1.4-5补充 金属切削刀具材料-H5

主讲教师：谢志刚机械制造工艺与装备

精品在线开放课程1第二章-金属切削基础FUNDAMENTALSOFMETALCUTTING《机械制造工艺与装备》

刀具材料刀具材料指刀具切削部分的材料刀具的切削性能，主要取决于刀具材料、几何形状和刀具结构刀具的切削能力直接影响生产率、加工质量和加工成本刀具材料刀具材料应具备的性能刀具工作环境十分恶劣，因此刀具材料必须具备以下性能：高的硬度和耐磨性足够的强度和韧性高的耐热性良好的导热性较小的膨胀系数稳定的化学性能良好的抗粘结性能良好的工艺性能良好的经济性刀具材料刀具材料的种类很多，常用的有工具钢硬质合金陶瓷金钢石立方氮化硼包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。刀具材料高速钢别称锋钢钨钢白钢刀具材料高速钢的特点高速钢是加入了钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢具有较高的耐热性，可在500~650℃的温度下进行切削加工具有高的强度和冲击韧性，刃磨时能获得锋利的刃口，故有“锋钢”之称刀具材料分类按切削性能不同高速钢分为普通高速钢和高性能高速钢按化学成分不同可分为钨系、钨钼系、钼系高速钢按制造方法不同则有熔炼高速钢和粉末冶金高速钢刀具材料普通高速钢钨系高速钢钨系高速钢的典型牌号是W18Cr4V钨钼系高速钢钨钼系高速钢的典型牌号是W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V刀具材料高性能高速钢在普通高速钢中加入一些其他合金元素（C、V、Co、Al），以提高其耐热性和耐磨性典型牌号：W6Mo5Cr4V3、W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al刀具材料粉末冶金高速钢采用粉末冶金法可完全消除碳化物偏析，提高刀具质量特点结晶组织细小、均匀，避免了偏析各向同性，减少热处理变形与应力碳化物细小均匀，改善磨削加工性提高了材料利用率刀具材料高速钢刀具的表面涂层目的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，提高刀具的切削性能方法蒸汽处理、低温气体氮碳共渗、辉光离子渗氮等。还可采用真空溅射法在刀具表面沉积一层TiC或TiN涂层高速钢是一种复合材料，基体是强度、韧性好的高速钢，表层是具有高硬度、高耐磨性的其他材料刀具材料硬质合金刀具材料硬质合金的组成与性能由高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC、NbC、TaC等）粉末，用钴或镍等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品高硬度、高熔点的金属碳化物含量高，故其硬度、耐热性和耐磨性都超过高速钢，允许切削温度高达800~1000℃。因此，切削速度远高于高速钢刀具材料硬质合金抗弯强度低、韧性差，怕冲击振动，工艺性能差，不易做成形状复杂的整体刀具硬质合金的物理、力学性能取决于合金成份、粉末颗粒的粗细以及合金的烧结工艺金属碳化物所占比例大，则硬度高，耐磨性也好粘结剂含量高，则抗弯强度和冲击韧性会有所提高晶粒越细，硬度越高刀具材料普通硬质合金的分类、牌号及其使用性能硬质合金是以WC为基体，并分为WC-CoWC－Tic-CoWC－TaC（NbC）－CoWC－TiC－TaC（NbC）－Co刀具材料YG类ISO称为K类，加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料YT类ISO称为P类，加工长切屑的黑色金属YN类ISO称为P类，高速精加工工具钢、淬火钢YW类ISO称为M类，可履盖K类、P类的应用范围刀具材料其他硬质合金及其使用性能超细晶粒硬质合金其WC的粒度则在0.2~1μm之间，其中大多数在0.5μm以下是一种高硬度、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度可用于间断切削，特别是难加工材料的间断切削刀具材料涂层硬质合金在韧性较好的硬质合金基体上，涂一层硬度、耐磨性极高的难熔金属化合物，采用化学气相沉积法而获得的。涂层的厚度为5~10μm涂层刀片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，不能重磨使用可分为单涂层、双涂层、和多涂层等刀具材料钢结硬质合金代号为YE。它以WC、TiC作硬质相（占30~40％），以高速钢（或合金钢）作粘结相（占60~70％）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、热处理与焊接可用于制造模具、拉刀、铣刀等形状复杂的刀具刀具材料其他刀具材料刀具材料陶瓷按化学成分可分为：纯氧化铝AL2O3陶瓷、复合氧化铝AL2O3—TiC陶瓷、复合氮化硅Si3N4—TiC—Co陶瓷高温硬度很高，在1200℃时，硬度尚能达到80HRA，仍具较好的切削性能与金属亲和力小，不易发生粘结和扩散；有较低摩擦系数，不易产生积屑瘤缺点：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，容易破裂刀具材料金刚石已知的最硬材料，其硬度极高，接近于10000HV（硬质合金仅为1300~1800HV）金刚石分为天然和人造两种，常用的有天然单晶、人造聚晶、复合金刚石刀片金刚石刀具既能对陶瓷、刚玉、玻璃、高硅铝合金、硬质合金等高硬度耐磨材料进行切削加工，又能对有色金属及其合金进行精加工和超精加工，使用寿命极高，但不宜加工铁族材料刀具材料立方氮化硼立方氮化硼（CBN）刀片可用机械夹固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金压制在一起成为复合刀片其硬度为8000~9000HV；热稳定性和化学惰性好，可耐1300~1500℃的