工程材料與熱處理 課件 16刀具材料的選擇

刀具材料的選擇目錄刀具材料性能要求01刀具結(jié)構(gòu)形式02刀具刃部材料種類03工具鋼刀具材料04硬質(zhì)合金刀具材料05陶瓷刀具材料06匯報展示準(zhǔn)備0701刀具材料性能要求高硬度和耐磨性刀具硬度的重要性耐磨性是衡量刀具材料抵抗磨損能力的重要指標(biāo)，它直接影響到刀具的使用壽命和加工效率。高耐磨性意味著刀具在長時間使用后仍能保持較好的切削性能。耐磨性的作用通過合理的熱處理工藝和選擇合適的材料，可以顯著提高刀具的硬度。例如，高速鋼經(jīng)過特定的熱處理后，能在高溫下保持較高的硬度和耐磨性。提高刀具硬度的方法刀具的硬度是決定其切削性能的關(guān)鍵因素，必須高于工件材料的硬度才能進(jìn)行有效切削。高硬度確保了刀具在加工過程中不易磨損，延長了使用壽命。足夠的強(qiáng)度和韌性強(qiáng)度與韌性的重要性刀具材料必須擁有足夠的強(qiáng)度和韌性，以承受切削過程中的力、沖擊和振動，防止刀具發(fā)生脆性斷裂或崩刃，確保加工過程的穩(wěn)定性和安全性。提高刀具耐用性通過增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和韌性，可以顯著提高刀具的耐用性和可靠性，減少因刀具損壞導(dǎo)致的停機(jī)時間和維護(hù)成本，從而提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。選擇合適的材料根據(jù)不同的加工需求和條件，選擇具有適當(dāng)強(qiáng)度和韌性的刀具材料至關(guān)重要，這有助于優(yōu)化切削性能，延長刀具壽命，并適應(yīng)各種復(fù)雜的加工環(huán)境。耐熱性01刀具材料的耐熱性刀具材料在高溫下保持硬度和耐磨性的能力稱為耐熱性，這是衡量刀具性能的重要指標(biāo)之一。03提高耐熱性的方法通過優(yōu)化材料的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)，以及采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，可以有效提高刀具材料的耐熱性。影響耐熱性的因素刀具材料的耐熱性受多種因素影響，包括材料的化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)以及熱處理工藝等。02工藝性能和經(jīng)濟(jì)性01鍛造性能刀具材料應(yīng)具備良好的鍛造性能，這意味著在高溫下能夠保持足夠的塑性和韌性，以便進(jìn)行各種形狀的加工。02熱處理性能刀具材料需要有良好的熱處理性能，通過淬火、回火等工藝提高硬度和耐磨性，同時保持一定的韌性，防止脆性斷裂。03經(jīng)濟(jì)性考量在選擇刀具材料時，除了考慮其技術(shù)性能外，還需要考慮其經(jīng)濟(jì)性，包括材料的采購成本、加工成本以及使用壽命等因素。02刀具結(jié)構(gòu)形式整體式整體式刀具定義整體式刀具是由一個坯料制造而成的，一體成形的刀具。這種結(jié)構(gòu)使得刀具具有更好的穩(wěn)定性和耐用性，適用于各種加工環(huán)境。整體式刀具的優(yōu)點整體式刀具的主要優(yōu)點是其結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，且易于維護(hù)。此外，由于其一體成形的特性，整體式刀具在使用過程中不易出現(xiàn)斷裂或磨損的情況。整體式刀具的應(yīng)用整體式刀具廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械加工領(lǐng)域，如車削、銑削、鉆削等。特別是在高速鋼刀具中，整體式結(jié)構(gòu)更為常見，因為這種結(jié)構(gòu)可以提供更好的切削性能和更長的使用壽命。分體式010203焊接式刀具結(jié)構(gòu)焊接式刀具通過將切削部分的材料與刀體材料進(jìn)行釬焊連接，常見于硬質(zhì)合金刀具。這種結(jié)構(gòu)形式使得刀具在保持高硬度的同時，也具備了一定的韌性和耐用性。機(jī)夾式刀具特點機(jī)夾式刀具采用機(jī)械夾持的方式固定切削部分，具有可拆換的優(yōu)點。這種結(jié)構(gòu)適用于硬質(zhì)合金和陶瓷刀具，便于更換磨損的刀片，提高了刀具的使用壽命和經(jīng)濟(jì)效益。