第三章 刀具材料

1、 l刀具材料是指刀具切削部刀具材料是指刀具切削部 分的材料。分的材料。 l刀具的切削能力直接影响刀具的切削能力直接影响 生产率、加工质量和加工生产率、加工质量和加工 成本。成本。 l刀具的切削性能，主要取刀具的切削性能，主要取 决于刀具材料。决于刀具材料。 l高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 l足够的强度和韧性足够的强度和韧性 l高的耐热性高的耐热性 l良好的导热性和较小的膨胀系数良好的导热性和较小的膨胀系数 l稳定的化学性能和良好的抗粘结性能稳定的化学性能和良好的抗粘结性能 l良好的工艺性能和经济性良好的工艺性能和经济性 刀具切削部分是在刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦高温、高压及剧烈摩

2、擦 的恶劣条件下工作的。因此，刀具材料应具备的恶劣条件下工作的。因此，刀具材料应具备 以下基本性能。以下基本性能。 （1）高的硬度和耐磨性）高的硬度和耐磨性 刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须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。高于工件材料的硬度。 刀具材料最低硬度应在刀具材料最低硬度应在60HRC以上。以上。 对于对于碳素工具钢碳素工具钢材料，在室温条件下硬度应在材料，在室温条件下硬度应在 62HRC以上；以上；高速钢高速钢硬度为硬度为63HRC70HRC；硬硬 质合金质合金刀具硬度为刀具硬度为89HRC93HRC。 刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。

3、刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。 一般刀具一般刀具硬度硬度越高，越高，耐磨性耐磨性越好。越好。 刀具金相组织中刀具金相组织中硬质点硬质点（如碳化物、氮化物等）越（如碳化物、氮化物等）越 多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好耐磨性越好。 （2）足够的强度和韧性）足够的强度和韧性 刀具材料在切削时受到很大的切削力与刀具材料在切削时受到很大的切削力与 冲击力。冲击力。 如车削如车削45钢，在背吃刀量钢，在背吃刀量ap4，进给，进给 量量f 0.5/r的条件下，刀片所承受的切的条件下，刀片所承受的切 削力达到削力达到4000N，可见，刀具材料必须具，可见，刀具材料必

4、须具 有较高的强度和较强的韧性。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一般刀具材料的韧性用冲击韧度aK(P10) 表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。 （3）高的耐热性）高的耐热性 刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标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，志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量， 也称也称热硬性热硬性。 刀具材料刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，高温硬度越高，则耐热性越好，在在 高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。 （4）良好的导热性和较小

5、的膨胀系数）良好的导热性和较小的膨胀系数 刀具导热性好，表示切削产生的热量容易刀具导热性好，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，减传导出去，降低了刀具切削部分温度，减 少刀具磨损。少刀具磨损。 刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热 裂纹性能也强。裂纹性能也强。 线膨胀系数小，刀具的热变形小，则加工线膨胀系数小，刀具的热变形小，则加工 误差也小。误差也小。 （5）稳定的化学性能和良好的抗粘结性能）稳定的化学性能和良好的抗粘结性能 这是要求刀具具有抗化学腐蚀的能力这是要求刀具具有抗化学腐蚀的能力 材料的化学性能稳定，在高温、高压下，材料的化

6、学性能稳定，在高温、高压下， 才能保持良好的抗扩散、抗氧化的能力。才能保持良好的抗扩散、抗氧化的能力。 刀具材料和工件材料的亲和力小，则刀具刀具材料和工件材料的亲和力小，则刀具 材料的抗粘结性能好，粘结磨损小。材料的抗粘结性能好，粘结磨损小。 （6）良好的工艺性与经济性）良好的工艺性与经济性 刀具不但要有良好的切削性能，本身还应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该易于制造，这要求刀具材料有较好的工工 艺性艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高，如锻造、热处理、焊接、磨削、高 温塑性变形等功能。温塑性变形等功能。 经济性也是刀具材料的重要指标之一，选经济性也是

7、刀具材料的重要指标之一，选 择刀具时，要择刀具时，要考虑经济效果考虑经济效果，以降低生产，以降低生产 成本。成本。 l刀具材料的种类很多，常用的有刀具材料的种类很多，常用的有工具钢工具钢（包括碳（包括碳 素工具钢、合金工具钢和高速钢）素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金硬质合金、 陶瓷陶瓷、金钢石金钢石和和立方氮化硼立方氮化硼等。等。 碳素工具钢碳素工具钢（如（如T10A、T12A）和合金工具和合金工具 钢钢（如（如9SiCr、CrWMn） ，因其耐热性很差，目，因其耐热性很差，目 前仅用于手工工具。前仅用于手工工具。 l目前最常用的刀具材料是目前最常用的刀具材料是高速钢高速钢和和硬质合金

