第2章 刀具材料.ppt

1、第一部分是关于刀具材料的特性：1 .足够的硬度和耐磨性；2.足够的强度和韧性；3.高耐热性；4.良好的热物理性能和抗热震性；5.良好的可制造性；6.经济注意事项：上述特性可能相互矛盾(例如，高硬度的刀具材料的强度和韧性较低)。没有一种刀具材料具有所有性能中最好的指标，但是有它自己的优点。因此，我们应该合理选择刀具材料。目前，高速钢和硬质合金仍然是使用最广泛的工具材料。第2章，工具材料，表2-1，各种工具材料的物理和机械性能，HRA HV 65 83.6 798 60 81 687，返回本章目录。第二节高速钢高速钢高速钢是一种高合金工具钢，富含钨、铬、钼和钒等合金元素.与碳工具钢和合金工具钢相比

2、，高速钢具有较高的热硬度，在切削温度高达500650时仍能保持60HRC的高硬度，因此切削速度可提高13倍，刀具耐用度可提高1040倍。同时，高速钢还具有高耐磨性、高强度和高韧性。与硬质合金相比，其最大的优点是良好的可加工性和良好的综合力学性能。退火硬度为207HBS255HBS，与优质中高碳钢相近，可用普通材料工具顺利切割各种复杂形状；在加热状态下(9001100)，可反复锻造成所需的毛坯；高速钢的抗弯强度和冲击韧性分别是硬质合金的23倍和610倍。经过精心打磨，高速钢刀具的钝半径可小于，其锋利度优于硬质合金。总之，高速钢的切削性能比工具钢好得多，切削性能比硬质合金好得多。用途：高速钢仍然是

3、世界上制造复杂、精密和成形工具的基本材料，也是使用最广泛的工具材料之一。常用高速钢材料的分类、性能和应用分类：普通高速钢(普通高速钢)、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。1.普通高速钢的特点：加工性能好，硬度高，强度高，耐磨性和韧性好。可用于制造各种刀片形状复杂的刀具。切割普通钢材时，切割速度通常不高于40米/分钟和60米/分钟。普通高速钢分为钨高速钢和钨钼高速钢。(1)钨高速钢。这种高速钢的典型牌号是W18Cr4V(简称W18)，含碳0.7%-0.8%，W18%，Cr4%，V1%。这种高速钢具有良好的综合性能，可用于制造各种复杂的刀具。缺点：碳化物分布不均匀，强度和韧性稍差，不适合大截面工具，热

4、塑性差。2.钨钼高速钢。这是一种用钼代替部分钨开发的高速钢。典型等级为W6Mo5Cr4V2(简称M2)，含碳量为0.8%-0.9%，W6%，Mo5%，Cr4%，V2%。与W18Cr4V相比，其优点是碳化物含量相应减少，颗粒细小均匀分布，抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性略有提高，适用于制造较大尺寸和较大冲击力的工具(如滚刀和刀片)；此外，由于钼的存在，其热塑性非常好，因此特别适合于钻头等滚压或扭转热成型工具。主要缺点是可磨性略低于W18Cr4V。高性能高速钢高性能高速钢是在普通高速钢中加入碳、钒、钴、铝等合金元素，以进一步提高其耐热性和耐磨性。这种高速钢刀具的耐久性是普通高速钢刀具的1.53倍。用途

5、：加工不锈钢、耐热钢、钛合金、高强度钢等难加工材料。(1)钴高速钢(W2Mo9Cr4VCo8，简称M42)。这是一种含钴的超硬高速钢，常温硬度为67HRC69HRC，综合性能良好。C粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢：是用高压惰性气体将熔化的高速钢液体雾化成细粉，在高温高压下制成工具坯料，或压制成钢坯，然后轧制(或锻造)成产品的一种切削工具材料。特点：与冶炼高速钢相比，粉末冶金高速钢碳化物细小、分布均匀、热处理变形小，具有更好的耐磨性和可磨性。用途：适用于制造切削难加工材料的工具，尤其适用于制造各种精密工具和形状复杂的工具。1.硬质合金硬质合金的成分和特性硬质合金是由耐火材料和高硬度合金碳化物微米级

6、粉末和金属结合剂通过粉末冶金技术制成的刀具材料。常用的合金碳化物包括碳化钨、碳化钛、碳化钽(TaC)、碳化铌(NbC)等。常用的粘结剂有钴、钼、镍等。硬质合金具有硬度高、熔点高、化学稳定性好的特点，在8001000时仍能完成切削。缺点是弯曲强度低、冲击韧性差和可加工性差。其次，对常用硬质合金YG (K)、YT (P)、YW (M)、非金属黑色金属、非金属黑色金属和有色金属wcco wctic tac (NBC) co的分类、性能和应用进行了分类。碳化钨钴(YG)硬质合金：常用牌号YG3X、YG6X、YG6、YG8等。该数字表示一氧化碳含量的百分比，一氧化碳含量较低的是易碎和耐磨的。YG硬质合金

