机加工刀具材料的选择(详细)课件

刀具材料的特征与使用区分刀具材料的特征与使用区分硬质合金理想的刀具材料不易磨损(耐磨损性)不易破损（韧性)理想材料金刚石烧结体涂层高速钢CBN烧结体金属陶瓷涂层高速钢硬质合金理想的刀具材料不易磨损(耐磨损性)不易破损（韧性)理硬质合金的三大特点高温硬度高不易变形不易破损弱点是抗冲击能力差钢的3倍钢的2倍钢弹性系数硬质合金：6×104kg/mm2钢

：2×104

kg/mm2压缩强度硬质合金：

500kg/mm2钢：

250kg/mm2＊注意刀片之间不要相互碰撞！硬质合金的三大特点高温硬度高不易变形不易破损弱点是硬质合金使用选择基准1958年ISO(InternationalOrganizationforStandardization:国际规格)规定了硬质合金使用选择基准P系列M系列K系列使用分类代号＊不是硬质合金材料分类！S系列H系列N系列2003年重新规定

新增以下三个系列硬质合金使用选择基准1958年规定了硬质合金使用选择基准P系MPK产生连续切屑的钢、铸钢等工件材料→钢切削用刀具以铸铁为代表的产生非连续形切屑的工件材料→铸铁切削用刀具处于P、K系列中间产生锯齿状切屑的工件材料→通用刀具P、M、K的分类基准碳钢合金钢铸铁上下振动不锈钢MPK产生连续切屑的钢、铸钢等工件材料以铸铁为代表的产生非连硬质合金的主要成分P、M系列的硬质合金的成分是WC-TiC-TaC-Co○WC的特性与Co的结合强度高、耐冲击性强。与切屑摩擦过程中易发生磨损。●TiC的特性硬度高、热稳定性好、不易熔敷。与Co的结合强度、热冲击方面比WC逊色。K系列的硬质合金的成分是WC-Co因振动产生冲击的切削加工时使用WC-Co产生高热的切削加工时使用WC-TiC-TaC-Co适用于P、M、K工件材料的硬质合金(1)粘结硬质合金的主要成分P、M系列的硬质合金的成分是WC-TiC-

P系列材料发生破损、异常磨损铸铁的切削因切屑破碎时产生振动，容易发生崩刃等异常损伤。K系列材料不会出现较大损伤易发生前刀面磨损K系列材料钢的切削因产生切削热，容易发生前刀面磨损(磨损)。P,M系列材料要注意：一定不要弄错！耐热性好、可抑制前刀面磨损。适用于P，M，K工件材料的硬质合金(2)P系列材料发生破损、异常铸铁的切削K系列材料不会出现较大损在硬质合金表面，覆盖数微米的硬质物质→硬质合金的韧性+硬质物质的硬度

并存的材料韧性(耐破损性)→良好良好←硬度(耐磨损性)硬质合金硬质物质涂层硬质合金但涂层的厚度仅为硬质合金基体厚度的0.2%！

(厚度近5mm的刀片上覆盖10微米硬质物质层的情况下)

→因此涂层的效果很重要→因此硬质合金基体本身的性能也很重要涂层材料在硬质合金表面，覆盖数微米的硬质物质韧性(耐破损性)→良好良CVD与PVD涂层涂层的种类涂层(Coating)在硬质合金表面覆盖硬质物质的表层化学汽相沉积法(C.V.D.法)物理汽相沉积法(P.V.D法)TiN：氮化钛特殊Ti化合物积层Al2O3：氧化铝TiCN：碳氮化钛涂层物质Ti化合物(Ti,Al)N系化合物(Al,Ti)N系化合物TiNCVD与PVD涂层涂层的种类涂层在硬质合金表面覆盖硬质物质的19601970198019902000↑1920年WC-Co↑1930年WC-TiC-TaC-Co(代)第1代第2代第3代第4代第5代

(构成)单层(TiC,TiN等)双层(TiC-Al2O3等)多层(TiC-TiCN-TiC-Al2O3-TiN等)强韧厚膜(TiCN-Al2O3-TiN等)进一步厚膜化(15~20μm)(CVD硬质合金)

(PVD硬质合金)(构成)TiNTiCN-TiN(Ti,Al)N(Al,Ti)N涂层材料的演变19601970198019902000↑1920年WC-各种涂层方法的特征

CVD

PVD

ChemicalVaporDeposition PhysicalVaporDeposition原理

化学（气体）

物理（离子)能量

热

电反应温度 通常约1000℃左右 通常500-700℃以下(用途)车削用刀片 ◎ ○铣削用刀片 ◎ ◎立铣刀 ×~△ ◎钻头× ◎(特征)