8、硬质合金。 据统计，我国目前据统计，我国目前高速钢高速钢用量约占刀具的用量约占刀具的 60以上，以上，硬质合金硬质合金的用量约占的用量约占30以上，随以上，随 着着难加工难加工材料应用的增加，材料应用的增加，陶瓷刀具和超硬刀陶瓷刀具和超硬刀 具材料具材料的使用量日益增长。的使用量日益增长。 一、高速钢的特点 l高速钢是加入了钨高速钢是加入了钨（W）、钼钼（Mo）、 铬铬（Cr）、钒钒（V）等合金元素的高合金等合金元素的高合金 工具钢。工具钢。 由于合金元素与碳化合形成较多的由于合金元素与碳化合形成较多的 高硬度碳化物高硬度碳化物， 如碳化钒，硬度高达如碳化钒，硬度高达 2800HV，且，且晶粒

9、细小，分布均匀晶粒细小，分布均匀。而且。而且 合金元素和碳原子结合力很强合金元素和碳原子结合力很强，提高了马，提高了马 氏体受热时的稳定性。氏体受热时的稳定性。 高速钢的特点高速钢的特点 ： （1）高速钢具有）高速钢具有较高的硬度较高的硬度（热处理硬度（热处理硬度 可达可达HRC62 67）和）和耐热性耐热性（切削温度可（切削温度可 达达550600C），与，与碳素工具钢碳素工具钢和和合金工合金工 具钢具钢相比相比切削速度切削速度可提高可提高1 3倍，故得名倍，故得名 “高速钢高速钢”，提高，提高耐用度耐用度10 40倍。倍。 铬在钢中提高了铬在钢中提高了淬透性淬透性，使小型刀具在，使小型刀具

10、在 空气空气中冷却就能中冷却就能淬硬淬硬，且能，且能刃磨得锋利刃磨得锋利，故，故 高速钢又有高速钢又有“风钢风钢”或或“锋钢锋钢”之称。可加之称。可加 工包括工包括有色金属、高温合金有色金属、高温合金在内的范围广泛在内的范围广泛 的材料。的材料。 (2)高速钢具有高速钢具有高的强度高的强度(抗弯强度为一般抗弯强度为一般 硬质合金的硬质合金的23倍，为陶瓷的倍，为陶瓷的56倍倍)和和韧韧 性性，抗冲击振动的能力较强，适宜制造，抗冲击振动的能力较强，适宜制造各各 类刀具类刀具。 (3)高速钢刀具高速钢刀具制造工艺简单制造工艺简单，能锻造，容，能锻造，容 易磨出锋利的刀刃，因此在复杂刀具易磨出锋利的

11、刀刃，因此在复杂刀具(钻头、钻头、 丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等)的制的制 造中，高速钢占有重要的地位。造中，高速钢占有重要的地位。 高速钢分类：高速钢分类： (1）按）按用途用途不同，可分为不同，可分为通用型（普通型）高速通用型（普通型）高速 钢钢和和高性能高速钢高性能高速钢； (2）按制造）按制造工艺方法工艺方法不同，可分为不同，可分为熔炼高速钢熔炼高速钢和和 粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢。 通用型高速钢通用型高速钢 钨系高速钢钨系高速钢 钨钼系高速钢钨钼系高速钢 钨系高速钢：钨系高速钢： 其代表是其代表是W18Cr4V(简称简称w18)是我国最常用是我

12、国最常用 的一种高速钢。的一种高速钢。 由于含由于含钒量较少钒量较少，磨削性能好磨削性能好，其，其刃口容易刃口容易 磨得锋利平直磨得锋利平直，综合性能好，通用性强。，综合性能好，通用性强。 常温常温硬度硬度可达可达6366HRC，在，在600高温时高温时 能保持的硬度能保持的硬度48.5HRC左右。特别是左右。特别是热处理工热处理工 艺性好，淬火时过热倾向小艺性好，淬火时过热倾向小，抵抗塑性变形能，抵抗塑性变形能 力强。力强。 可用于可用于精加工精加工的的复杂刀具复杂刀具，如螺纹车刀，成，如螺纹车刀，成 形车刀，宽刃精刨刀、拉刀、齿轮刀具等。形车刀，宽刃精刨刀、拉刀、齿轮刀具等。 W18钢的缺

13、点是钢的缺点是碳化物分布常不均匀，碳化物分布常不均匀， 剩余碳化物颗粒较大剩余碳化物颗粒较大。如锻造不均，则会。如锻造不均，则会 影响影响薄刃刀具薄刃刀具的寿命、制造的寿命、制造较大截面较大截面刀具刀具 时，时，强度显得不够强度显得不够(抗弯强度仅为抗弯强度仅为2 2 .3GPa)，只有在制造，只有在制造小截面小截面刀具时，才获刀具时，才获 得满意的强度得满意的强度(33.4GPa)。此外，。此外，W18钢钢 热塑性较差，不适合作热轧刀具热塑性较差，不适合作热轧刀具。 钨钼系高速钢：钨钼系高速钢： W6Mo5Cr4V2(简称简称M2)是我国是我国常用的典型钨钼常用的典型钨钼 系高速钢种。系高速