7、分为粗晶粒、中晶粒(YG6、YG8)、细晶粒(YG3X、YG6X)和超细晶粒。当钴含量相同时，细晶粒的硬度和耐磨性高于中晶粒，但弯曲强度和韧性较低。超细晶硬质合金在较高的硬度YS2(YG10H)下可以获得较高的抗弯强度。为了提高碳化钨钴(YG)合金在常温和高温下的硬度和耐磨性，在该组合物中加入1%3% TaC(NbC)，形成碳化钨TaC(NbC)钴合金，如YG6A(YA6)。碳化钨碳化钛钴硬质合金：常用品牌有YT5、YT14、YT15、YT30等。碳化钛含量分别为5%、14%、15%、30%，相应的一氧化碳含量分别为10%、8%、6%、4%。随着碳化钛含量的增加和钴含量的降低，硬度和耐磨性增加

8、，而抗弯强度降低。YT的突出优点是耐热性好。碳化钨碳化钛碳(NbC)钴(YW)硬质合金：在YT硬质合金中加入碳化钛碳(NbC)可以提高其弯曲强度、疲劳强度和冲击韧性，改善其高温硬度和强度，提高其抗氧化性和耐磨性。常用品牌YW1和YW2。(yw1: WC 84%，TIC 6%，tac 4%，co 6%相当于M10；Yw2: WC 82%、TIC 6%、tac 4%和co 8%相当于M20。上述三种硬质合金的主要成分是碳化钨，因此它们可以统称为碳化钨基硬质合金。常用硬质合金的牌号和应用范围、(4) TiC基硬质合金。碳化钛基硬质合金是以碳化钛为主体，以镍和钼为结合剂，加入少量其它碳化物而形成的一种

9、硬质合金。例如YN10和YN05。与碳化钨基硬质合金相比，它具有更高的耐磨性、耐热性和抗氧化性，但热导率和韧性较低。用途：适用于工具钢的半精加工、精加工和淬火钢的加工。第四节涂层刀具，是在具有良好强度和韧性的硬质合金或高速钢基体表面涂覆一薄层耐磨性能良好的难熔金属或非金属化合物(也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料上)而成。作为化学屏障和热屏障，涂层减少了工具和工件之间的扩散和化学反应，从而减少了月牙形槽的磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热抗氧化、摩擦系数小、导热系数低的特点。与无涂层刀具相比，涂层刀具可延长刀具寿命35倍以上，切削速度提高20%，加工精度提高0

10、.51级，刀具消耗降低20%。因此，涂层刀具已经成为现代刀具的标志，涂层刀具的使用率已经超过50%。目前，切削中使用的各种切削工具，包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳、滚压头、铣刀、成形工具、齿轮滚刀和齿轮成形器，都可以进行涂层处理，以提高其使用性能。涂层刀具有四种：涂层高速钢刀具、涂层硬质合金刀具以及陶瓷和超硬材料(金刚石或立方氮化硼)刀片上的涂层刀具。但在此之前，两种涂层工具使用最多。陶瓷和超硬材料叶片上的涂层是一种硬度低于基体的材料，其目的是提高叶片表面的断裂韧性(可提高10%以上)，减少叶片断裂和损伤，扩大应用范围。目前，生产中常用的涂层方法有两种：物理气相沉积(PVD)和

11、化学气相沉积(化学气相沉积)。前者的沉积温度为500，涂层厚度为25m。后者沉积温度为9001100，涂层厚度可达510米，设备简单，涂层均匀。由于PVD法不超过高速钢本身的回火温度，高速钢刀具一般采用PVD法，硬质合金大多采用化学气相沉积法。当通过化学气相沉积涂覆硬质合金时，由于其高沉积温度，在涂层和基体之间容易形成脆性脱碳层(相)，这导致刀片的脆性断裂。近十年来，随着涂层技术的发展，PVD方法也可以用于硬质合金。国外结合CVD化学气相沉积技术发展了一种复合涂层工艺，称为等离子体化学气相沉积。也就是说，利用等离子体促进化学反应，可以将涂层温度降低到400以下(目前涂层温度可以降低到180，2

