GPa導熱系數(shù)40-50

20-30

70-100

30-40146.5100-12040-100熱穩(wěn)定性350℃620℃1000℃1400℃800℃600-800℃＞1000℃化學惰性低惰性大惰性小惰性小惰性大耐磨性低低較高高最高最高很高一般精度Ra≤0.8高精度Ra=0.4-0.2加工質(zhì)量Ra≤0.8IT7-8Ra=0.1-0.05IT5-6IT7-8IT5-6可替代磨削加工對象低速加工一般鋼材鑄鐵一般鋼材鑄鐵粗精加工一般鋼材鑄鐵粗精加工高硬度鋼材精加工硬質(zhì)合金銅鋁有色金屬及其合金陶瓷等高硬度材料淬火鋼冷硬鑄鐵高溫合金等難加工材料常用刀具材料性能指標用途缺點﹥250～300OC

硬度下降失去切削性能常用牌號：T8AT10AT12A手用低速工具：銼刀鋸條絲錐扳牙硬度

58～64

HRC成分：含碳量0.65～1.35%

優(yōu)質(zhì)高碳鋼

2.2

工具鋼切削速度5～10m/min紅硬性250～300OC一碳素工具鋼硬度＞62HRC總量控制＜3—5%缺點：＞325—400OC時失去切削性能用途：低速工具絲錐、扳牙、鉸刀、搓絲板、量規(guī)性能指標主要類型：9Mn2V9SiCrCrW5CrWMn二合金工具鋼成分：高碳鋼中加Si

Cr

W

Mn紅硬性=325—400OC切削速度：10~15m/min

硬度：62~65HRC常用牌號：W18Cr4VW6MO5Cr4V2W6MO5Cr4V2Al1

基本性能2

優(yōu)點強度=（2—3）硬質(zhì)合金

2.3

高速鋼韌性等于硬質(zhì)合金幾十倍加工性好：鉆頭、銑刀耐熱性：500~6000C強度：sbb=

360GPa

αk=3㎏m/Cm2切削速度：V

<30m/min工藝性好適于制造復雜刀具1鎢系典型牌號：W18Cr4V（簡稱：18-4-1—W18）綜合性能缺點硬度：HRC（62~66）碳化物分布不均勻不宜做大截面刀具一普通高速鋼紅硬度＞620O

~600O時仍為48.5HRC刃磨工藝好：0.005～0.018μ刃口平直通用性強:車刀成型車刀拉刀寬刃精刨刀齒輪刀具熱處理控制較容易鎢價高：國內(nèi)外已逐漸淘汰熱塑性差優(yōu)點缺點典型牌號：W6Mo5Cr4V2（簡稱6-5-4-2M2）沖擊韌性比W18，αk提高約40%以上熱處理時脫碳過敏性大淬火溫度范圍窄我國通用牌號：W9MO3Cr4V

（簡稱9~3-4~1W9）2

鎢鉬系目前各國使用較多的一種刀具系列適用承受大沖擊力刀具以及結(jié)構(gòu)較薄弱刀具如：麻花鉆晶粒密度＞W(wǎng)18，熱塑性、加工性好抗彎強度＞W(wǎng)18，σbb提高18%刀具壽命＞

M2類型使用要點在適用條件下選用不要超出使用范圍高碳高速鋼鈷高速鋼含鋁高速鋼高釩高速鋼二高性能高速鋼性能P16

表2-2成分：普通型+

C

V

Co

AlHRC（67—70）耐磨性、耐熱性＞＞通用型適用切削不銹鋼耐熱鋼高強度鋼1工藝方法2性能特點TiN涂層在鉆頭齒輪刀具廣泛應用多涂層軟硬組合涂層納米涂層金剛石涂層三高速鋼的表面處理氮化處理離子注入真空濺射物理氣相沉積涂層厚度（2—8）μm

刀具重磨后其性能仍明顯高于普通高速鋼切削力切削溫度下降25%3應用4技術(shù)發(fā)展切削速度進給量刀具壽命顯著提高類別牌號主要用途普通高速鋼W18Cr4V廣泛用于制造鉆頭、絞刀、銑刀、拉刀、絲錐、齒輪刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具

如軋制鉆頭等W14Cr4VmnRe用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等高性能高速鋼高碳95W18Cr4V用于制造韌性要求不高