14、钢种。 用用1%的钼可代替的钼可代替2的钨，的钨，钼钼的加入使钢中合的加入使钢中合 金元素减少金元素减少，从而，从而减小减小了碳化物了碳化物数量数量及其分布的及其分布的 不均匀性不均匀性，细化细化了晶粒。了晶粒。 与与W18钢相比，钢相比，M2钢钢抗弯强度抗弯强度提高约提高约17， 冲击韧度提高约冲击韧度提高约40%以上，而且以上，而且大截面刀具大截面刀具也具也具 有同样的有同样的强度和韧性强度和韧性，可用于制造截面，可用于制造截面较大的刀较大的刀 具具，或承受，或承受较大冲击力较大冲击力的刀具的刀具(如插齿刀如插齿刀)以及结以及结 构构较薄弱较薄弱的刀具的刀具(如麻花钻、丝锥等如麻花钻、丝锥

15、等)。 M2钢的热塑性很好，磨削加工性能好，钢的热塑性很好，磨削加工性能好， 特别适用于特别适用于制造轧制或扭制钻头制造轧制或扭制钻头等热成形等热成形 刀具，是目前各国使用较多的一种高速钢。刀具，是目前各国使用较多的一种高速钢。 M2钢的缺点是钢的缺点是热硬性和高温硬度热硬性和高温硬度略低略低 于于W18钢，故钢，故高温切削性能稍逊高温切削性能稍逊。此外，。此外， 热处理时热处理时脱碳倾向大脱碳倾向大，较易氧化较易氧化，淬火温淬火温 度范围较窄度范围较窄。 钨钼系高速钢：钨钼系高速钢： W9Mo3Cr4V是根据我国资源研制的牌号。是根据我国资源研制的牌号。 其抗弯强度和韧性均比其抗弯强度和韧性

16、均比M2钢好，高温钢好，高温 热塑性也好，而且淬火过热、脱碳敏感小，热塑性也好，而且淬火过热、脱碳敏感小， 具有良好的切削性能。具有良好的切削性能。 三、高性能高速钢 在普通高速钢中加入一些其他合金元素在普通高速钢中加入一些其他合金元素 （C、V、Co、Al），），以提高其耐热性和以提高其耐热性和 耐磨性。耐磨性。 主要用来加工主要用来加工奥氏体不锈钢、高温合金、奥氏体不锈钢、高温合金、 钛合金和超高强度钢钛合金和超高强度钢等难加工材料，这类等难加工材料，这类 高速钢的高速钢的不同牌号不同牌号只有在只有在各自的规定切削各自的规定切削 条件下条件下使用才能达到良好的切削性能。使用才能达到良好的切

17、削性能。 常用牌号常用牌号: (1)高碳高速钢高碳高速钢: 9W18Cr4V(9W18) , 9W6Mo5Cr4V2(CM2) 。 其碳的质量分数从普通高速钢的其碳的质量分数从普通高速钢的0.7 0.8增加到增加到0. 9l .0%，使常温硬度提高，使常温硬度提高 到到6668HRC，600c时高温硬度提高到时高温硬度提高到 5152HRC。 适用于适用于耐磨性耐磨性要求高的铰刀、锪钻，丝锥要求高的铰刀、锪钻，丝锥 以及加工较硬材料以及加工较硬材料(220250HBS)的刀具。的刀具。 (2)含铝高速钢含铝高速钢 铝高速钢铝高速钢W6Mo5cr4V2A1(简称简称501)和和 W10Mo4Cr

18、4V3Al(简称简称5F一一6)是我国是我国独创的独创的 新钢种新钢种，这种钢常温硬度为，这种钢常温硬度为6769HRC， 600C高温时硬度为高温时硬度为5455HRc，切削性能，切削性能 相当于相当于钴高速钢钴高速钢M42，刀具寿命比，刀具寿命比W18cr4V 显著提高显著提高(至少至少12倍倍)，而价格却相差不多，而价格却相差不多， 用这种钢做的齿轮滚刀允许用这种钢做的齿轮滚刀允许l 67ms的切削的切削 速度。速度。 (3)钴高速钢钴高速钢 M42(W2Mo9Cr4VCo8) 和和 W10Mo4Cr4V3Co10 高速钢中加入高速钢中加入钴钴可提高钢的可提高钢的热稳定性热稳定性，促，促

