常用刀具材料分类.docx

常用刀具材料分类、特点及应用学校： 学院： 班级： 姓名： 学号： 目录摘要3一、刀具材料的基本要求4二、常用刀具材料61.高速钢62.硬质合金9三、涂层刀具121.硬质合金122.CVD Chemical Vapor Deposition (化学气相沉积)123.PVD Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）13四、金属陶瓷15五、陶瓷17六、立方氮化硼19七、聚晶金刚石21八、牌号221.车削牌号222.切断、切槽和螺纹加工牌号223.铣削牌号234.钻削牌号23九、参考文献24摘要要使金属切削工序获得满意的效果，切削刀具材料和牌号的选择是重要的考虑因素。因此必须基本了解每种切削刀具材料及其性能，以便为每一切削应用做出正确选择。本文旨在对目前常用刀具的材料进行分类，刀具材料的特点及应用进行总结，并根据每种切削刀具材料的性能给出应用建议。关键词 刀具材料分类 刀具材料特点 刀具材料性能 刀具材料应用一、 刀具材料的基本要求1. 高硬度刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度；刀具材料最低硬度应在60HRC以上；对于碳素工具钢材料，在室温条件下硬度应在62HRC以上；高速钢硬度为63HRC70HRC；硬质合金刀具硬度为89HRC93HRC2. 高强度与强韧性刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力；如车削45钢，在背吃刀量ap4，进给量f 0.5/r的条件下，刀片所承受的切削力达到4000N，可见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性；一般刀具材料的韧性用冲击韧度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力3. 较强的耐磨性和耐热性刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。一般刀具硬度越高，耐磨性越好。刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好；刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强4. 优良导热性刀具导热性好，表示切削产生的热量容易传导出去，降低了刀具切削部分温度，减少刀具磨损。刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热裂纹性能也强5. 良好的工艺性和经济性刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功能；经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时，要考虑经济效果，以降低生产成本二、 常用刀具材料1. 高速钢（1） 概念：高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元素较多的工具钢（2） 性质：高速钢具有良好的热稳定性；高速钢具有较高强度和韧性；高速钢具有一定的硬度(6370HRC)和耐磨性（3） 分类 普通高速钢A. 钨系高速钢（简称W18）优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。 缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够强，热塑性差，不宜制造成大截面刀具B. 钨钼钢（将一部分钨用钼代替所制成的钢）优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性缺点：高温切削性能和W18相比稍差 高性能高速钢优点：具有较强的耐热性，刀具耐用度是普通高速钢的1.53倍；缺点：强度与韧性较普通高速钢低，高钒高速钢磨削加工性差；适合加工的零件：奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料 粉末冶金高速钢优点：无碳化物偏析，提高钢的强度、韧性和硬度，硬度值达6970HRC；保证材料各向同性，减小热处理内应力和变形；磨削加工性好，磨削效率比熔炼高速钢提高23倍；耐磨性好。 适于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滚刀和插齿刀），精密刀具和磨加工量大的复杂刀具。2. 