有Al2O3层

耐破损性好

(耐热性好)各种涂层方法的特征 CVD材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面磨损性2100320025002100自由能※kcal/g･atom耐前刀面磨损性-10-35-50-100导热系数W/m･K耐塑性变形性耐热龟裂性121212929耐氧化性℃耐边界磨损性50011001200稳定对铁的溶解度%,1250℃耐粘结性7<0.5-≒0各种涂层物质的特性※自由能：分解物质时所必需的能量。表示物质的稳定性。负数的值越大越稳定。材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面耐后刀面磨损性硬度(Hv)0-50-100自由能＊(kcal/gatom1000℃)耐前刀面磨损性35003000250020001000WCTaCTiCHfCTiNHfNTiOAl2O3Al2O3

：热、化学方面性质稳定

→切削加工时，对在高温下的前刀面磨损、氧化磨损效果显著TiC/TiN：室温下高硬度

→对因机械摩擦发生的后刀面磨损效果显著＊自由能：分解物质时所必需的能量。表示物质的稳定性。负数的值越大越稳定。CVD涂层物质的特点耐后刀面磨损性硬度(Hv)0-50-100自由能＊(kc0.400200400切削速度(m/min)后刀面磨损量(mm)Al2O3TiCN0.20.6TiC工件材料：S45C(HB190)ap=1.5mmf=0.25mm/revT=9minVc<300m/min以下：低温时的硬度TiC,TiCN>Al2O3Vc>400m/min以上：高温时的硬度TiC,TiCN<Al2O3Al2O3的优越性（1）陶瓷单质（烧结体）的耐磨损性比较0.400200400切削速度(m/min)后刀面磨损量(m※热扩散率：温度变化时热量扩散的程度。与导热系数成比例。1.0005001000温度(℃)热扩散率Al2O3TiCN0.5TiCAl2O3在高温下很难传导热高低陶瓷单质(烧结体)的热扩散率※Al2O3的优越性（2）※热扩散率：温度变化时热量扩散的程度。与导热系数成比例。1.假想切削加工事例100200300140012001000800600400切削速度(m/min)基体表面温度(℃)硬质合金基体Al2O3层0，1，10μm约200℃剪断力与前刀面摩擦力所做的功产生热源进行的热计算工件材料：S45Cf=0.25mm/revap=2.0mmdryturningAl2O3：0μmAl2O3：1μmAl2O3：10μmAl2O3的优越性（3）假想切削加工事例1002003001400120010008C.V.D.涂层的构造硬质合金基体特殊钛化合物积层微粒氧化铝强韧特殊碳氮化钛超强韧表面涂层硬质合金系列的事例C.V.D.涂层的构造硬质合金基体特殊钛化合物积层微粒氧涂层的作用专用硬质合金基体超强韧表面强韧特殊碳氮化钛(TiCN)微粒氧化铝(Al2O3)特殊钛化合物积层耐粘结性耐粘结性耐前刀面磨损性耐后刀面磨损性耐前刀面磨损性耐破损性耐变形性耐磨损性涂层的作用专用硬质合金基体超强韧表面强韧特殊微粒氧化铝特殊P.V.D.涂层的构造任意基体(硬质合金，金属陶瓷，高速钢)(Al,Ti)N系化合物(铝钛

渗氮系化合物)VP涂层的事例P.V.D.涂层的构造任意基体(Al,Ti)N系化合物VP(Al,Ti)N涂层的特性涂层的特性硬度Hv导热系数cal/cmsec℃热膨胀系数×10-6/℃氧化温度℃24002450(0.25)0.077.09.5800600主要涂层(Al,Ti)N化合物TiN膜◎导热系数高◎热膨胀系数小◎耐氧化性高→特别是耐热冲击性强(Al,Ti)N涂层的特性涂层的特性硬度Hv导热系数cal●适用于整体立铣刀的(Al,Ti)N涂层●根据用途选择最适合的涂层与基体材料(硬质合金、金属陶瓷等)，在任何状态的切削加工中均能发挥超群的长寿命。(Al,Ti)NPVD涂层刀片的特征紫罗兰涂层(Al,Ti)N高硬度、高结合性、高耐氧化性高韧性、高耐磨损性硬质合金VP15TF●适用于整体立铣刀的(Al,Ti)N涂层(Al,Ti)NPCVD与PVD的不同用法

CVD的推荐加工

・刀尖温度较高的加工

高速加工高进给加工大切削深度加工

・加工量大的加工

PVD的推荐加工

・加工面精度较高的加工

・易粘结的工件材料的加工

・微小切深加工

・低进给加工

・需要锋利刃口的刀具基体CVD涂层基体PVD涂层厚膜薄膜刀尖呈圆形比较锋利可用Al2O3涂层CVD与PVD的不同用法CVD的推荐加工PVD的推荐加工超微粒硬质合金超微粒硬质合金与普通的硬质合金相比，硬度与韧性平衡，性能优异。