19、 进进回火时碳化物的析出回火时碳化物的析出，增加，增加弥散硬化弥散硬化效果，效果， 提高回火硬度。从而提高常温和高温硬度及抗提高回火硬度。从而提高常温和高温硬度及抗 氧化能力。氧化能力。 由于由于钴钴的的热导率较高热导率较高，加入钴可以改善高，加入钴可以改善高 速钢的速钢的导热性导热性，并，并降低摩擦因数降低摩擦因数，从而提高切，从而提高切 削速度。削速度。 （4）高钒高速钢）高钒高速钢 W6Mo5Cr4V3、W12Cr4V4Mo 高钒高速钢质量分数在高钒高速钢质量分数在35，由，由 于形成大量于形成大量高硬度耐磨高硬度耐磨的碳化钒弥散在的碳化钒弥散在 钢中，提高了高速钢的耐磨性，且能钢中，提

20、高了高速钢的耐磨性，且能细细 化晶粒和降低钢的过热敏感性化晶粒和降低钢的过热敏感性。 四、粉末冶金高速钢 是是20世纪世纪70年代开发的新型刀具材料，其工年代开发的新型刀具材料，其工 艺方法是用艺方法是用高压惰性气体高压惰性气体（氩气或氮气）或（氩气或氮气）或高压高压 雾化雾化高速钢得到高速钢得到细小细小的高速钢粉末，再经热压制的高速钢粉末，再经热压制 成刀具毛坯。成刀具毛坯。 与熔炼高速钢相比具有以下优点：与熔炼高速钢相比具有以下优点： （1）能解决）能解决碳化物偏析碳化物偏析 普通普通熔炼高速钢熔炼高速钢在铸锭时会产生在铸锭时会产生粗大碳化物粗大碳化物共共 晶偏析，碳化物晶粒尺寸大到晶偏析

21、，碳化物晶粒尺寸大到8020m。而。而粉末粉末 冶金高速钢碳化物冶金高速钢碳化物晶粒为晶粒为25 m ，且无碳化物偏，且无碳化物偏 析，从而提高了析，从而提高了钢的强度、韧性和硬度钢的强度、韧性和硬度，其硬度，其硬度 可达可达6 970HRC。 （2） 能保证各向同性能保证各向同性 由于粉末冶金的工艺特点，保证了粉末冶金高由于粉末冶金的工艺特点，保证了粉末冶金高 速速钢的各向同性，从而钢的各向同性，从而减小了热处理内应力和变减小了热处理内应力和变 形，适合制造各种形，适合制造各种精密和复杂精密和复杂刀具。刀具。 （3）磨削加工性好）磨削加工性好 钒钒的质量分数的质量分数5的粉末冶金高速钢的的粉

22、末冶金高速钢的磨削磨削 加工性加工性，相当于，相当于钒钒的质量分数为的质量分数为2的普通高的普通高 速钢。磨削效率比熔炼高速钢高速钢。磨削效率比熔炼高速钢高23倍，表面倍，表面 粗糙度值显著减小粗糙度值显著减小。 （4） 能制造超硬高速钢能制造超硬高速钢 粉末冶金高速钢新工艺，为在现有高速钢中加粉末冶金高速钢新工艺，为在现有高速钢中加 入入高碳化物高碳化物(TiC和和NbC)和制造和制造超硬高速钢超硬高速钢新材料新材料 提供了可能性提供了可能性。 （5） 能节约钢材和工时能节约钢材和工时 用粉末冶金直接用粉末冶金直接压制刀坯压制刀坯时，可大大减小加时，可大大减小加 工余量、节约钢材和工时。工余

23、量、节约钢材和工时。 五、高速钢刀具的表面涂层 l表面涂层处理的目的表面涂层处理的目的 是为了在刀具表面形成硬度高、耐磨是为了在刀具表面形成硬度高、耐磨 性好的表面层，以减少刀具磨损，提性好的表面层，以减少刀具磨损，提 高刀具的切削性能。高刀具的切削性能。 l表面涂层的方法表面涂层的方法 有蒸汽处理、低温气体氮碳共渗、辉光离子有蒸汽处理、低温气体氮碳共渗、辉光离子 渗氮等。此外还可采用真空溅射的方法在刀渗氮等。此外还可采用真空溅射的方法在刀 具表面沉积一层具表面沉积一层TiC或或TiN（约（约10m）。）。 l涂层高速钢是一种复合材料涂层高速钢是一种复合材料 基体是强度、韧性好的高速钢，表层是

24、具有基体是强度、韧性好的高速钢，表层是具有 高硬度、高耐磨性的其他材料。高硬度、高耐磨性的其他材料。 优点：切削力小，切削温度可下降约 25%，切削速度、进给量可提高一倍，刀具寿 命可显著提高。 l硬质合金是用高硬度、高熔点硬质合金是用高硬度、高熔点的金属的金属 碳化物碳化物(碳化钨碳化钨WC、碳化钛、碳化钛TiC、碳、碳 化钽化钽TaC，碳化铌，碳化铌NbC等等)与金属粘与金属粘 结剂结剂(钴、镍、钼钴、镍、钼等等)在在高温下烧结高温下烧结而而 成的粉末冶金制品。成的粉末冶金制品。 l高硬度、高熔点的金属碳化物含量高硬度、高熔点的金属碳化物含量 高，故其硬度、耐热性和耐磨性都高，故其硬度、耐

