金屬切削原理與刀具 第2章刀具材料

第2章刀具材料本章要點(diǎn)刀具材料應(yīng)具備的性能常用刀具材料其它刀具材料涂層刀具12.1刀具材料應(yīng)具備的性能高的硬度和耐磨性常溫硬度60HRC以上，耐磨性是硬度、組織結(jié)構(gòu)及化學(xué)性能等的綜合反映。足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性高耐熱性、導(dǎo)熱性以及抗粘結(jié)性

高溫硬度、強(qiáng)度、耐磨性，抗氧化性、抗擴(kuò)散粘結(jié)性等好的化學(xué)穩(wěn)定性

良好的工藝性、經(jīng)濟(jì)性鍛造性能、磨削性能、熱處理性能等

注意：上述幾項(xiàng)性能之間可能相互矛盾(如硬度高的刀具材料，其強(qiáng)度和韌性較低)。沒有一種刀具材料能具備所有性能的最佳指標(biāo)，而是各有所長(zhǎng)。所以在選擇刀具材料時(shí)應(yīng)合理選用。23碳素工具鋼是含碳量為0.65%～1.3%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，常用鋼號(hào)有T7A、T8A、T10A、T12A等。

特點(diǎn)：工藝性能良好，經(jīng)適當(dāng)熱處理，硬度可達(dá)60HRC～64HRC，有較高的耐磨性，價(jià)格低廉。但熱硬性差，在200℃～300℃時(shí)硬度開始降低，故允許的切削速度較低(5m/min～10m/min)。

應(yīng)用：用于制造手用刀具、低速及小進(jìn)給量的機(jī)用刀具。碳素工具鋼2.2常用刀具材料4碳素鋼刀具5特點(diǎn)：合金工具鋼是在碳素工具鋼中加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪劂t(Cr)、硅(Si)、鎢(W)、錳(Mn)、釩(V)等煉制而成的(合金元素總含量不超過3%～5%)，提高了刀具材料的韌性、耐磨性和耐熱性。其耐熱性達(dá)325℃～400℃，所以切削速度(10m/min～15m/min)比碳素工具鋼提高

應(yīng)用：用于制造細(xì)長(zhǎng)的或截面積大、刃形復(fù)雜的刀具，如鉸刀、絲錐和板牙等。合金工具鋼2.2常用刀具材料62.2常用刀具材料2.2.1高速鋼（一）普通高速鋼（含碳量0.7～0.9%，62～66HRC）

特點(diǎn)：工藝性能好，具有較高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和韌性?？捎糜谥圃旄鞣N刃形復(fù)雜的刀具。切削普通鋼料時(shí)的切削速度通常不高于40m/min～60m/min。主要用于一般材料的常規(guī)加工.普通高速鋼又分為鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼兩類。72.2常用刀具材料2.2.1高速鋼（一）普通高速鋼

1、

鎢系高速鋼。這類高速鋼的典型牌號(hào)為W18Cr4V(簡(jiǎn)稱W18)，含C量為0.7%～0.8%，含W18%，Cr4%、V1%。此類高速鋼綜合性能較好，可制造各種復(fù)雜刃型刀具。

2、

鎢鉬系高速鋼。它是以Mo代替部分W發(fā)展起來的一種高速鋼，典型牌號(hào)是W6Mo5Cr4V2(簡(jiǎn)稱M2)，含碳量為0.8%～0.9%，含W6%、Mo5%、Cr4%、V2%。優(yōu)點(diǎn)：是碳化物含量相應(yīng)減少，而且顆粒細(xì)小分布均勻，因此抗彎強(qiáng)度、塑性、韌性和耐磨性都略有提高，適于制造尺寸較大、承受沖擊力較大的刀具(如滾刀、插刀)；又因Mo的存在，使其熱塑性非常好，故特別適于軋制或扭制鉆頭等熱成形刀具。其主要缺點(diǎn)是可磨削性略低于W18Cr4V。82.2常用刀具材料2.2.1高速鋼（二）高性能高速鋼

高性能高速鋼是在普通高速鋼成分中再添加一些C、V、Co(鈷)、Al(鋁)等合金元素，進(jìn)一步提高耐熱性能和耐磨性。這類高速鋼刀具的耐用度為普通高速鋼的1.5～3倍。應(yīng)用：加工不銹鋼、耐熱鋼、鈦合金及高強(qiáng)度鋼等難加工材料。92.2常用刀具材料2.2.1高速鋼（二）高性能高速鋼

1、

鈷高速鋼(W2Mo9Cr4VCo8，簡(jiǎn)稱M42)。這是一種含Co超硬高速鋼，常溫硬度達(dá)67HRC～69HRC，具有良好的綜合性能。Co能提高高溫硬度，相應(yīng)地提高了切削速度，因V含量不高，可磨性良好。2、

鋁高速鋼(W6Mo5Cr4V2Al，簡(jiǎn)稱501)。鋁高速鋼是我國(guó)研制的無鈷高速鋼，是在W6Mo5Cr4V2的基礎(chǔ)上增加鋁、碳的含量，以提高鋼的耐熱性和耐磨性，并使其強(qiáng)度和韌性不降低。

102.2常用刀具材料2.2.1高速鋼（三）粉末冶金高速鋼

粉末冶金高速鋼：是將熔煉的高速鋼液用高壓惰性氣體霧化成細(xì)小粉末，將粉末在高溫高壓下制成刀坯，或壓制成鋼坯然后經(jīng)軋制(或鍛造)成材的一種刀具材料。

