机加工刀具材料特性

刀具材料應滿足下面的要求刀具材料應滿足下面的要求 1 硬度和耐磨性高 刀具材料的硬度必須比工件材料的硬度高 一般都在 HRC60 以上 耐磨性是指材料抵抗磨損的能力 一般來說 刀具材料硬度越 高 耐磨性就越高 2 有足夠的強度和韌性 刀具材料的強度一般用抗彎強度表示 韌性用沖擊 韌性表示 3 耐熱性高 耐熱性是指刀具材料在高溫下保持硬度 耐磨性 強度和韌性的 能力 也包括刀具在高溫下抗氧化 粘結 擴散的性能 故耐熱性能也有時 稱為熱穩定性 耐熱性衡量刀具材料切削性能的主要指標 4 有良好的工藝性能 工藝性能主要包括刀具材料的熱處理性能 可磨削性 能 鍛造性能及高溫塑性變形性能等 常用的刀具材料常用的刀具材料 碳素工具鋼 合金工具鋼 高速鋼 硬質合金 陶瓷 金剛石 立方 氮化硼 碳素工具鋼 高速鋼 硬質合金 陶瓷 它們的耐熱性是不斷提高的 而刀具材料的耐熱性越 允許的切削速度就越高 A 碳素工餐鋼輿合金工具鋼碳素工餐鋼輿合金工具鋼 碳素工餐鋼是含碳量較高的碳鋼 含碳量為 0 70 1 35 含碳量越高 硬度 和耐磨性越好 但韌性越低 淬火后硬度為 HRC60 64 耐熱性差 當切削刃工作溫度超過 200 250 C 時 硬度將急劇下降 只能在 8 10m min 的切削速度下工作 淬火時須在水中急速冷卻 容易產生淬火變形和開裂 优點优點 價格低廉 切削刃可磨得很鋒利 做低速 尺寸較小的手動工具 依含雜質下 同 分优質鋼和高 級优質鋼 合金工具鋼合金工具鋼 在碳素工具鋼中加入一定的合金元素 淬火后硬度 HRC60 65 耐熱性稍高 300 400 切削速度大 20 左右 主要优點主要优點 淬火變形小 淬透性高 適合制造要求熱處理變形小的低速刀具 B 高速鋼高速鋼 高速鋼是一種加入了較多的鎢 鉬 鉻 釩等合金元素 的高合金工具鋼 強 度 抗彎強度為一般硬質合金高幾十倍 HRC63 69 熱處理變形較小 較高的耐磨性 切 削溫度達 500 650 C 比碳素工具鋼和合金工具鋼的切削速度高 1 3 倍 提高耐 用度 10 40 倍 可加工性也很也好 主要制造各種復雜刀具體性 如 鉆頭 絲錐等 可以加工從有色合金到高溫合金的各種材料 按化學成分按化學成分 含 18 鎢或 12 的鎢系高速鋼 含 8 鎢或 6 鎢 5 鉬的鎢鉬系高速鋼 含 2 鎢或不含鎢的鉬系高速鋼 按用途按用途 通用型高速鋼和特殊的高性能高速鋼 通用型典型牌號為鎢系 W18Cr4V 鎢鉬系的 W6Mo5Cr4V2 等 耐熱性約 為 500 600 C 允許切削速度為 40 60m min 強度和韌性很好 可切削硬度在 250 280HB 以下的大部分結構鋼和鑄鐵 高性能高速鋼高性能高速鋼 是在通用型高速鋼中再添加一些鈷 鋁等元素 及增加一些含碳 量的鋼種 硬度 耐熱性都較高 630 650 C 仍可保持 HRC60 的硬度 耐用度比通用型高 1 5 3 倍 適合加工高強度鋼 不銹鋼 鈦合金 高溫合金等 C 硬質合金硬質合金 硬質合金是高硬度難熔的屬碳化物 Wc Tic Tac NbC 等粉末 用鈷或鉬 鎢為 粘結劑 用粉末治金方法制成的 由于金屬碳化物的含量很高 它的硬度很高 達 HRC89 93 或 HRC74 82 耐磨性很好 耐熱性也高 800 1000 C 切削性能遠遠超過高速鋼 刀具耐用度 可提高幾十倍 在相同耐用度下 切削速度可提高幾倍 抗彎強度低 只相當于 W18Cr4V 高速鋼的 1 2 1 4 沖擊韌性 差 約 W18Cr4V 的 1 4 1 30 不可承受大的瓿擊負荷 1 合金的分類 性質及應用范圍 按 ISO 可分為 P K M 三類 P 類主要用于加工鋼 K 類主要用于加工鑄鐵 有色合金及非金屬材料 M 類主要用于加工鋼 包含難加工鋼 鑄鐵及有色金屬 a 鎢鈁 Wc Co 類硬質合金 由碳化鎢 WC 和粘結劑鈷 Co 組成 常用牌號 YG8 YG6 YG3 YG8C YG6X YG3X Y 表示硬質合金 G 表示鈷 數字表示含鈷量 X 表示細晶粒 C 表示粗晶 粒 碳化物含量較高 粘結劑含量較低時 