25、热性和耐磨性都 超过高速钢，允许切削温度高达超过高速钢，允许切削温度高达 8001000。因此，切削速度远高。因此，切削速度远高 于高速钢。于高速钢。 l但硬质合金抗弯强度低、韧性差，但硬质合金抗弯强度低、韧性差， 怕冲击振动，工艺性能差，不易做怕冲击振动，工艺性能差，不易做 成形状复杂的整体刀具。因此目前成形状复杂的整体刀具。因此目前 还不能完全取代高速钢。还不能完全取代高速钢。 l硬质合金的物理、力学性能取决于硬质合金的物理、力学性能取决于 合金成份、粉末颗粒的粗细以及合合金成份、粉末颗粒的粗细以及合 金的烧结工艺。金的烧结工艺。 l金属碳化物所占比例大，则硬度高，金属碳化物所占比例大，则

26、硬度高， 耐磨性也好；耐磨性也好； l粘结剂含量高，则抗弯强度和冲击粘结剂含量高，则抗弯强度和冲击 韧性会有所提高；韧性会有所提高； l晶粒越细，硬度越高。晶粒越细，硬度越高。 二、普通硬质合金的分类、牌号和性能 常用的硬质合金有常用的硬质合金有钨钴钨钴类（类（YGYG类类) )、钨钛钴钨钛钴 类类(YT(YT类类) )和通用和通用硬质合金硬质合金(YW(YW类类) )三类。三类。 硬质合金牌号的表示方法：硬质合金牌号的表示方法： YG6X 硬的汉硬的汉 语拼音语拼音 第一个第一个 字母字母 G6钨钴类合金及钨钴类合金及 钴含量钴含量. T15钨钴钛类合钨钴钛类合 金及金及TiC含量含量. W

27、钨钛钽钨钛钽(铌铌)钴钴 类合金。类合金。 N钨钛镍钼合金钨钛镍钼合金 附加字母分别表附加字母分别表 示示 X细晶粒细晶粒 C粗晶粒粗晶粒 N加铌元素加铌元素 A加钽元素加钽元素 1）钨钴类（）钨钴类（YG） YG类硬质合金主要由类硬质合金主要由碳化钨碳化钨（WC）和）和钴钴（Co） 组成，常用的牌号有组成，常用的牌号有YG3、YG6、YG8等。等。 YG类硬质合金的类硬质合金的抗弯强度和冲击韧性抗弯强度和冲击韧性较好，较好，不易不易 崩刃崩刃，很适宜切削，很适宜切削切屑切屑呈呈崩碎状的铸铁崩碎状的铸铁等等脆性脆性材料。材料。 YG类硬质合金的类硬质合金的刃磨性刃磨性较好，较好，刃口刃口可以磨

28、得较可以磨得较锋锋 利利，故切削有，故切削有色金属色金属等合金的效果也较好。由于等合金的效果也较好。由于YG 类硬质合金的类硬质合金的耐热性和耐磨性较差耐热性和耐磨性较差，因此一般不用于，因此一般不用于 普通钢材的切削加工。普通钢材的切削加工。 但它的韧性好，导热系数较大，可以用来但它的韧性好，导热系数较大，可以用来加工不加工不 锈钢和高温合金钢锈钢和高温合金钢等难加工材料。等难加工材料。 2） 钨钛钴类钨钛钴类(YT类类) YT类硬质合金主要由类硬质合金主要由碳化钨、碳化钛和碳化钨、碳化钛和 钴钴组成，常用的牌号有组成，常用的牌号有YT5、YTl5、YT30等。等。 它里面加入了它里面加入了

29、碳化钛碳化钛后，增加了硬质合金的后，增加了硬质合金的 硬度、耐热性、抗粘接性和抗氧化硬度、耐热性、抗粘接性和抗氧化能力。能力。 但由于但由于YT类硬质合金的类硬质合金的抗弯强度和冲击抗弯强度和冲击 韧性较差韧性较差，故主要用于切削切屑一般呈，故主要用于切削切屑一般呈带状带状 的普通碳钢及合金钢等塑性材料。的普通碳钢及合金钢等塑性材料。 3） 通用硬质合金通用硬质合金(YW类类) 钨钛钽钨钛钽(铌铌)钴钴类硬质合金类硬质合金(YW类类)它是在普通硬质它是在普通硬质 合金中合金中加入了少量加入了少量的的稀有高熔点稀有高熔点金属碳化钽（金属碳化钽（TaC) 或碳化铌或碳化铌(NbC)，能阻止，能阻止