硬度⇒耐磨损性韧性⇒耐破损性2μm顾名思义，它是由非常细小的WC粒子构成的硬质合金。超微粒硬质合金超微粒硬质合金与普通的硬质合金相比，硬度与韧性超微粒硬质合金的用途普通钢及软钢、不锈钢、铸物、高硬度材料、难切削材料，适用于各种工件材料!!耐磨损性、耐热性PVD涂层超微粒硬质合金超微粒硬质合金抗弯强度高，多用于整体刀具，而近年来它也应用于PVD涂层刀片的基体。应用于下述车削加工●切槽…

耐塑性变形性

切螺纹

耐崩刃性●内孔加工…

不能提高速度的加工等超微粒硬质合金的用途普通钢及软钢、不锈钢、铸物、高硬度材料、金属陶瓷(Cermet)词语来源陶瓷：Ceramics金属：Metal硬度韧性Cermet金属陶瓷(Cermet)词语来源陶瓷：Ceramics使用涂层中所用的硬质物质金属陶瓷的特征TiC：碳化钛TiN：氮化钛Ni：镍(结合金属)金属陶瓷的主要成分TiCTiNFe工件亲和性(易结合性)低不能结合！加工面美观！！使用涂层中所用的硬质物质金属陶瓷的特征TiC：碳化钛Ni：镍金属陶瓷的高级用法1,表面精度要求较高的钢、铸铁的精加工。2,最适用于易粘结的软钢。3,在使用硬质合金或涂层加工、不会发生崩刃等的钢切削中，使用金属陶瓷会使刀具寿命延长。要注意！极力避免断续切削黑皮切削会引发崩刃SUS切削加工时，刀尖温度升高，引发刀尖软化。金属陶瓷的高级用法1,表面精度要求较高的钢、铸铁的2,最×硬度提高×韧性提高耐破损性提高：硬质粒子的细小化超微粒组织以往材料组织照片耐磨损性提高：高硬度特殊钛化合物在组织内部均一分布超微粒金属陶瓷×硬度提高×韧性提高耐破损性提高：硬质粒子的细小化超微粒组织

超高压烧结体是?超高硬度材料的粉末+金属粉末+陶瓷粉末在高温高压下烧结的材料金刚石烧结体CBN烧结体烧结体硬质合金最适用于淬火钢、铁系烧结合金、铸铁等的精加工。难与铁反应，因此可获得美观的加工面。最适用于有色金属、非金属等的切削。适用于超高速精加工。超高压烧结体是?超高硬度材料的粉末+金属粉末+陶CoatinggradesSANDVIKCoromantHITACHIToolKYOCERASUMITOMOElectricTungaloyMITSUBISHICARBIDEP01P10P20P30P40ISOcodeUE6005UE6005UE6010UC6010UE6020UE6010UC6010UE6020VP15TFVP20MFUE6035US735VP15TFVP20MFUP20MUE6035US735CA110T7005T715XTD915摘自综合样本’03–’04AC700GAC700GAC2000AC2000AC3000AC3000AC304CR5025CR9025PR630PR660HC5000GM8020GM25CY15HC843CY20CY25HC844HC844GC3015GC4015GC4025GC1015GC2015LC25GC1020GC2015GC4025GC2035GC4035GC2035PR630CR7015T7020T725XGH330CA525CR600PR630CR7025T9005TD905T725XGH330T335STD930AH330TD930GM8015GM10GM15HC843CoatinggradesSANDVIKCoroman铣削刀具材料的特征铣削刀具材料的特征铣削加工需要的材料特性铣削加工是切削刃处于切削与空转反复的断续加工。切削刃在切削时温度升高，空转时冷却，因热冲击产生龟裂。fzvf铣削刀具的刀尖耐热龟裂性高成为很重要的条件。铣削加工需要的材料特性铣削加工是切削刃处于切削与空转反复的断铣削刀具使用的材料・与CVD相比耐磨损性差・易破损・不适合复杂形状・耐磨损性差・耐磨损性非常差・加工精度低・耐破损性好・加工精度高・切削锋利性好・耐磨损性非常好・耐粘结性优・加工精度高・价格低・不易弯折高速钢(HSS)硬质合金CVD硬质合金PVD硬质合金其他还有PCD、CBN、金属陶瓷等可以使用。铣削刀具使用的材料・耐磨损性非常好高速钢硬质合金CVD硬质合高速钢(HSS,高速钢)是…为加工铁而开发的「比铁坚硬的铁」1.非常便宜2.柔软不易弯折与硬质合金相比优点1.刚性低、加工精度无保障2.柔软易磨损缺点HSS的特征高速钢(HSS,高速钢)是…为加工铁而开发的「比铁坚硬的铁为了充分发挥HSS刀具的特征…1.不能高速加工时2.机械刚性低时3.想缩减刀具费用时4.要求加工精度不高时…也就是说，仅限于使用通用机床等进行加工时。而且，HSS刀具主要为整体刀具。HSS的特征为了充分发挥HSS刀具的特征…1.不能高速加工时也就是说铣削加工中使用的硬质合金硬质合金的特征无涂层产品CVD涂层硬质合金PVD涂层硬质合金分为：刀片可使用各种涂层，而整体刀具几乎不使用CVD涂层硬质合金。铣削加工中使用的硬质合金硬质合金的特征无涂层产品分为：刀片可无涂层硬质合金的特征硬质合金与HSS相比较1.硬度高、耐磨损性优异。2.