12、00)，使硬质合金基体与涂层材料之间不会发生扩散、相变或交换反应，保持刀片原有的韧性。据报道，这种方法对于涂覆金刚石和立方氮化硼超硬涂层特别有效。第五节其他工具材料一、陶瓷常用的工具陶瓷有两种：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷。Al2O3基陶瓷的特点是高硬度、高耐磨性、高耐热性、高化学稳定性和低摩擦系数。最大的缺点是：弯曲强度低，冲击韧性差。Si3N4基陶瓷具有较高的强度和韧性，能够承受较大的冲击载荷。由于Si3N4基陶瓷具有较高的热导率和较低的热膨胀系数，其抗热震性远远优于Al2O3基陶瓷，切割时可使用切削液。整体优点：硬度高、耐磨、耐热，在1200仍能切割；化学稳定性好，摩擦系数低。缺点

13、：强度低，韧性差，抗弯强度仅为硬质合金的1/31/2；热导率低，只有硬质合金的1/51/2。用途：钢、铸铁和塑料(如铜)的半精加工和精加工，特别适用于加工高硬度材料，如冷硬铸铁和淬火钢；但不适合机械和热冲击大的加工场合。陶瓷工具的准备，原料处理，配料，细球磨，干燥，过筛，烧结和成型，研磨，WEDM，陶瓷工具产品，陶瓷工具的类型，1。氧化铝碳化物陶瓷2。氮化硅基陶瓷工具，2。金刚石有三种：天然单晶金刚石工具、整体人造聚晶金刚石工具和金刚石复合片。特点：具有极高的硬度和耐磨性，显微硬度达到10000HV，是目前已知的最硬的材料。切削刃非常锋利，可以切削非常薄的切屑，摩擦系数是所有刀具材料中最小的，

14、并且具有很强的抗粘附性。金刚石的热稳定性低，当切削温度超过700800度时，它将完全失去硬度。金刚石工具不适合加工钢铁材料。金刚石和铁有很强的化学亲和力。在高温下，铁原子很容易与碳原子相互作用，并将其转化为石墨结构，因此工具很容易损坏。用途：用于研磨工具和磨料。作为一种工具，它经常被用于有色金属和非金属材料的高速精密切削，这不适于加工不锈钢硬度仅次于金刚石，显微硬度达到80009000HV，耐热性好(可达1400度)，化学稳定性好，在12001300度时不易与铁族金属发生反应，可用于加工淬火钢和冷硬铸铁。用途：用于加工钢铁等黑色金属，特别是高温合金、淬火钢、冷硬铸铁等难加工材料。刀具材料的发展

15、目前，国内外用于切削的刀具材料主要有金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、硬质合金刀具、涂层刀具、高速钢刀具等。它们各有优势，相互竞争以适应不同的工件材料和不同的切削速度范围。从资源、价格和性能方面来看，陶瓷工具具有很大的优势，尤其是它们的资源优势，因为陶瓷工具的主要成分在自然界是取之不尽，用之不竭的，所以陶瓷工具将会得到更大的发展。涂层处理是提高刀具切削性能的重要途径之一。涂层刀具的出现在切削性能方面取得了重大突破。涂层刀具在数控加工领域有着巨大的潜力，有望在未来进一步扩大涂层刀具的应用范围。超细晶硬质合金和粉末高速钢也将在小尺寸整体复杂刀具加工领域占据主导地位；超强和超硬的纳米工具是最有吸

16、引力的切割工具。加速研发可能在未来510年成为现实。随着科学技术的发展，对工程材料提出了越来越高的要求，轻质和韧性材料的使用日益增多。各种新型航空航天材料、核能材料、复合材料、生物材料、功能材料、纳米材料、稀土材料、先进金属或非金属材料得到广泛应用，工件材料的种类成倍增加。如果用一种或几种材料来设计一种特殊的工具，不仅会引起许多麻烦的问题，如工具的设计、制造、管理和选择，而且还会造成很高的制造和管理成本。因此，开发具有良好通用性和适应性的刀具，使其能够在各种条件下正常工作，是刀具行业的发展方向。难加工材料的加工一直是切削加工中的难题。随着制造业的发展，21世纪这些材料的消耗将会迅速增加，加工矛盾将会更加突出。与此同时，新的工程材料不断涌现，每一种新材料的采用都对切割提出了新的要求。因此，刀具的发展应该能够满足加工困难和新材料的需要。环境污染已经成为全世界共同关注的焦点，保护环境，实现人类的可持续发展是21世纪的必然趋势。作为国家制造装备部门，机械制造业每年消耗大量的能源和资源，对环境也造成很大的污染。目前，欧美等工业发达国家已经明确认识到切削液对环境的危害，并相继制定了严格的工业排放标准，进一步限制了切削