30、WC晶粒在烧结过程中长大，晶粒在烧结过程中长大， 起到细化晶粒的作用。从而提高了硬质合金的起到细化晶粒的作用。从而提高了硬质合金的韧性韧性 和耐热性和耐热性，使其具有较好的综合切削性能。，使其具有较好的综合切削性能。 YW硬质合金主要用于硬质合金主要用于不锈钢、耐热钢、高锰钢不锈钢、耐热钢、高锰钢 的加工，也适用于的加工，也适用于普通碳钢和铸铁普通碳钢和铸铁的加工，因此被的加工，因此被 称为通用型硬质合金，常用的牌号有称为通用型硬质合金，常用的牌号有YWl、YW2等。等。 硬质合金的选用 l各种硬质合金的应用见表各种硬质合金的应用见表3-2 l硬质合金的性能，主要取决于金属碳硬质合金的性能，主

31、要取决于金属碳 化物的种类、性能、数量、粒度和粘化物的种类、性能、数量、粒度和粘 结剂的份量结剂的份量 表表 1 1- -1 1 各各 种种 硬硬 质质 合合 金金 的的 应应 用用 范范 围围 牌 号 应 用 范 围 YG3X 铸 铁 、 有 色 金 属 及 其 合 金 的 精 加 工 、 半 精 加 工 、 不 能 承 受 冲 击 载 荷 YG3 铸 铁 、 有 色 金 属 及 其 合 金 的 精 加 工 、 半 精 加 工 、 不 能 承 受 冲 击 载 荷 YG6X普 通 铸 铁 、 冷 硬 铸 铁 、 高 温 合 金 的 精 加 工 、 半 精 加 工 YG6铸 铁 、 有 色 金

32、属 及 其 合 金 的 半 精 加 工 和 粗 加 工 YG8 铸 铁 、 有 色 金 属 及 其 合 金 、 非 金 属 材 料 的 粗 加 工 ， 也 可 用 于 断 续 切 削 YG6A 冷 硬 铸 铁 、 有 色 金 属 及 其 合 金 的 半 精 加 工 ， 亦 可 用 于 高 锰 钢 、 淬 硬 钢 的 半 精 加 工 和 精 加 工 YT30碳 素 钢 、 合 金 钢 的 精 加 工 YT15 YT14 碳 素 钢 、 合 金 钢 在 连 续 切 削 时 的 粗 加 工 、 半 精 加 工 ， 亦 可 用 于 断 续 切 削 时 精 加 工 YT5碳 素 钢 、 合 金 钢 的

33、粗 加 工 ， 可 用 于 断 续 切 削 YW1 高 温 合 金 、 高 锰 钢 、 不 锈 钢 等 难 加 工 材 料 及 普 通 钢 料 、 铸 铁 、 有 色 金 属 及 其 合 金 的 半 精 加 工 和 精 加 工 YW2 硬 度 、 耐 磨 性 、 切 削 速 度 抗 弯 强 度 、 韧 性 、 进 给 量 高 温 合 金 、 高 锰 钢 、 不 锈 钢 等 难 加 工 材 料 及 普 通 钢 料 、 铸 铁 、 有 色 金 属 及 其 合 金 的 粗 加 工 和 半 精 加 工 三、其他硬质合金及其使用性能 超细晶粒硬质合金 l其其WC的粒度则在的粒度则在0.21m之间，其中之

34、间，其中 大多数在大多数在0.5m以下以下 l是一种高硬度、高强度兼备的硬质合金，是一种高硬度、高强度兼备的硬质合金， 具有硬质合金的高硬度和高速钢的高强具有硬质合金的高硬度和高速钢的高强 度度 l可用于间断切削，特别是难加工材料的可用于间断切削，特别是难加工材料的 间断切削间断切削 钢结硬质合金 l代号为代号为YE。它以它以WC、TiC作硬质相作硬质相 （占（占3040），以高速钢，以高速钢（或合金（或合金 钢）钢）作粘结相作粘结相（占（占6070） l硬度、强度与韧性介于高速钢和硬质硬度、强度与韧性介于高速钢和硬质 合金之间；可以进行锻造、切削、热合金之间；可以进行锻造、切削、热 处理与焊

35、接处理与焊接 l可用于制造模具、拉刀、铣刀等形状可用于制造模具、拉刀、铣刀等形状 复杂的刀具复杂的刀具 涂层硬质合金 l在韧性较好的硬质合金基体上，采用在韧性较好的硬质合金基体上，采用化学气相沉积化学气相沉积 (CVD)或物理气相沉积或物理气相沉积(PVD)的工艺方法，涂覆一薄的工艺方法，涂覆一薄 层层(约约512um)高硬度、耐磨性高、难熔金属化合物高硬度、耐磨性高、难熔金属化合物 (TlC、TiN、AL2O3等等) 而获得的。这样，既保持了而获得的。这样，既保持了 基体的强度和韧性，又使表面有基体的强度和韧性，又使表面有更高的硬度更高的硬度(可达可达1 5003000HV)和和耐磨性耐磨性