分體式刀具材料選擇分體式刀具的刀體材料通常選用普通碳鋼或合金鋼，如45鋼或40Cr，以確保足夠的強(qiáng)度和韌性。而切削部分則根據(jù)加工需求選擇合適的材料，以達(dá)到最佳的切削效果。03刀具刃部材料種類工具鋼碳素工具鋼合金工具鋼是在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入Cr、Mo、W等合金元素，提高了材料的淬透性、韌性和耐熱性。與碳素工具鋼相比，合金工具鋼刀具的性能顯著提升，適用于更廣泛的零件加工和更高的切削速度。合金工具鋼高速鋼通過加入大量W、Mo、Cr、V等合金元素，使其在600℃以下保持高硬度，適合高切削速度加工。其優(yōu)越的熱硬性和耐磨性使其成為加工常規(guī)材料工件的首選，具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。高速鋼碳素工具鋼含碳量在0.65%至1.3%之間，通過淬火和低溫回火后獲得高硬度和耐磨性。盡管其熱硬性較差，但因其價格低廉和良好的加工工藝性能，適用于切削速度較低的加工任務(wù)。硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的組成與制造硬質(zhì)合金由金屬碳化物和金屬粘接劑高壓成形后高溫?zé)Y(jié)而成，其硬度可達(dá)86HRA至93HRA，熱硬性高達(dá)900至1000℃，耐磨性極佳。硬質(zhì)合金的種類及應(yīng)用硬質(zhì)合金主要分為鎢鈷類、鎢鈦鈷類和通用硬質(zhì)合金，分別適用于加工鑄鐵、鋼材等不同材料，具有高切削速度和長刀具壽命的優(yōu)點。硬質(zhì)合金的缺點與改進(jìn)盡管硬質(zhì)合金具有高硬度和耐磨性，但其脆性大且價格較高，通常通過制成刀片并采用焊接或機(jī)夾方式與刀體連接來克服這些缺點。陶瓷陶瓷刀具的硬度與耐磨性陶瓷刀具以其高硬度和出色的耐磨性著稱，常溫下硬度可達(dá)91～95HRA，遠(yuǎn)超硬質(zhì)合金，使其在高速切削和難加工材料方面表現(xiàn)卓越。陶瓷刀具的耐熱性陶瓷刀具的脆性問題陶瓷刀具具有極高的耐熱性，即使在1200℃的高溫下仍能保持80HRA的硬度，這一特性使其在高溫環(huán)境下依然能維持良好的切削性能。盡管陶瓷刀具擁有高硬度和耐熱性，但其脆性大、強(qiáng)度與韌性低是主要缺點，這限制了其在承受沖擊載荷或進(jìn)行重切削時的應(yīng)用。010203超硬刀具材料金剛石刀具金剛石刀具以其無與倫比的硬度和耐磨性著稱，是加工非鐵金屬和非金屬材料的理想選擇。其高熱導(dǎo)性和低摩擦系數(shù)使其在高速切削中表現(xiàn)出色。立方氮化硼刀具立方氮化硼刀具具有僅次于金剛石的硬度，特別適合加工硬而脆的材料如淬硬鋼和鑄鐵。它的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性使其在高溫下仍保持高性能。聚晶立方氮化硼刀具聚晶立方氮化硼刀具通過高壓高溫?zé)Y(jié)技術(shù)制成，結(jié)合了單晶和多晶的優(yōu)點，提供了更好的韌性和抗沖擊性，適用于斷續(xù)切削和高效加工。涂層刀具材料01涂層刀具材料的種類涂層刀具材料主要包括硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬材料等，這些材料通過特殊的涂層工藝處理，以提高刀具的硬度、耐磨性和耐熱性。02涂層技術(shù)的應(yīng)用涂層技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種刀具制造中，如車刀、銑刀等，通過在刀具表面涂覆一層或多層薄膜，顯著提升刀具的使用壽命和加工效率。03涂層刀具的優(yōu)勢涂層刀具具有高硬度、高耐磨性和良好的熱穩(wěn)定性等優(yōu)點，能夠在高速切削和重負(fù)荷條件下保持優(yōu)異的切削性能，是現(xiàn)代制造業(yè)的重要工具。04工具鋼刀具材料碳素工具鋼特點碳素工具鋼的硬度與耐磨性碳素工具鋼通過淬火和低溫回火處理后，能夠獲得高硬度和良好的耐磨性，使其在切削加工中表現(xiàn)出色。由于碳素工具鋼的價格相對較低，且退火后的加工工藝性能良好，因此在成本敏感的應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢。碳素工具鋼的熱硬性限制盡管碳素工具鋼具有良好的硬度和耐磨性，但其熱硬性較差，當(dāng)切削溫度超過250℃時，硬度會明顯下降。