刚性高，因而加工精度有保障。具有这两大主要特征。※硬质合金中还可添加TaC等微量元素，以增强耐热冲击性。但是，与HSS相比价格昂贵，因此使用硬质合金刀具不能发挥其优点的情况下，不推荐使用硬质合金。无涂层硬质合金的特征硬质合金与HSS相比较1.硬度高、耐磨无涂层硬质合金的特征在需要耐磨损性的情况下，在硬质合金表面进行PVD或CVD涂层，可以更加延长刀具寿命。现在，为防止粘结等造成加工面精度差，无涂层硬质合金一般用于精加工或有色金属等工件材料加工。但是，涂层种类不同，特征也有所不同，用途也因此而改变。无涂层硬质合金的特征在需要耐磨损性的情况下，在硬质合金表面现在硬质合金表面，覆盖数微米的硬质物质→硬质合金的韧性+硬质物质的硬度

并存的材料韧性(耐破损性)→良好良好←硬度(耐磨损性)硬质合金硬质物质涂层硬质合金但涂层的厚度仅为硬质合金基体厚度的0.2%！

(厚度近5mm的刀片上覆盖10微米硬质物质层的情况下)

→因此涂层的效果很重要→因此硬质合金基体本身的性能也很重要涂层材料在硬质合金表面，覆盖数微米的硬质物质韧性(耐破损性)→良好良材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面磨损性2100320025002100自由能※kcal/g･atom耐前刀面磨损性-10-35-50-100导热系数W/m･K耐塑性变形性耐热龟裂性121212929耐氧化性℃耐边界磨损性50011001200稳定对铁的溶解度%,1250℃耐粘结性7<0.5-≒0各种涂层物质的特性※自由能：分解物质时所必需的能量。表示物质的稳定性。负数的值越大越稳定。材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面各种硬质物质材料特点Al2O3

：热、化学方面性质稳定

→切削加工时，对在高温下的前刀面磨损、

氧化磨损效果显著TiC/TiN

：室温下高硬度

→对因机械摩擦发生的后刀面磨损效果显著耐后刀面磨损性硬度(Hv)0-50-100自由能(kcal/gatom1000℃)耐前刀面磨损性35003000250020001000WCTaCTiCHfCTiNHfNTiOAl2O3各种硬质物质材料特点Al2O3 ：热、化学方面性质稳定耐0.400200400切削速度(m/min)后刀面磨损量(mm)Al2O3TiCN0.20.6TiC工件材料：S45C(HB190)ap=1.5mmf=0.25mm/revT=9minVc<300m/min以下：低温时硬度TiC,TiCN>Al2O3Vc>400m/min以上：高温时硬度TiC,TiCN<Al2O3Al2O3的优越性（1）0.400200400切削速度(m/min)后刀面磨损量1.0005001000温度(℃)热扩散率Al2O3TiCN0.5TiCAl2O3在高温下很难传导热高低Al2O3的优越性（2）1.0005001000温度(℃)热扩散率Al2O3TiC100200300140012001000800600400切削速度(m/min)基体表面温度(℃)硬质合金基体Al2O3层0，1，10μm约200℃剪断力与前刀面摩擦力所做的功产生热源进行的热计算工件材料：S45Cf=0.25mm/revap=2.0mmdryturningAl2O3：0μmAl2O3：1μmAl2O3：10μmAl2O3的优越性（3）假想切削加工计算事例100200300140012001000800600400[(Al,Ti)N]涂层的特性◎导热系数高◎热膨胀系数小◎耐氧化性高→特别是耐热冲击性强硬度HV导热系数cal/cmsec℃热膨胀系数×10-6/℃氧化温度℃29002450(0.25)0.077.09.5800600主要涂层AlTiN化合物TiN膜涂层特性[(Al,Ti)N]涂层的特性◎导热系数高硬度HV导热系数◎

涂层结合力强◎涂层粘附性好◎通过更换原料气体，在同一批生产中可连续覆盖多种物质◎可大批量覆盖热稳定性优异的Al2O3◎适用于批量生产×需要高温条件 →基体有限制(不适用于高速钢等)×因涂层耐破损性大幅度下降 →×不适用于锋利刃口 →×有时需要用专用基体CVD法优点与缺点（与PVD法比较）◎涂层结合力强CVD法优点与缺点（与PVD法比较）PVD法的优点与缺点◎可在较低温度下进行涂层 →◎基体限制少◎不会产生脆化层，因涂层强度下降幅度小 →◎可用于锋利刃口×涂层结合力较CVD稍有逊色×涂层粘附性差×不能涂覆热稳定性优异的Al2O3×一次生产量不大(与CVD法比较)PVD法的优点与缺点◎可在较低温度下进行涂层(与CVD法比CVD与PVD不同用法CVD的推荐加工・刀尖温度较高的加工