36、、更小的摩擦因数和高的耐、更小的摩擦因数和高的耐 热性热性(达达8001200)。 TiC涂层刀片：银灰色，涂层刀片：银灰色，57m。 TiN涂层刀片：金黄色，涂层刀片：金黄色，812m。 碳化钛碳化钛的的硬度硬度比比氮化钛高氮化钛高，抗磨损性能好，对于，抗磨损性能好，对于 会产生剧烈磨损的刀具，会产生剧烈磨损的刀具，碳化钛涂层碳化钛涂层较好。较好。 氮化钛氮化钛与金属的与金属的亲和力小亲和力小，润滑性能好，在容易产，润滑性能好，在容易产 生生粘结粘结的条件下，的条件下，氮化钛涂层氮化钛涂层较好。较好。 在在高速切削高速切削产生大量热量的场合，以采用产生大量热量的场合，以采用氧化铝涂氧化铝涂

37、层层为好，因为氧化铝在高温下有良好的热稳定性能。为好，因为氧化铝在高温下有良好的热稳定性能。 l可分为单涂层、双涂层、和多涂层等可分为单涂层、双涂层、和多涂层等 l涂层刀片在涂层刀片在高速切削钢件和铸铁高速切削钢件和铸铁时能获得良好效时能获得良好效 果，比未涂层刀片的刀具寿命提高果，比未涂层刀片的刀具寿命提高13倍，高倍，高 者可达者可达510倍。倍。但但不适于切削高温合金、钛合金、不适于切削高温合金、钛合金、 有色金属及某些非金属，不能采用焊接结构，不能有色金属及某些非金属，不能采用焊接结构，不能 重磨使用。重磨使用。 陶瓷刀具陶瓷刀具 陶瓷 l按化学成分可分为：按化学成分可分为：纯氧化铝纯

38、氧化铝AL2O3陶瓷、陶瓷、 复合氧化铝复合氧化铝AL2O3TiC陶瓷、复合氮化陶瓷、复合氮化 硅硅Si3N4TiCCo陶瓷陶瓷 l高温硬度很高，在高温硬度很高，在1200时，硬度尚能达时，硬度尚能达 到到80HRA，仍具较好的切削性能仍具较好的切削性能 l缺点：缺点：抗弯强度低，冲击韧性差，导热能抗弯强度低，冲击韧性差，导热能 力低和线膨胀系数大。对冲击十分敏感，力低和线膨胀系数大。对冲击十分敏感， 容易破裂。容易破裂。 l 主要用于主要用于半精加工和精加工高硬度、高强度钢半精加工和精加工高硬度、高强度钢 和冷硬铸铁和冷硬铸铁等材料。等材料。 金刚石刀具金刚石刀具 激光金刚石切割片激光金刚石

39、切割片 金刚石砂轮金刚石砂轮 金刚石刀具 金刚石是碳的金刚石是碳的同素异构体同素异构体，分，分天然天然金刚石金刚石 和和人造人造金刚石金刚石（人造聚晶金刚石刀具；复合聚晶金（人造聚晶金刚石刀具；复合聚晶金 刚石刀具）刚石刀具）。人造金刚石是在。人造金刚石是在高温高温( (约约20002000C)C)、 高压高压(5(59GPa)9GPa)和和金属触媒金属触媒作用的条件下，由作用的条件下，由石墨石墨 转化转化而成的。而成的。 有极高的硬度和耐磨性有极高的硬度和耐磨性 人造金刚石的硬度高达人造金刚石的硬度高达10000HV，比硬质合金的，比硬质合金的 硬度硬度(13001800HV)和陶瓷的硬度高

40、几倍，是世界和陶瓷的硬度高几倍，是世界 已发现的已发现的最硬材料最硬材料。人造金刚石的耐磨性为硬质合。人造金刚石的耐磨性为硬质合 金的金的6080倍。倍。 有锋利的切削刃有锋利的切削刃 人造金刚石的人造金刚石的切削刃钝圆半径很小切削刃钝圆半径很小，能进行超，能进行超 精密微量切削，使已加工表面冷硬层很小，精密微量切削，使已加工表面冷硬层很小，尺寸尺寸 精度和几何形状精度精度和几何形状精度可达到可达到31m，表面粗糙度，表面粗糙度 值可达到值可达到Ra0.020.06 m ），可实现），可实现镜面镜面加工。加工。 有很高的导热性有很高的导热性 人造金刚石有较低的人造金刚石有较低的线膨胀系数和摩擦

