常用刀具材料分类、特点及应用

1、常用刀具材料分类、特点及应用刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、 工件的加工精度、 已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。1. 刀具材料应具备的性能金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触， 承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦， 产生很高的切削温度， 即刀具切削部分是在高温、 高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。 因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。1.1 高的硬度和耐磨性硬度是刀具材料应具备的基本特性。 刀具要从工件上切下切屑， 其硬度必须比工件材料的硬度大。耐磨性是材料抵抗磨损的能力。 一般来说，刀具材料的硬度越高，

2、 耐磨性就越好。组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度，而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。1.2 足够的强度和韧性要使刀具在承受很大压力， 以及在切削过程中通常要出现的冲击和振动的条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。1.3 高的耐热性耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。 它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。1.4 导热性好刀具材料的导热性越好， 切削热越容易从切削区散走， 有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。

3、 热导率大，表示导热性好， 切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。精选文库1.5 具有良好的工艺性和经济性既要求刀具材料本身的可切削性能、 耐磨性能、热处理性能、 焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。2. 常用刀具材料分类、特点及应用刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表 2-1。表 2-1 常用刀具材料的主要性能硬度抗弯强度热硬性种类常用牌号HRC工艺性能用 途（ GPa）（° C）（HRA ）可冷热加用于手动T8A 、6064工具，如碳素工具2.45工成形，T10A、（ 81250锉刀

4、、锯钢2.75200刃磨性能T12A83）条、錾子好等可冷热加用于低速合金工具9siCr、60652.45工成形，成形刀（ 81300刃磨性能具，如丝钢CiWMn2.7525084）好，热处锥、板牙、理变形小铰刀等可冷热加用于机动W9Mo3C复杂的中6369工成形，r4V 、3.43速刀具，高速钢（ 82600刃磨性能W6Mo5C4.41550如钻头、87）好，热处rV2铣刀、齿理变形小轮刀具等粉未冶金用于机动（YG 类）成形，只简单的高K 类（YT6981能磨削加1.08800速切削刀硬质合金类）P类（ 89工不能热2.161100具，如车（YW）处理，多类）M 类93刀、刨刀、镶片使铣刀刀

5、片用，较脆-2精选文库（ 93陶瓷94）0.4SG4、AT6120015001.1152100HV立方碳化FD、73000.571200硼（CBN）LBN-Y7400HV0.811500人造金刚10000HV0.421.0700800石压制烧结成形，只能磨削加 多用于车工，不需 刀，适宜热处理， 精加工连脆性略大 续切削于硬质合金高温高压烧结成用于加工形，硬度高硬度、高于陶高强度材瓷，极脆，料（特别可用金刚是铁族材石砂轮磨料）削，不需热处理用于有色金属的高精度、低粗糙度切硬度高于削，也用CBN，极于非金属脆精密加工，不切削铁族金属2.1 高速钢普通高速钢普通高速钢指用来加工一般工程材料的高速钢

6、，常用的牌号有：（1）W18Cr4V （简称 W18）。属钨系高速钢，具有较好的切削性能，是我国最常用的一种高速钢。（2）W6Mo5Cr4V2 （简称 M2 ）。属钼系高速钢，碳化物分布均匀性、韧性和高温塑性均超过 W18Cr4V ，但其磨削性能较差。（3）W9Mo3Cr4V （简称 W9）。是一种含钨量较多，含钼量较少的钨钼系高速钢。其碳化物不均匀性介于 W18 和 M2 之间，但抗弯强度和冲击韧度高于 M2 。具有较好的硬度和韧性，其热塑性也很好。普通高速钢常见用途见图2-1。-3精选文库图 2-1 普通高速钢常见用途高性能高速钢高性能高速钢是在普通高速钢的基础上， 用调整其基本化学成分和

7、添加一些其它合金元素（如钒、钴、铅、硅、铌等）的办法，着重提高其耐热性和耐磨性而衍生出来的。 它主要用来加工不锈钢、 耐热钢、高温合金和超高强度钢等难加工材料。2.2 硬质合金硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（ WC、TiC、NbC、TaC 等）作硬质相，用钴、钼或镍等作粘结相，研制成粉末，按一定比例混合，压制成型，在高温高压下烧结而成。-4精选文库硬质合金的常温硬度很高（ 8993HRA ，相当于 78 82HRC）。耐熔性好，热硬性可达 800 1000以上，允许的切削速度比高速钢提高 47 倍，刀具寿命高 58 倍，是目前切削加工中用量仅次于高速钢的主要刀具材料。但它的抗弯强度和韧