高速加工高进给加工大切削深度加工

・加工量大的加工PVD的推荐加工

・加工面精度较高的加工・易粘结的工件材料的加工・微小切削深度加工・低进给加工・需要锋利刃口的刀具基体CVD涂层基体PVD涂层厚膜薄膜刀尖呈圆形比较锋利CVD与PVD不同用法CVD的推荐加工PVD的推荐加工基CVD法特性(残余应力)※热膨胀系数：表示的是因温度变化物质膨胀收缩的程度。 系数越大因温度变化体积变化越大。硬质合金基体1000℃：应力＝0TiCN冷却热膨胀系数的差(×106/℃)TiC：7.6硬质合金：5~6TiC想要收缩但受基体限制20℃：覆膜残留拉伸应力■热膨胀系数※[涂层＞基体]■涂层温度为高温

↓涂层后冷却过程中，在涂层表面产生拉伸残余应力

(涂层经常处于被拉伸，缩紧状态)→耐破损性差(PVD法是在低温或物理方法进行涂层，与CVD法相反，压缩应力残留)(突然紧缩状态)CVD法特性(残余应力)※热膨胀系数：表示的是因温度变化物质CVD与PVD强度下降的比较1.00.50-0.5-1.05101520硬质合金基体中的Co含量(质量%)涂层中的残余应力(GPa)(压缩应力)(拉伸应力)CVD(TiN6μm)PVD(TiN6μm)基体：WC-3%TiC-4%TaC-(5-20%)Co4.03.53.02.52.00246涂层厚度(μm)抗弯强度(GPa)CVDPVD1.5■残余应力 CVD拉伸 PVD压缩■涂层后抗弯强度下降 CVD大幅度下降 PVD下降幅度小CVD与PVD强度下降的比较1.00.50-0.5-1.05刀具材料的特征与使用区分刀具材料的特征与使用区分硬质合金理想的刀具材料不易磨损(耐磨损性)不易破损（韧性)理想材料金刚石烧结体涂层高速钢CBN烧结体金属陶瓷涂层高速钢硬质合金理想的刀具材料不易磨损(耐磨损性)不易破损（韧性)理硬质合金的三大特点高温硬度高不易变形不易破损弱点是抗冲击能力差钢的3倍钢的2倍钢弹性系数硬质合金：6×104kg/mm2钢

：2×104

kg/mm2压缩强度硬质合金：

500kg/mm2钢：

250kg/mm2＊注意刀片之间不要相互碰撞！硬质合金的三大特点高温硬度高不易变形不易破损弱点是硬质合金使用选择基准1958年ISO(InternationalOrganizationforStandardization:国际规格)规定了硬质合金使用选择基准P系列M系列K系列使用分类代号＊不是硬质合金材料分类！S系列H系列N系列2003年重新规定

新增以下三个系列硬质合金使用选择基准1958年规定了硬质合金使用选择基准P系MPK产生连续切屑的钢、铸钢等工件材料→钢切削用刀具以铸铁为代表的产生非连续形切屑的工件材料→铸铁切削用刀具处于P、K系列中间产生锯齿状切屑的工件材料→通用刀具P、M、K的分类基准碳钢合金钢铸铁上下振动不锈钢MPK产生连续切屑的钢、铸钢等工件材料以铸铁为代表的产生非连硬质合金的主要成分P、M系列的硬质合金的成分是WC-TiC-TaC-Co○WC的特性与Co的结合强度高、耐冲击性强。与切屑摩擦过程中易发生磨损。●TiC的特性硬度高、热稳定性好、不易熔敷。与Co的结合强度、热冲击方面比WC逊色。K系列的硬质合金的成分是WC-Co因振动产生冲击的切削加工时使用WC-Co产生高热的切削加工时使用WC-TiC-TaC-Co适用于P、M、K工件材料的硬质合金(1)粘结硬质合金的主要成分P、M系列的硬质合金的成分是WC-TiC-

P系列材料发生破损、异常磨损铸铁的切削因切屑破碎时产生振动，容易发生崩刃等异常损伤。K系列材料不会出现较大损伤易发生前刀面磨损K系列材料钢的切削因产生切削热，容易发生前刀面磨损(磨损)。P,M系列材料要注意：一定不要弄错！耐热性好、可抑制前刀面磨损。适用于P，M，K工件材料的硬质合金(2)P系列材料发生破损、异常铸铁的切削K系列材料不会出现较大损在硬质合金表面，覆盖数微米的硬质物质→硬质合金的韧性+硬质物质的硬度