特點(diǎn)：與熔煉高速鋼相比，由于碳化物細(xì)小，分布均勻，熱處理變形小，因此粉末冶金高速鋼耐磨性好和可磨削性均得到顯著改善。

應(yīng)用：適于制造切削難加工材料的刀具，特別適于制造各種精密刀具和形狀復(fù)雜的刀具。1112高速鋼刀具1314高速鋼材料制成的中心鉆金屬碳化物(WC、TiC、TaC、NbC等)＋金屬粘接劑(Co、Mo、Ni等)高壓成形后，高溫?zé)Y(jié)而成。

硬度、耐熱性、耐磨性很高，切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼抗彎強(qiáng)度低、脆性大，抗沖擊振動(dòng)性能差分類

YG

(K)

類

YT

(P)類

YW(M)類鑄鐵、有色金屬鋼材鋼、鑄鐵、有色金屬

WC+CoWC+TiC+CoWC+TiC+TaC(NbC）+Co

2.2常用刀具材料2.2.2硬質(zhì)合金15常用硬質(zhì)合金牌號(hào)及應(yīng)用范圍牌號(hào)應(yīng)用范圍YG3硬度、抗彎耐磨強(qiáng)度、性、韌性、切削進(jìn)給速度量鑄鐵、有色金屬、高溫合金的精、半精加工，無沖擊YA6冷硬鑄鐵、淬硬鋼、有色金屬及合金的精、半精加工YG6X鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精、半精加工，YG6鑄鐵、有色金屬、高溫合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬、高溫合金粗加工，可用于斷續(xù)切削YT30硬度、抗彎耐磨強(qiáng)度、切削韌性、速度進(jìn)給碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳鋼、合金鋼連續(xù)切時(shí)粗、半精加工，斷續(xù)切精加工YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，可用于斷續(xù)切削YW1同上高強(qiáng)度鋼、碳鋼、鑄鐵、有色金屬等的精、半精加工YW2高強(qiáng)度鋼、碳鋼、鑄鐵、有色金屬等的半精與粗加工YN05同上碳鋼、合金鋼的高速精車，系統(tǒng)剛性好的細(xì)長(zhǎng)軸精車YN10碳鋼、合金鋼、淬硬鋼連續(xù)表面的精加工16其它硬質(zhì)合金2.2常用刀具材料2.2.2硬質(zhì)合金1、

TiC、TiN基硬質(zhì)合金以TiC、TiN、TiCN為基本成分，鎳、鉬作粘結(jié)劑。好的耐熱性，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗粘結(jié)、抗氧化能力強(qiáng)，摩擦因數(shù)小，耐磨性高。但是沖擊韌性較差。主要用于：對(duì)合金鋼、淬硬鋼精加工和半精加工。2、

超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金硬度和耐磨性高，強(qiáng)度和韌性好，由于晶粒細(xì)，可磨出鋒利的切削刃。主要用于：不銹鋼、鈦合金等難加工材料的斷續(xù)加工，并允許選用較低的速度進(jìn)行切削加工。17硬質(zhì)合金刀具182.3其它刀具材料2.3.1陶瓷刀具陶瓷材料是以氧化鋁為主要成分在高溫下燒結(jié)而成的。如：純Al2O3陶瓷和TiC-Al2O3混合陶瓷兩種。

優(yōu)點(diǎn)：有很高的硬度和耐磨性；有很好的耐熱性，在1200℃高溫下仍能進(jìn)行切削；有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和較低的摩擦因數(shù)，抗擴(kuò)散和抗黏結(jié)能力強(qiáng)。

缺點(diǎn)：強(qiáng)度低、韌性差，抗彎強(qiáng)度僅為硬質(zhì)合金的1/3～1/2；導(dǎo)熱系數(shù)低，僅為硬質(zhì)合金的1/5～1/2。

應(yīng)用：鋼、鑄鐵及塑性大的材料(如紫銅)的半精加工和精加工，對(duì)于冷硬鑄鐵、淬硬鋼等高硬度材料加工特別有效；但不適于機(jī)械沖擊和熱沖擊大的加工場(chǎng)合。192.3其它刀具材料2.3.2立方氮化硼

立方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成的，是20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的新材料，硬度高達(dá)8000HV～9000HV，僅次于金剛石，耐熱性卻比金剛石好得多，在高于1300℃時(shí)仍可切削，且立方氮化硼的化學(xué)惰性大，與鐵系材料在1200℃～1300℃高溫下也不易起化學(xué)作用。應(yīng)用：立方氮化硼作為一種新型超硬磨料和刀具材料，用于加工鋼鐵等黑色金屬，特別是加工高溫合金、淬火鋼和冷硬鑄鐵等難加工材料，具有非常廣闊得發(fā)展前途。2021立方氮化硼刀具2.3.3金剛石有三種：天然單晶金剛石刀具、人造聚晶金剛石刀具和金剛石復(fù)合刀具。金剛石復(fù)合刀片是在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)上一層厚度約0.5mm的金剛石，形成了金剛石與硬質(zhì)合金的復(fù)合刀片。

特點(diǎn)：很好的耐磨性，用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷和高鋁硅合金等高硬度、高耐磨材料，刀具耐用度比硬質(zhì)合金提高幾倍甚至幾百倍；金剛石有非常鋒利的切削刃，能切下極薄的切屑，加工冷硬現(xiàn)象較少；金剛石抗黏結(jié)能力強(qiáng)，不產(chǎn)生積屑瘤，很適于精密加工。但其耐熱性差，切削溫度不得超過700℃～800℃；強(qiáng)度低、脆性大，對(duì)振動(dòng)很敏感，只宜微量切削；與鐵的親合力很強(qiáng)，不適于加工黑色金屬材料。

應(yīng)用：用于磨具及磨料，作為刀具多在高速下對(duì)有色金屬及非金屬材料進(jìn)行精細(xì)切削。2223天然單晶金