硬质合金（1） 组成硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂经粉末冶金方法制成（2） 性能特点优点：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，热熔性好 ,热硬性好，切削速度高缺点：脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强度只有高速钢的1/31/2，冲击韧性只有高速钢的1/41/35。性能：主要由组成硬质合金碳化物的种类、数量、粉末颗粒的粗细和粘化剂的含量决定（3） 普通硬质合金的种类、牌号及适用范围按其化学成分的不同可分为： 钨钴类（WC+Co）（合金代号为YG，对应于国标K类）;合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工；钴含量低，适于精加工 钨钛钴类（WC+TiC+Co）（合金代号为YT，对应于国标P类 ）此类合金有较高的硬度和耐热性，主要用于加工切屑成呈状的钢件等塑性材料。 合金中TiC含量高，则耐磨性和耐热性提高，但强度降低 粗加工一般选择TiC含量少的牌号，精加工选择TiC含量多的牌号 钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（合金代号为YW，对应于国标M类）适用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金半精加工，也能用于高锰钢、淬火钢、合金钢及耐热合金钢的半精加工和精加工 碳化钛基类（WC+TiC+Ni+Mo）（合金代号YN，对应于国标P01类）用于精加工和半精加工，对于大长零件且加工精度较高的零件尤其适合，但不适于有冲击载荷的粗加工和低速切削（4） 超细晶粒硬质合金超细晶粒硬质合金多用于YG类合金，它的硬度和耐磨性得到较大提高，抗弯强度和冲击韧度也得到提高，已接近高速钢；适合做小尺寸铣刀、钻头等，并可用于加工高硬度难加工材料三、 涂层刀具1. 硬质合金当前在所有切削刀具刀片中，涂层硬质合金占80-90%。它作为刀具材料的成功之处在于其耐磨性和韧性的独特组合，以及各种复杂形状的成形能力。涂层硬质合金将硬质合金和涂层结合在一起。它们共同形成一种适用于其应用的特定牌号。涂层硬质合金牌号为众多刀具和应用的首选。2. CVD Chemical Vapor Deposition (化学气相沉积)2.1 定义和性质CVD涂层是在700-1050高温的环境下通过化学反应获得的。CVD涂层具有高耐磨性，并对硬质合金具有极强的粘附性。最先推出的CVD涂层硬质合金为单层碳化钛涂层 (TiC)。之后发明了氧化铝涂层 (Al2O3) 和氮化钛 (TiN)涂层。现代的碳氮化钛涂层 (MT-Ti(C,N) 或MT-TiCN，也称为MT-CVD)提高了其与硬质合金的粘附性，更好地保护硬质合金，从而提高了牌号的性能。现代CVD涂层将MT-Ti(C,N)、Al2O3 和TiN结合在一起。通过显微结构优化和后处理，涂层在附着力、韧性和耐磨性方面获得不断改进。MT-Ti(C,N) - 其硬度提供了耐磨料磨损性能，从而可降低后刀面磨损。CVD-Al2O3 具有化学惰性，热传导率低，使其可耐月牙洼磨损。它也充当热障，可提高抗塑性变形的能力。CVD-TiN - 提高耐磨性，并用于磨损检测。后处理 - 提高间断切削的切削刃韧性，并降低粘结趋势。2.2 应用CVD涂层牌号是许多重点考虑耐磨性的应用的首选。此类应用包括：用于钢材的普通车削和镗削，较厚的CVD涂层可提供耐月牙型磨损性能；用于不锈钢的普通车削；用作铣削刀具牌号时，加工ISO P、ISO M、ISO K材料。对于钻削，CVD牌号通常用于周边刀片。3. PVD Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）3.1 定义和性质涂层在较低温度 (400-600C) 下形成。在该过程中，气相的金属与气体，比如氮，发生反应，从而在切削刀具表面形成硬质氮化涂层。PVD涂层由于高硬度而增加了牌号的耐磨性。它们的压应力也增加了切削刃韧性和抗梳状裂纹的能力。主要的PVD涂层种类如下所述。现代的PVD涂层通常由以下不同涂层组成多层涂层和（或）复合涂层。复合涂层由相当多数量的极薄涂层构成，每层厚度通常为纳米级，从而使涂层硬度更高。PVD-TiN - 氮化钛是最早使用的PVD涂层。它性能全面，呈金黄色。PVD-Ti(C,N) - 碳氮化钛比氮化钛硬，它增加了后刀面耐磨性。PVD-(Ti,Al)N - 铝氮化钛具有高硬度和耐氧化性，从而提高材料的总体耐磨性。PVD氧化涂层 - 利用其化学惰性，增强材料的耐月牙洼磨损性能。3.2 应用对于要求耐磨且锋利的切削刃以及加工粘软材料，推荐使用PVD涂层牌号。这种应用很普遍，包括所有整体硬质合金立铣刀和钻头，以及切槽、螺纹加工和铣削的大多数牌号。PVD涂层牌号广泛用于精加工，并在钻削中用作重要刀片牌号四、 金属陶瓷1. 定义和性质金属陶瓷是以钛基硬质微粒为主体的硬质合金。