并存的材料韧性(耐破损性)→良好良好←硬度(耐磨损性)硬质合金硬质物质涂层硬质合金但涂层的厚度仅为硬质合金基体厚度的0.2%！

(厚度近5mm的刀片上覆盖10微米硬质物质层的情况下)

→因此涂层的效果很重要→因此硬质合金基体本身的性能也很重要涂层材料在硬质合金表面，覆盖数微米的硬质物质韧性(耐破损性)→良好良CVD与PVD涂层涂层的种类涂层(Coating)在硬质合金表面覆盖硬质物质的表层化学汽相沉积法(C.V.D.法)物理汽相沉积法(P.V.D法)TiN：氮化钛特殊Ti化合物积层Al2O3：氧化铝TiCN：碳氮化钛涂层物质Ti化合物(Ti,Al)N系化合物(Al,Ti)N系化合物TiNCVD与PVD涂层涂层的种类涂层在硬质合金表面覆盖硬质物质的19601970198019902000↑1920年WC-Co↑1930年WC-TiC-TaC-Co(代)第1代第2代第3代第4代第5代

(构成)单层(TiC,TiN等)双层(TiC-Al2O3等)多层(TiC-TiCN-TiC-Al2O3-TiN等)强韧厚膜(TiCN-Al2O3-TiN等)进一步厚膜化(15~20μm)(CVD硬质合金)

(PVD硬质合金)(构成)TiNTiCN-TiN(Ti,Al)N(Al,Ti)N涂层材料的演变19601970198019902000↑1920年WC-各种涂层方法的特征

CVD

PVD

ChemicalVaporDeposition PhysicalVaporDeposition原理

化学（气体）

物理（离子)能量

热

电反应温度 通常约1000℃左右 通常500-700℃以下(用途)车削用刀片 ◎ ○铣削用刀片 ◎ ◎立铣刀 ×~△ ◎钻头× ◎(特征)

有Al2O3层

耐破损性好

(耐热性好)各种涂层方法的特征 CVD材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面磨损性2100320025002100自由能※kcal/g･atom耐前刀面磨损性-10-35-50-100导热系数W/m･K耐塑性变形性耐热龟裂性121212929耐氧化性℃耐边界磨损性50011001200稳定对铁的溶解度%,1250℃耐粘结性7<0.5-≒0各种涂层物质的特性※自由能：分解物质时所必需的能量。表示物质的稳定性。负数的值越大越稳定。材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面耐后刀面磨损性硬度(Hv)0-50-100自由能＊(kcal/gatom1000℃)耐前刀面磨损性35003000250020001000WCTaCTiCHfCTiNHfNTiOAl2O3Al2O3

：热、化学方面性质稳定

→切削加工时，对在高温下的前刀面磨损、氧化磨损效果显著TiC/TiN：室温下高硬度

→对因机械摩擦发生的后刀面磨损效果显著＊自由能：分解物质时所必需的能量。表示物质的稳定性。负数的值越大越稳定。CVD涂层物质的特点耐后刀面磨损性硬度(Hv)0-50-100自由能＊(kc0.400200400切削速度(m/min)后刀面磨损量(mm)Al2O3TiCN0.20.6TiC工件材料：S45C(HB190)ap=1.5mmf=0.25mm/revT=9minVc<300m/min以下：低温时的硬度TiC,TiCN>Al2O3Vc>400m/min以上：高温时的硬度TiC,TiCN<Al2O3Al2O3的优越性（1）陶瓷单质（烧结体）的耐磨损性比较0.400200400切削速度(m/min)后刀面磨损量(m※热扩散率：温度变化时热量扩散的程度。与导热系数成比例。1.0005001000温度(℃)热扩散率Al2O3TiCN0.5TiCAl2O3在高温下很难传导热高低陶瓷单质(烧结体)的热扩散率※Al2O3的优越性（2）※热扩散率：温度变化时热量扩散的程度。与导热系数成比例。1.假想切削加工事例100200300140012001000800600400切削速度(m/min)基体表面温度(℃)硬质合金基体Al2O3层0，1，10μm约200℃剪断力与前刀面摩擦力所做的功产生热源进行的热计算工件材料：S45Cf=0.25mm/revap=2.0mmdryturningAl2O3：0μmAl2O3：1μmAl2O3：10μmAl2O3的优越性（3）假想切削加工事例1002003001400120010008C.V.D.涂层的构造硬质合金基体特殊钛化合物积层微粒氧化铝强韧特殊碳氮化钛超强韧表面涂层硬质合金系列的事例C.V.D.涂层的构造硬质合金基体特殊钛化合物积层微粒氧涂层的作用专用硬质合金基体超强韧表面强韧特殊碳氮化钛(TiCN)微粒氧化铝(Al2O3)特殊钛化合物积层耐粘结性耐粘结性耐前刀面磨损性耐后刀面磨损性耐前刀面磨损性耐破损性耐变形性耐磨损性涂层的作用专用硬质合金基体超强韧表面强韧特殊微粒氧化铝特殊P.V.D.涂层的构造任意基体(硬质合金，金属陶瓷，高速钢)(Al,Ti)N系化合物(铝钛

