《机械制造基础》——刀具材料课件

1、机械制造基础单元测验（一）,一、填空（每空1分，共30分） 1、金属材料的性能主要包括 和 两个方面。 2、金属材料在外力作用下所表现出来的性能称为 。 3、硬度可通过硬度试验测定，常用的有 和 两种。 4、金属材料的常用强度指标为 和 。 5、按用途不同碳素钢可分为 和 。按含碳量不同碳素钢又可分为 、 和 。 6、铸铁是含碳量大于 的铁碳合金。 7、合金钢就是在 的基础上有目的加入一定量 的钢。 8、从球墨铸铁的牌号上可看出其 和 两个性能指标。 9、钢的热处理工艺由 、 和 三个阶段组成。 10、根据热处理的目的和工艺方法不同，热处理一般可分为 、 和 三种。 11、普通热处理按加热温度

2、和冷却方法不同，常用的有 、 、 和 等。 12、常见的化学热处理有 、 和 。,二、选择题（每小题2分，共20分） 1、利用拉伸曲线可以确定金属材料（ ）的性能。 A、强度和硬度 B、塑性和韧性 C、强度和塑性 2、金属材料在被拉断前所能承受的最大应力称为（ ）。 A、屈服点 B、抗拉强度 C、伸长率 3、如有一金属原长1米，拉断后长为1.1米，则材料的断后伸长率为（ ）。 A、1% B、10% C、1.1% D、11% 4、45钢是（ ）。 A 、碳素结构钢 B、优质碳素结构钢 C、碳素工具钢 5、在15F钢牌号中，15表示其平均含碳量为（ ）。 A、0.15% B、1.5% C、15%

3、6、碳钢中常有杂质存在，其中有害元素是（ ）。 A、硅 B、锰 C、硫 D、碳 7、在下列钢中，普通碳素结构钢是（ ）。 A、ZG200400 B、T10 C、20 D、Q235A 8、下列冷却介质中，（ ）的冷却能力最强。 A、水及水溶液 B、油 C、空气,9、调质处理就是（ ） A、淬火+中温回火 B、淬火+低温回火C、 淬火十高温回火 10、钢的淬透性由（ ）决定 A、淬火加热温度 B、淬火冷却速度 C、钢件的尺寸 三、判断题：（每小题1分，共10分） 1、合金材料的硬度越低其切削性能就越好。 2、一般韧性高的材料塑性也好，但塑性好的材料韧性不一定高。 3、T10钢的碳的质量分数是10%

4、。 4、高碳钢的质量优于中碳钢，中碳钢的质量优于低碳钢。 5、金属的疲劳破坏具有很大的危险性。 6、GCr15钢是滚动轴承钢，其铬的质量分数是15%。 7、可锻铸铁比灰铸铁的塑性好，因此，可以进行锻压加工。 8、淬透好的钢其淬硬性也一定好。 9、渗碳用钢通常采用低碳钢或低碳合金钢。 10、钢件经淬火后易产生变形和开裂。,四、名词解释（每个2分，共10分） 1、强度 2、塑性 3、热处理 4、淬透性 5、淬硬性 五、计算、问答题（共30分） 1、回火的目的是什么？ （5分） 2、简述去应力退火的主要目的。（5分） 3、说明下列牌号的含义（10分） HT250；Q275；T40015；KTZ550

5、04；20Cr；9CrSi；60Si2Mn；GCr15；1Cr13；Cr12。 4、有一钢试样，其原始直径为10mm，原始标距长度为50mm，当载荷达到18.84kN时试样产生屈服现象；载荷加至36.11kN时，试样产生颈缩现象，然后被拉断；拉断后试样标距长度为73mm，断裂处直径为6.7mm，求试样的s、b、5和。（10分）,2.1 刀具材料,内 容 安 排,概 述,刀具材料应具备的基本性能,刀具材料的类型,常用刀具材料,加工中心视频,一、概 述,金属切削刀具是切削加工的重要工具。刀具是影响切削加工生产率、加工质量与成本的重要因素，刀具的性能对机床性能的发挥具有决定性作用。,切削刀具可分两类

6、：,一类是标准刀具：由专业厂按国标或部标生产的刀具；,可转位车刀,麻花钻,铣刀,铰刀,丝锥,板牙,齿轮滚刀,切削刀具可分两类：,一类是标准刀具：由专业厂按国标或部标生产的刀具； 另一类是非标准刀具：用户专门设计制造的刀具，如成型车刀、成型铣刀、组合刀具等。,刀具材料是指刀具上参与切削部分的材料。 刀具的切削部分不但要求具有一定的几何形状，还要求有相应的刀具材料。 这部分材料性能的优劣直接影响加工表面质量、加工效率和刀具的寿命。,刀具切削时，在承受较大切削压力的同时，还与切屑、工件发生剧烈的摩擦，从而产生较大的切削热，使切削温度升高。另外，在切削余量不均匀的表面和不连续的表面时，刀具还会受到冲击