但對耐磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4Mo用于制造形狀簡單，對耐磨性要求較高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造復雜刀具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高強度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形狀簡單刀具

如加工鐵基高溫合金鉆頭W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐熱性好，用于制造加工高強度鋼的刀具W2Mo9Cr4VCo8

（M42）用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復雜刀具

價格昂貴常用高速鋼牌號及其應用范圍硬度74~82HRC

可切淬火鋼基本性能主要成分趨向廣泛應用碳化物：WCTiCTaCNbC

硬質(zhì)相2.4

硬質(zhì)合金耐熱性800~

1000℃切削速度V

=100~300m/min工藝性差不宜制造整體結(jié)構(gòu)的復雜刀具抗沖擊振動差αk

=1/10~1/25高速鋼抗彎強度低σbb

=1/2高速鋼金屬：CoMoNi

粘結(jié)相車刀深孔鉆復雜立銑刀孔加工刀具小模數(shù)齒輪滾刀

3

碳化物晶粒分布的影響晶粒均勻可防止由熱應力和機械沖擊而產(chǎn)生的裂紋碳化物在硬質(zhì)合金中所占比例大硬度高細晶粒硬質(zhì)合金的硬度高于粗晶粒硬質(zhì)合金粘結(jié)劑厚度小硬質(zhì)合金硬度高一影響硬質(zhì)合金性能的因素分析

1

碳化物種類的影響含TiC硬質(zhì)合金硬度高于只含WC的硬質(zhì)合金但脆性差導熱性更差、密度更小

2

碳化物數(shù)量、粒徑及粘結(jié)劑數(shù)量的影響1分類方法按化學成分與使用性能分類二硬質(zhì)合金的種類和牌號標準：GB/T20075——1998符號:P

長屑K短屑

M通用型

2鎢鈷類（WC+

Co）硬質(zhì)合金抗彎強度與韌性＞P類耐熱性＜P類典型牌號：YG3（K01）YG6（K20）YG（K40）Co含量愈高強度韌性愈好高適于粗加工少用于精加工

3

鎢鈦鈷類（P類YT

）

成分：WC+TiC+Co性能硬度耐熱性較高(900~10000C)YT5(P30)YT14(P20)YT15(P10)YT30(P01)典型牌號應用：加工長切屑黑色金屬塑性材料較好的抗粘結(jié)抗氧化作用焊接刃磨易產(chǎn)生裂紋

使用時要特別注意TiC量增多時合金導熱性差YT30高速精加工淬硬鋼高溫合金

4

通用合金類M類—YM成分：WC

+TiC

+TaC（NbC）+

Co

YW1（M10）

YW2（M20）

YW3（M30）典型牌號加工短切屑鑄鐵、長切屑鋼材應用導熱差耐磨性好刀具壽命長性能適于斷續(xù)切削、銑削，不易崩刃在YG類、YT類分別加入TaC時YG類8000C

使σbb提高0.15–0.20%YT類高溫硬度可提高約（50–100）HV精加工粗加工牌號應用范圍YG3X鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工

不能承受沖擊載荷YG3鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工

不能承受沖擊載荷YG6X普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、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、有色金屬及合金、非金屬材料粗加工

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碳素鋼、合金鋼在連續(xù)切削時的粗加工、半精加工亦可用于斷續(xù)切削時的精加工YT14同YT15YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工

也可以用于斷續(xù)切削YW1高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料的半精加工和精加工普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和精加工YW2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抗彎強度韌性進給量

硬度耐磨性

切削速度抗彎強度韌性進給量硬度耐磨性

切削速度抗彎強度、韌性、進給量

硬度、耐磨性、切削速度各種硬質(zhì)合金的應用范圍1

硬度

2

強度韌性三硬質(zhì)合金的性能特點含TaC（NbC）比不含者高細晶粒＞粗晶粒含量相同時，YT＞YGCo含量增加σbb

αk增加Co相同時

YG高于YT細晶粒略低于粗晶粒加TaC時除YGAσbb有所提高Co含量多則硬度低5抗粘結(jié)性YT中隨

TaC

增加而減小YT明顯高于YG

且隨TaC含量增加而增大YT類高于YG類硬質(zhì)合金比高速鋼高硬質(zhì)合金比高速鋼低4線膨脹系數(shù)YG中隨Co量增加而減小YG

＞YT

高近1倍(20—88)W/m0C3