渗氮系化合物)VP涂层的事例P.V.D.涂层的构造任意基体(Al,Ti)N系化合物VP(Al,Ti)N涂层的特性涂层的特性硬度Hv导热系数cal/cmsec℃热膨胀系数×10-6/℃氧化温度℃24002450(0.25)0.077.09.5800600主要涂层(Al,Ti)N化合物TiN膜◎导热系数高◎热膨胀系数小◎耐氧化性高→特别是耐热冲击性强(Al,Ti)N涂层的特性涂层的特性硬度Hv导热系数cal●适用于整体立铣刀的(Al,Ti)N涂层●根据用途选择最适合的涂层与基体材料(硬质合金、金属陶瓷等)，在任何状态的切削加工中均能发挥超群的长寿命。(Al,Ti)NPVD涂层刀片的特征紫罗兰涂层(Al,Ti)N高硬度、高结合性、高耐氧化性高韧性、高耐磨损性硬质合金VP15TF●适用于整体立铣刀的(Al,Ti)N涂层(Al,Ti)NPCVD与PVD的不同用法

CVD的推荐加工

・刀尖温度较高的加工

高速加工高进给加工大切削深度加工

・加工量大的加工

PVD的推荐加工

・加工面精度较高的加工

・易粘结的工件材料的加工

・微小切深加工

・低进给加工

・需要锋利刃口的刀具基体CVD涂层基体PVD涂层厚膜薄膜刀尖呈圆形比较锋利可用Al2O3涂层CVD与PVD的不同用法CVD的推荐加工PVD的推荐加工超微粒硬质合金超微粒硬质合金与普通的硬质合金相比，硬度与韧性平衡，性能优异。

硬度⇒耐磨损性韧性⇒耐破损性2μm顾名思义，它是由非常细小的WC粒子构成的硬质合金。超微粒硬质合金超微粒硬质合金与普通的硬质合金相比，硬度与韧性超微粒硬质合金的用途普通钢及软钢、不锈钢、铸物、高硬度材料、难切削材料，适用于各种工件材料!!耐磨损性、耐热性PVD涂层超微粒硬质合金超微粒硬质合金抗弯强度高，多用于整体刀具，而近年来它也应用于PVD涂层刀片的基体。应用于下述车削加工●切槽…

耐塑性变形性

切螺纹

耐崩刃性●内孔加工…

不能提高速度的加工等超微粒硬质合金的用途普通钢及软钢、不锈钢、铸物、高硬度材料、金属陶瓷(Cermet)词语来源陶瓷：Ceramics金属：Metal硬度韧性Cermet金属陶瓷(Cermet)词语来源陶瓷：Ceramics使用涂层中所用的硬质物质金属陶瓷的特征TiC：碳化钛TiN：氮化钛Ni：镍(结合金属)金属陶瓷的主要成分TiCTiNFe工件亲和性(易结合性)低不能结合！加工面美观！！使用涂层中所用的硬质物质金属陶瓷的特征TiC：碳化钛Ni：镍金属陶瓷的高级用法1,表面精度要求较高的钢、铸铁的精加工。2,最适用于易粘结的软钢。3,在使用硬质合金或涂层加工、不会发生崩刃等的钢切削中，使用金属陶瓷会使刀具寿命延长。要注意！极力避免断续切削黑皮切削会引发崩刃SUS切削加工时，刀尖温度升高，引发刀尖软化。金属陶瓷的高级用法1,表面精度要求较高的钢、铸铁的2,最×硬度提高×韧性提高耐破损性提高：硬质粒子的细小化超微粒组织以往材料组织照片耐磨损性提高：高硬度特殊钛化合物在组织内部均一分布超微粒金属陶瓷×硬度提高×韧性提高耐破损性提高：硬质粒子的细小化超微粒组织