金属陶瓷的英文名称cermet是由ceramic (陶瓷) 和metal (金属) 两个单词分别截取部分合并而成的。最初金属陶瓷是由TiC和镍合成的。现代金属陶瓷不含镍，通常以碳氮化钛Ti(C,N)微粒为主要成分，少量第二硬质相 (Ti,Nb,W)(C,N) 和富钨钴粘合剂。Ti(C,N) 增加了牌号的耐磨性，第二硬质相提高了抗塑性变形的能力，钴的含量控制韧性。与烧结硬质合金相比，金属陶瓷提高了耐磨性，降低了与工件的粘结趋势。另一方面，其压缩强度也较低，耐热冲击性较差。金属陶瓷也可以使用PVD涂层，以提高耐磨性。2. 应用金属陶瓷牌号用于有粘结趋势的应用，以应对积屑瘤问题。其自锐性使其在长时间切削后依然保持较低的切削力。在精加工工序中，这有助于获得长寿命和小公差，并加工出光亮的工件表面。典型应用有不锈钢、球墨铸铁、低碳钢和铁素体钢的精加工。金属陶瓷还可用于改善加工铁系材料时遇到的多种问题。提示：使用低进给和小切深。在后刀面磨损达到0.3 mm时，必须更换切削刃。加工时不用冷却液，以避免热裂和断裂。GC1525 韧性涂层金属陶瓷牌号，用于间断切削，车削。CT5015 耐磨金属陶瓷牌号，用于连续切削，车削。CT530 铣削牌号，可获得光亮的表面质量。CT525 切断和切槽牌号，用于精加工。五、 陶瓷1. 定义和性质在高切削速度下，所有陶瓷切削刀具都具有出色的耐磨性。提供适用众多应用的系列陶瓷牌号。氧化陶瓷为氧化铝基 (Al2O3)，加入氧化锆 (ZrO2) 以抑制裂纹。这使材料的化学性质非常稳定，但缺乏耐热冲击性。(1) 混合陶瓷是将立方碳化物或碳氮化物 (TiC,Ti(C,N)加入氧化铝基陶瓷中，这提高了韧性和热传导性。(2) 晶须增强陶瓷使用碳化硅晶须 (SiCw)，极大提高了韧性并使冷却液的使用成为可能。晶须增强陶瓷是加工镍基合金的理想选择。(3) 氮化硅陶瓷 (Si3N4) 代表另一类陶瓷材料。它们细长的晶粒使其成为具有高韧性的自增强型材料。氮化硅陶瓷牌号成功地用于灰铸铁加工，但由于缺乏化学稳定性，使其在其它工件材料上的应用受到限制。赛阿龙陶瓷 (SiAlON) 牌号将氮化硅网状组织的强度与增强的化学稳定性结合在一起。赛阿龙陶瓷牌号是加工耐热优质合金 (HRSA) 的理想选择。2. 应用陶瓷牌号适用应用范围和材料种类广泛。它不仅常用于高速车速工序，而且用于切槽和铣削工序。在正确使用时，每种陶瓷牌号的特定性能可帮助获得高生产效率。何时和如何使用陶瓷牌号的知识，对于获得成功非常重要。陶瓷通常的局限性包括耐热冲击性和断裂韧性。CC620 氧化陶瓷，用于稳定和干切工况下灰铸铁的高速精加工。CC6050 混合陶瓷，用于硬材料的轻负荷连续精加工。CC650 混合陶瓷，用于灰铸铁和硬材料的高速精加工，以及低韧性要求的耐热优质合金的半精加工工序。CC670 晶须增强陶瓷，具有出色的韧性，用于镍基合金的车削、切槽和铣削。在恶劣工况下也可以用于硬零件车削。CC6190 硅陶瓷，用于铸铁、珠光体球墨铸铁和硬铸铁从粗车到精车以及高速干式CC6090 铣削。GC1690 带涂层的氮化硅陶瓷，用于铸铁的轻型粗加工到精车。CC6060 赛阿龙陶瓷牌号，用于稳定工况下车削预加工的耐热优质合金时获得最佳性能。由于耐沟槽磨损性优良，所以可预测磨损。CC6065 增强型赛阿龙陶瓷，用于对刀片有一定韧性要求的耐热优质合金的车削工序。六、 立方氮化硼1. 定义和性质立方氮化硼CBN材料具有出色的热硬性，可以在非常高的切削速度下使用。它还表现出良好的韧性和耐热冲击性。现代CBN牌号多为陶瓷与CBN的复合材料，CBN含量大约40-65。陶瓷粘合剂增加了CBN的耐磨性，但是也降低了抗化学磨损性能。另外一种为高含量CBN牌号，CBN占85%到约100%。这些牌号使用金属粘合剂，以提高它们的韧性。将CBN焊接到硬质合金载体上，形成刀片。Safe-Lok技术大大增强了负前角刀片上CBN切削刀尖与载体的结合强度。2. 应用CBN牌号被大量用于淬硬钢 (硬度超过HRc 45) 的精车。对于硬度高于HRc 55的材料，CBN是唯一可替代传统磨削方法的切削刀具。较软的钢 (低于HRc 45)，铁素体的含量较高，这对CBN的耐磨性有负面影响。CBN也可以用于灰铸铁车削和铣削工序的高速粗加工。CB7015 使用陶瓷粘合剂的PVD涂层CBN牌号，用于淬硬钢的连续车削和轻型间断切削。CB7025 使用陶瓷粘合剂的CBN牌号，用于淬硬钢的间断切削并满足切削时的高韧性要求。CB7050 使用金属粘合剂的高含量CBN牌号，用于淬硬钢的重载间断切削和灰口铸铁的精加工七、 聚晶金刚石1. 定义和性质PCD是由金刚石粒子和金属粘合剂烧结而成的复合物。金刚石是已知所有材料中最硬的，因此也是耐磨料磨损性最强的。作为切削刀具，它具有良好的耐磨料磨损性，但缺乏高温下的化学稳定性，很容易溶解于铁中。2. 应用PCD刀具仅限于加工非铁材料，