7、而产生振动。,刀具的工作环境：,二、刀具材料应具备的基本性能,1、较高的耐磨性和硬度 耐磨性表示材料抗机械摩擦和抗磨料磨损的能力。 材料的硬度越高，耐磨性就越好，刀具切削部分抗磨损的能力也就越强。 一般情况下，刀具材料的硬度应大于被加工工件材料的硬度，刀具材料在室温下硬度应在60HRC以上。,特殊情况（水刀切割金属）,二、刀具材料应具备的基本性能,1、较高的耐磨性和硬度 耐磨性表示材料抗机械摩擦和抗磨料磨损的能力。 材料的硬度越高，耐磨性就越好，刀具切削部分抗磨损的能力也就越强。 一般情况下，刀具材料的硬度应大于被加工工件材料的硬度，刀具材料在室温下硬度应在60HRC以上。 2、较高的强度和韧

8、性 由于刀具在切削过程中承受较大的切削力、冲击和振动等，因此刀具材料必须具有足够的抗弯强度和冲击韧性。以免刀具在切削过程中断裂和崩刃。,3、良好的耐热性和化学稳定性 耐热性是指刀具材料在高温下保持其硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。 刀具材料的耐热性越好允许的切削速度越高。 4、良好的工艺性和经济性 刀具材料应有较好的热处理工艺性，淬火变形小、淬透性好；热轧成型刀具应具有较好的高温塑性；需焊接的刀具材料应有较好的导热性和焊接工艺性；高硬度刀具材料应有较好的磨削加工性能。 刀具材料还应具有资源丰富、价格低廉的特点。,三、刀具材料的类型 分四大类： 1、工具钢 包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢。

9、2、硬质合金 3、陶瓷 4、超硬刀具材料,工具钢耐热性差，但抗弯强度高，价格便宜，焊接与刃磨性能好。主要用于中、低速切削的成型刀具制造。,锉刀,低合金刃具钢主要用于制造形状复杂的低速切削工具，如丝锥、板牙、铰刀等。,丝锥,板牙,铰刀,高速钢主要用于制造钻头、铣刀、车刀等。,车刀,铣刀,钻头,硬质合金 耐热性好，切削效率高，但刀片强度、韧性不及工具钢，焊接刃磨工艺性也比工具钢差，多用于车刀、铣刀及各种高效切削刀具。,一般刀体均采用普通碳钢或合金钢制作，如焊接车、镗刀的刀杆； 钻头、铰刀的刀体常用45钢或40Cr制造； 尺寸较小的刀具或切削负荷较好大的刀具一般选用合金工具钢或整体高速钢制作，如螺纹

10、刀具、成型铣刀、拉刀等。,目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷等。 （一）、碳素工具钢 碳素工具钢是一种含碳量较高的优质钢（含碳一般为0.651.35%）。 1、常用牌号 T7A、T8AT13A等 2、主要性能 淬火后硬度较高，可达HRC6165；红硬性为200250，价格低廉，不耐高温，切削速度因此而不能提高，允许切削速度VC10m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、锯条、锉刀等。,四、常用刀具材料介绍,（二）、合金工具钢 在碳素工具钢中加入一定量的铬（Cr）、钨（W）、锰（Mn）等合金元素，能够提高材料的耐热性、耐磨性和韧性，同时还可以减少热

11、处理时的变形。 1、主要牌号 9SiCr CrWMn 2、主要性能 淬火后的硬度可达HRC6165，红硬性为300400，允许切削速度Vc=1015m/min，制作低速、形状比较复杂、要求淬火后变形小的刀具。如板牙、拉刀、手用铰刀（孔的精加工）等。,（三）、高速钢 高速钢是一种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。 1、高速钢的性能,高速钢的性能,具有较高的强度和韧性,良好的耐磨性,红硬性为600,允许切削速度Vc=2530m/min,良好的制造工艺性,可获得锋利的刀刃（有锋钢之称）,加工范围较大：铸铁、有色金属、钢,2、高速钢的分类,高速钢按基本化学成分分：钨系和钨钼系。 按性能

12、可分为：普通高速钢和高性能高速钢。 按制造工艺方法的不同可分为： 熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。,高 速 钢,普通高速钢,高性能高速钢,钨系高速钢,钨钼系高速钢,高钒高速钢,钴高速钢,铝高速钢,W18Cr4V,但刀具耐用度、强度和韧性较差，不宜用来制作大截面的刀具和热扎刀具。少用。,有较好的综合性能、刃磨工艺性。,W6Mo5Cr4V2,抗弯强度、冲击韧度,较好，热塑性及韧性更好，用于制造热轧刀具。,W12Cr4V4Mo,硬度高达2800HV，,材料的耐磨性得到了提高，但同时也使刃磨难度增加了。,W6Mo5Cr4V2Co8,高温硬度和抗氧化能,力较好，可使用较高的切削速度；钴的热导率高，也可提高刀