其硬度低高 抗彎強度較低 反之 硬度較低 抗彎強度較高 細晶粒比中晶粒的硬質合金硬度和耐磨性高些 抗彎強度和韌性低些 適用于加工一些硬度高的材料及精密刀具 粗晶粒比中晶粒硬質合金強度和韌性高些 但硬度低 特別是高溫硬度 降低很多 刀具上 不常用 主要用于鑿岩鉆頭 硬度約為 HRA89 91 耐熱性為 800 900 C 主要用于加工脆性材料 b 鎢鈦鈷 WC TiC Co 類 除含有 WC 外 還含有 5 30 的 TiC 常用牌號 YT5 YT14 YT15 及 YT30 TiC 含量 5 14 15 30 Co 的含量 10 8 6 4 TiC 的作用 提高合金的硬度 耐熱性 粘結溫度以及抗氧化能力 含 TiC 越多 鈷越少 合金的硬度 耐磨性及耐熱性越好 而抗 彎強 度和韌性就越差 YT30 硬度及耐熱性高 但韌性 差 只能用于精加工 YT15 相反 適合于粗加工 YT 類合金硬度 耐磨性 耐熱性 抗粘結擴散能力及抗氧化能力都比 YG 類高 注意注意 加工含鈦的金屬時 由于 YT 類合中的鈦元素與被切金屬的鈦元素親合力 強 會使刀具產生嚴重的粘結 擴散磨損 易蠆采用 YG 類硬質合金 c 鎢鈦鉭鈮鈷 WC TiC TaC NbC Co 類硬質合金 是在 YT 類和 YG 類中添加少量的碳化鉭 TC 派生來的 而 Ta 提純時 不 可避免地有部分 NbC 存在 因而也同時有 NbC 派生出來 加入一定量的 TaC 可提高硬質合金的硬度 耐磨性 耐熱性和抗氧化能力 並能化晶粒 含 TaC 的 YG 牌號有 TG6A YG8N 抗 彎強度比 YG6 YG8 稍低 但硬度 耐磨性卻提高很多 可加工冷硬鑄鐵 有色金屬 及高錳鋼 淬硬鋼的精加工與半 精加工 YT 類中含 TaC 的牌號有 YW1 與 YW2 等 可提高硬質合金的強度 韌性 耐熱性以及抗氧化的能力 2 新牌號的硬質合金 a 添加碳化鉭 碳化釩 VC 碳化鉻 Cr3C2 等碳化物的硬質合金 加工某些淬火鋼時 功效比 YT15 YW1 YT30 提高 2 10 倍 如 YW3 YW4 b 專用銑削的硬質合金 如 YTM30 YTS25 YT798 C 超細晶粒硬質合金 硬度比普通的高 但強度有所下降 如 YG10H YH1 YH2 TH3 YG643M 適 用于加工不銹鋼 高錳鋼 耐熱合金等難切削材料 D 碳化鈦基硬質合金 以 TiC 為主要成份 適當加入其他碳化物成氮化物 以 Ni 和 Mo 為粘結 劑 硬度高 不易氧化 對金屬的摩擦系數小 與鋼之間不易粘結及擴散 抗月 牙洼磨損能力強 主要用于精加工和半精加工鋼 也可加工球墨鑄鐵 耐用度比 WC 基硬質合金高幾倍 典型牌號 YN10 YN01 YN05 D 涂層刀具材料涂層刀具材料 涂層材料可用難熔的金屬碳化物 氮化物或氧化物 硼化物 特點 硬度很高 化學性能穩定 不易產生擴散磨損 摩擦系數小 生產中用的最多的為 TiC 與 TiN 涂層厚度一般為 5 7 m TiC 涂層適用于連續切削及會使刀具產生劇烈磨損的場合 TiN 硬度較 TiC 低 但潤滑性好 摩擦系數小 抗月牙洼磨損的能力優于 TiC 涂層 韌性也較好 適用于加工鋼材或其他切削易于粘結在前刀面上的工 件材料 在用硬質合金高速切削時 采用 Al2O3 涂層比采用 TiC 與 TiN 好 涂層刀具缺點 切削刃鋒利性 韌性 抗崩刃性能均不及未涂層的刀具 所以對 于小進給量的精加工 有氧化外皮及夾砂材料的粗加工 強力 切削等 不易使用涂層硬質合金 也不適用於加工高溫合金及 某些非金屬及與鈦起反應的鋁 鈦等有色金屬 涂層高速鋼則仍可用于有沖擊切削 也適用于鉆 鉸 銑 拉與齒輪刀具 E 其他刀具材料其他刀具材料 A 陶瓷 成份 由純氧化鋁 Al2O3 或在 Al2O3 中添加一定量的金屬元素 或金屬碳 化物 硬度 HRA91 95 耐熱性 在 1200 C 的切削溫度仍能切削 缺點 沖擊韌性差 抗彎強度小 用途 高速精車和半精車 B 金鋼石 1 天然單晶金鋼石 硬度 HV10000 耐磨性極好 可切削極硬的材料而保持長時間的尺