超高压烧结体是?超高硬度材料的粉末+金属粉末+陶瓷粉末在高温高压下烧结的材料金刚石烧结体CBN烧结体烧结体硬质合金最适用于淬火钢、铁系烧结合金、铸铁等的精加工。难与铁反应，因此可获得美观的加工面。最适用于有色金属、非金属等的切削。适用于超高速精加工。超高压烧结体是?超高硬度材料的粉末+金属粉末+陶CoatinggradesSANDVIKCoromantHITACHIToolKYOCERASUMITOMOElectricTungaloyMITSUBISHICARBIDEP01P10P20P30P40ISOcodeUE6005UE6005UE6010UC6010UE6020UE6010UC6010UE6020VP15TFVP20MFUE6035US735VP15TFVP20MFUP20MUE6035US735CA110T7005T715XTD915摘自综合样本’03–’04AC700GAC700GAC2000AC2000AC3000AC3000AC304CR5025CR9025PR630PR660HC5000GM8020GM25CY15HC843CY20CY25HC844HC844GC3015GC4015GC4025GC1015GC2015LC25GC1020GC2015GC4025GC2035GC4035GC2035PR630CR7015T7020T725XGH330CA525CR600PR630CR7025T9005TD905T725XGH330T335STD930AH330TD930GM8015GM10GM15HC843CoatinggradesSANDVIKCoroman铣削刀具材料的特征铣削刀具材料的特征铣削加工需要的材料特性铣削加工是切削刃处于切削与空转反复的断续加工。切削刃在切削时温度升高，空转时冷却，因热冲击产生龟裂。fzvf铣削刀具的刀尖耐热龟裂性高成为很重要的条件。铣削加工需要的材料特性铣削加工是切削刃处于切削与空转反复的断铣削刀具使用的材料・与CVD相比耐磨损性差・易破损・不适合复杂形状・耐磨损性差・耐磨损性非常差・加工精度低・耐破损性好・加工精度高・切削锋利性好・耐磨损性非常好・耐粘结性优・加工精度高・价格低・不易弯折高速钢(HSS)硬质合金CVD硬质合金PVD硬质合金其他还有PCD、CBN、金属陶瓷等可以使用。铣削刀具使用的材料・耐磨损性非常好高速钢硬质合金CVD硬质合高速钢(HSS,高速钢)是…为加工铁而开发的「比铁坚硬的铁」1.非常便宜2.柔软不易弯折与硬质合金相比优点1.刚性低、加工精度无保障2.柔软易磨损缺点HSS的特征高速钢(HSS,高速钢)是…为加工铁而开发的「比铁坚硬的铁为了充分发挥HSS刀具的特征…1.不能高速加工时2.机械刚性低时3.想缩减刀具费用时4.要求加工精度不高时…也就是说，仅限于使用通用机床等进行加工时。而且，HSS刀具主要为整体刀具。HSS的特征为了充分发挥HSS刀具的特征…1.不能高速加工时也就是说铣削加工中使用的硬质合金硬质合金的特征无涂层产品CVD涂层硬质合金PVD涂层硬质合金分为：刀片可使用各种涂层，而整体刀具几乎不使用CVD涂层硬质合金。铣削加工中使用的硬质合金硬质合金的特征无涂层产品分为：刀片可无涂层硬质合金的特征硬质合金与HSS相比较1.硬度高、耐磨损性优异。2.

刚性高，因而加工精度有保障。具有这两大主要特征。※硬质合金中还可添加TaC等微量元素，以增强耐热冲击性。但是，与HSS相比价格昂贵，因此使用硬质合金刀具不能发挥其优点的情况下，不推荐使用硬质合金。无涂层硬质合金的特征硬质合金与HSS相比较1.硬度高、耐磨无涂层硬质合金的特征在需要耐磨损性的情况下，在硬质合金表面进行PVD或CVD涂层，可以更加延长刀具寿命。现在，为防止粘结等造成加工面精度差，无涂层硬质合金一般用于精加工或有色金属等工件材料加工。但是，涂层种类不同，特征也有所不同，用途也因此而改变。无涂层硬质合金的特征在需要耐磨损性的情况下，在硬质合金表面现在硬质合金表面，覆盖数微米的硬质物质→硬质合金的韧性+硬质物质的硬度

并存的材料韧性(耐破损性)→良好良好←硬度(耐磨损性)硬质合金硬质物质涂层硬质合金但涂层的厚度仅为硬质合金基体厚度的0.2%！

(厚度近5mm的刀片上覆盖10微米硬质物质层的情况下)

→因此涂层的效果很重要→因此硬质合金基体本身的性能也很重要涂层材料在硬质合金表面，覆盖数微米的硬质物质韧性(耐破损性)→良好良材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面磨损性2100320025002100自由能※kcal/g･atom耐前刀面磨损性-10-35-50-100导热系数W/m･K耐塑性变形性耐热龟裂性121212929耐氧化性℃耐边界磨损性50011001200稳定对铁的溶解度%,1250℃耐粘结性7<0.5-≒0各种涂层物质的特性※自由能：分解物质时所必需的能量。表示物质的稳定性。负数的值越大越稳定。材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面各种硬质物质材料特点Al2O3

：热、化学方面性质稳定

→切削加工时，对在高温下的前刀面磨损、

氧化磨损效果显著TiC/TiN

：室温下高硬度

→对因机械摩擦发生的后刀面磨损效果显著耐后刀面磨损性硬度(Hv)0-50-100自由能(kcal/gatom1000℃)耐前刀面磨损性35003000250020001000WCTaCTiCHfCTiNHfNTiOAl2O3各种硬质物质材料特点Al2O3