碳素工具鋼的成本優(yōu)勢合金工具鋼特點合金元素提升性能在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上，加入Cr、Mo、W、Si、Mn等合金元素，顯著提高了材料的淬透性、韌性、耐磨性和耐熱性，使合金工具鋼的性能得到全面提升。熱硬性改善合金工具鋼的熱硬性得到了顯著改善，切削溫度在250℃至300℃時，硬度依然能保持60HRC以上，這使得其在高溫環(huán)境下仍能保持良好的切削性能。加工范圍擴(kuò)大與碳素工具鋼相比，合金工具鋼刀具的性能提高，使其可加工的零件范圍和可采用的切削速度均有所擴(kuò)大和提高，適應(yīng)更廣泛的加工需求。高速鋼特點高速鋼的熱硬性高速鋼在600℃以下能保持60HRC以上的硬度，這得益于其含有W和Mo等合金元素，這些元素提高了材料的回火抗力和二次硬化能力。高速鋼的切削性能高速鋼刀具能夠采用比合金工具鋼更高的切削速度進(jìn)行切削，這使得其在加工常規(guī)材料時具有顯著的效率優(yōu)勢，大大提高了加工效率。高速鋼的經(jīng)濟(jì)性盡管高速鋼刀具的成本高于碳素工具鋼和合金工具鋼，但由于其高切削速度和長壽命，對于加工常規(guī)材料的工件來說，使用高速鋼材料刀具可具備更優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性。05硬質(zhì)合金刀具材料鎢鈷類硬質(zhì)合金鎢鈷類硬質(zhì)合金的組成鎢鈷類硬質(zhì)合金因其優(yōu)異的耐磨性和熱硬性，常用于加工鑄鐵、青銅等脆性材料及奧氏體不銹鋼、鈦合金等。鎢鈷類硬質(zhì)合金的應(yīng)用鎢鈷類硬質(zhì)合金具有高硬度和良好的耐熱性，但脆性較大，適用于非沖擊性的切削環(huán)境。鎢鈷類硬質(zhì)合金的性能特點鎢鈷類硬質(zhì)合金主要由碳化鎢（WC）和金屬鈷（Co）粉末燒結(jié)而成，其中鈷的含量直接影響材料的韌性和硬度。鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金的組成鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金由碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）和金屬鈷（Co）粉末燒結(jié)而成，這種組合賦予了刀具高硬度和良好的耐磨性。鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金的應(yīng)用鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金常用于加工各種鋼材等塑性材料，其優(yōu)異的切削性能使其在機(jī)械加工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金的限制盡管鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金具有出色的切削性能，但它不適用于加工鈦合金、硅鋁合金等特定材料，這限制了其應(yīng)用范圍。通用硬質(zhì)合金01通用硬質(zhì)合金的組成通用硬質(zhì)合金是在鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金中加入碳化鉭或碳化鈮制成，這種組合使得YW類合金兼具了YG、YT類合金的性能，具有更高的綜合性能和熱硬性。通用硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍通用硬質(zhì)合金因其優(yōu)異的性能，被廣泛用于切削耐熱鋼、高錳鋼、高速鋼以及其他各種材料，是工業(yè)加工中不可或缺的高性能刀具材料。通用硬質(zhì)合金的優(yōu)勢通用硬質(zhì)合金不僅具有高硬度和耐磨性，還擁有良好的熱硬性和韌性，這使得它在高溫和重負(fù)荷的工作環(huán)境下仍能保持較長的使用壽命。020306陶瓷刀具材料氧化鋁基陶瓷010203氧化鋁基陶瓷的組成氧化鋁基陶瓷主要由Al2O3和一定量的碳化物（如TiC）混合而成，通過熱壓工藝制成，這種組合賦予了刀具高硬度和優(yōu)異的耐磨性。氧化鋁基陶瓷的性能特點氧化鋁基陶瓷具有極高的常溫硬度和耐熱性，在高速與超高速切削、干切削以及難加工材料的中等速度切削中表現(xiàn)出色。氧化鋁基陶瓷的應(yīng)用范圍由于其優(yōu)越的物理性能，氧化鋁基陶瓷廣泛應(yīng)用于高速切削、干切削及難加工材料的加工