13、具的切削性能。,W6Mo5Cr4V2Al,高温硬度、热塑性与韧,性较好，但对热处理工艺要求较高，磨削性能较差。,高性能高速钢可用于不锈钢、耐心热钢和高强度钢的加工。,粉末治金高速钢,用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢水，直接得到细小的高速钢粉末，高温下压制成致密的钢坯，而后锻压成材或刀具形状。 适合于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滚刀、插刀）、精密刀具、高动载荷下使用的刀具等。,（四）硬质合金,1、硬质合金的组成与性能,硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物（硬质相，如WC、TiC、TaC、NbC等）和金属（黏结相，如Co、Ni、Mo等）通过粉末治金工艺制成的。,硬质合金的常温硬度达89

14、94HRA，耐热性高达8001000。硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高510倍，但它的抗弯强度是高速钢的1/41/2，冲击韧性比高速钢低很多倍。目前，绝大多数车刀、面铣刀、深孔钻等均用硬质合金制造。,2、普通硬质合金的分类、牌号与使用性能,按化学成分与使用性能分为四类：,钨钴类 （WC+Co） 钨钛钴类 （WC+TiC+Co） 添加稀有金属碳化物类 WC+TiC+TaC(NbC)+Co 碳化钛基类 （TiC+WC+Ni+Co）,(1)钨钴类合金（WC+Co）,代号为YG，抗弯强度与韧性较高，世削时可减少崩刃现象，但耐热性较差，主要用于加工铸铁、有色金属与非金属材料及加工中有冲击载荷的表

15、面。 常用牌号有YG3、YG6、YG8等。 牌号中的数字表示Co质量分数，Co含量越高，材料的冲击韧性越好。 含钴量高的硬质合金适用于粗加工，含钴量低的硬质合金适用于精加工。,（2）钨钛钴类合金（WC+TiC+Co）,代号为YT，随TiC含量的增高及Co含量降低，材料硬度和耐磨性提高，抗弯强度降低，导热性及焊接性也有所降低，与YG类硬质合金相比，YT类合金的硬度、耐热、耐磨性较高，但强度及韧性有所下降。 常用牌号有YT5、YTl4、YTl5、YT30等。 代号后面的数字为TiC含量的百数。 YT类合金主要用于加工钢料，粗加工时选含Co量较高或含TiC量较低的能抵抗一定冲击的材料，无冲击的精加工

16、则可选用TiC含量高。,（五）陶瓷材料 陶瓷材料主要是以氧化铝（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等为主要成分，经压制成型后烧结而成的刀具材料。陶瓷的硬度高，化学性能稳定，耐氧化，所以被广泛用于高速切削加工中。,陶瓷刀具特点：,优点：陶瓷刀具材料具有很高的硬度及耐磨性，有很高的耐热性，在1200时，仍可切削，有很好的化学稳定性，不易粘结，加工表面质量好，刀具耐用度高。 缺点：陶瓷刀具材料的最大缺点是强度、韧性低，脆性大，导热能力低和线膨胀系数大，在力、热冲击下易破裂。 应用：主要用于钢、铸铁、有色金属等材料的精加工和半精加工。,（六）金刚石 分为人造和天然两种，是目前已知最硬的材料，硬度约为H

17、V10000，故其耐磨性好，不足之处是抗弯强度和韧性差，对铁的亲和作用大，故金刚石刀具不能加工黑色金属，在800时，金刚石中的碳与铁族金属发生扩散反应，刀具急剧磨损。金刚石价格昂贵，刃磨困难，应用较少。主要用作磨具及磨料，有时用于修整砂轮。,（七）立方氮化硼 它是一种人工合成的新型刀具材料。它是立方氮化硼在高温、高压下转化而成。 其硬度很高，可达80009000HV，仅次于金刚石，并具有很好的热稳定性，可承受1000以上的切削温度。 它的最大的优点是在高温12001300时也不会与铁族金属起反应。因此既能胜任淬火钢、冷硬铸铁的粗车和精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削。,金刚石砂轮,金刚石切割片,作 业,P.59 2.1 2.2,复习巩固,刀具切削部分的材料要求：较高的耐磨性和硬度、较高的强度和韧性、良好的耐热性和化学稳定性、良好的工艺性和经济性。 目前常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。,1、刀具切削部分的材料有什么要求？目前常用的刀具材料有哪几类？,复习巩固,高速钢性能：热处理后硬度为6266HRC，抗弯强度约为33GPa，耐热性为600左右。 硬质合金的常温硬度达8994HRA，耐热性高达800100