41、系数线膨胀系数和摩擦系数。 其热导率约为硬质台金的其热导率约为硬质台金的27倍，陶瓷的倍，陶瓷的736 倍，而热膨胀系数只有硬质台金的倍，而热膨胀系数只有硬质台金的1/1l和陶瓷的和陶瓷的 18。固此，切削热变形小，尺寸精度稳定。固此，切削热变形小，尺寸精度稳定。 耐热性较差耐热性较差 人造金刚石的温度超过人造金刚石的温度超过800C时就会碳化时就会碳化 而失去切削能力；且与铁有而失去切削能力；且与铁有较强的化学亲和力较强的化学亲和力。 高温时金刚石中的碳元素会很快扩散到铁中去，高温时金刚石中的碳元素会很快扩散到铁中去， 而使刃口而使刃口“破裂破裂”。因此，。因此，金刚石刀具一般不适金刚石刀具

42、一般不适 于加工铁系金属。于加工铁系金属。 强度很低强度很低 人造金刚石人造金刚石脆性大脆性大，抗，抗冲击能力差冲击能力差，对，对振动振动 很敏感很敏感，要求机床精度高、平稳性好，且只适于切，要求机床精度高、平稳性好，且只适于切 削层面积不大的精细加工。削层面积不大的精细加工。 使用场合：使用场合： 人造金刚石主要用于制作人造金刚石主要用于制作磨具和磨磨具和磨 料料，用作刀具材料时，多用于在，用作刀具材料时，多用于在高速下高速下 精细车削或镗削精细车削或镗削有色金属及非金属材料。有色金属及非金属材料。 尤其是用它切削加工尤其是用它切削加工硬质合金、硬质合金、 陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度

43、、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、 高耐磨性高耐磨性的材料时，具有很大的优越性。的材料时，具有很大的优越性。 立方氮化硼刀具立方氮化硼刀具（CBN） 立方氮化硼（CBN） 立方氮化硼是由立方氮化硼是由六方氮化六方氮化 硼硼（俗称白石墨）在（俗称白石墨）在高温高压高温高压 下加入催化剂下加入催化剂转变而成的。转变而成的。 CBN刀片可用机械夹固刀片可用机械夹固 或焊接的方法固定在刀杆上，或焊接的方法固定在刀杆上， 也可以将立方氮化硼与硬质合也可以将立方氮化硼与硬质合 金压制在一起成为复合刀片金压制在一起成为复合刀片。 它是它是70年代才发展起来的年代才发展起来的 一种新型刀具材料，其特点：一

44、种新型刀具材料，其特点： 硬度很高硬度很高 可达到可达到HV80009000 热稳定性好热稳定性好 立方氮化硼具有比金刚石更好的立方氮化硼具有比金刚石更好的热稳定性热稳定性，其，其 耐热性可达耐热性可达13001400C，其高温硬度高于陶，其高温硬度高于陶 瓷刀具。当温度高达瓷刀具。当温度高达1370 C以上时，才开始由以上时，才开始由 立方晶体转变为六方晶体而软化。因此，立方晶体转变为六方晶体而软化。因此，CBN适适 合在高速下加工高温合金。合在高速下加工高温合金。 化学稳定性好化学稳定性好 立方氮化硼具有比金刚石更好的立方氮化硼具有比金刚石更好的化学惰性化学惰性，在，在 1000 C以下时

45、，不发生氧化现象，与铁系金属以下时，不发生氧化现象，与铁系金属 在在12001300 C时也不易起化学反应。时也不易起化学反应。 因此，在高速下切削因此，在高速下切削淬火钢，冷硬铸铁淬火钢，冷硬铸铁时其时其 粘接和扩散粘接和扩散磨损较小，但在高温时磨损较小，但在高温时(1000以上以上) 易与水产生化学反应易与水产生化学反应 有较高的热导率和较小的摩擦系数有较高的热导率和较小的摩擦系数 立方氮化硼立方氮化硼的的热导率热导率比比金刚石金刚石低低(约为金刚石约为金刚石 的的12)但远高于陶瓷刀具，且热导率随温度的但远高于陶瓷刀具，且热导率随温度的 升高而增加。这一性能对降低刀尖处的温度大升高而增加。这一性能对降低刀尖处的温度大 有好处，并且摩擦系数小。有好处，并且摩擦系数小。 强度及韧性较差强度及韧性较差 立方氮化硼立方氮化硼的抗弯强度约为陶瓷刀具的的抗弯强度约为陶瓷刀具的 1512，一般只用于精加工，一般只用于精加工 根据根据CBN的性能特点，它最适于加工的性能特点，它最适于加工高硬度淬高硬度淬 火钢、高温合金火钢、高温合金等。特别在精镗小直径孔时等。特别在精镗小直径孔时( 6 35mm)，公差等级可达，公差等级可达I