8、性均较低，性脆，怕冲击和振动，工艺性也不如高速钢。我国目前常用的硬质合金主要有以下三类：钨钴类硬质合金由 WC 和 Co 组成，代号为 YG 。常温硬度为 8991HRA ，耐热性达 800900，适用于加工切屑呈崩碎状的脆性材料。常用牌号有 YG3X 、YG6X 、YG6和 YG8 等，其中数字表示含 Co 的百分比，其余为含 WC 的百分比。钴在硬质合金中起粘结作用，含 Co 愈多的硬质合金韧性愈好，所以 YG8 适于粗加工和断续切削，可用于加工 45 钢锻件粗车、65HRC 冷硬铸铁和中速车削淬硬钢， YG6 适于半精加工， YG3X 适于精加工和连续切削，可用于 HT200 铸件精车。

9、常见应用见图 2-2。图 2-2 钨钴类硬质合金常见应用钨钛钴类硬质合金由 WC、TiC 和 Co 组成，代号为 YT 。此类硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性（ 9001000）均比 YG 类合金高，但抗弯强度和冲击韧度降低。主要适于加工切屑呈带状的钢料等韧性材料。 常用牌号有 YT30 、YT15、YT14 和 YT5 等，数字表示含 TiC 的百分比。故 YT30 适于对钢料的精加工和连续切削，可用于低速精车合金钢蜗杆和高速精车调质钢长轴， YT15 适于半精加工， YT5 适于粗加工和断续切削。常见应用见图 2-3。-5精选文库图 2-3 钨钛钴类硬质合金常见应用钨钛钽（铌）钴类硬质合金又

10、称通用合金，由 WC、TiC、TaC（ NbC）TCo 组成，代号为 YW 。其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、耐热性、高温硬度和抗氧化能力都有很大提高。常用牌号有 YW1 和 YW2 ，这两种硬质合金都具有 YG 类硬质合金的韧性，比 YT 类硬质合金的抗刃口剥落能力强。由于 YW 类硬质合金的综合性能较好，除可加工铸铁、有色金属和钢料外，主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料，可用于高速精密镗削铝合金缸套。常见应用见图2-4。图 2-4 钨钛钽（铌）钴类硬质合金常见应用2.3 涂层刀具涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上， 或在高速钢刀具基体上， 涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而

11、获得的。 涂层硬质合金一般采用化学气相沉积法，沉积温度 1000左右；涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法，沉积温度 500左右。常用涂层材料有 TiC、TiN 、Al2O3 等， TiC 的硬度比 TiN 高，抗磨损性能好。对于要产生剧烈磨损的刀具， TiC 涂层较好。 TiN 与金属亲和力小，润湿性能好，在空气中抗氧化性能比 TiC 好，在容易产生粘结的条件下， TiN 涂层较好。在高速切削产生大热量的场合，宜采用 Al2O3 涂层为好，因为 Al2O3 在高温下-6精选文库有良好的热稳定性能。涂层刀具有比基体高得多的硬度， 有高的抗氧化性能和抗粘结性能， 因而有高的耐磨性和抗月牙洼磨损能

12、力。 涂层具有低的摩擦系数， 可降低切削时的切削力及切削温度， 大大提高刀具耐用度。 涂层硬质合金的通用性广， 一种涂层刀片可替代几种未涂层刀片使用。2.4 其它刀具材料陶瓷材料陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔点都很高的 Al2O3 、 Si3N4 等氧化物、氮化物，再加入少量的金属碳化物、 氧化物或纯金属等添加剂。 也是采用粉末冶金工艺方法经制粉，压制烧结而成。陶瓷刀具有很高的硬度（ 91 95HRA ）和耐磨性，刀具耐用度高；有很好的高温性能， 化学稳定性好。 陶瓷刀具的最大缺点是脆性大， 抗弯强度和冲击韧度低，承受冲击负荷的能力差。主要用于对钢料、铸铁、高硬材料（如淬火钢等）连续切削的半精加工或精加工。常见应用见图 2-5。图 2-5 陶瓷刀具常见应用人造金刚石人造金刚石是在高温高压和金属触媒作用的条件下，由石墨转化而成。金刚石刀具的性能特点是： 有极高的硬度和耐磨性， 切削刃非常锋利， 有很高的导热性。但耐热性较差，且强度很低。主要用于高速条件下精细车削及镗削有色金属及其合金和非金属材料。 但由于金刚石中的碳原子和铁有很强的化学亲合力， 故金刚石刀具不适合加工铁族材料。常见应用见图 2-6。-7精选文库图 2-6 人造金刚石刀具常见应用立方氮化硼（