机械制造--刀具材料

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1、1.3 1.3 常用刀具材料常用刀具材料 金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削性能。性能。 刀具切削性能的优劣，不仅取决于刀具切削刀具切削性能的优劣，不仅取决于刀具切削部分的几何参数，还取决于刀具切削部分所选配部分的几何参数，还取决于刀具切削部分所选配的刀具材料。的刀具材料。 金属切削过程中的加工质量、加工效率、加金属切削过程中的加工质量、加工效率、加工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选择。因此，择。因此，材料、结构和几何形

2、状是构成刀具切材料、结构和几何形状是构成刀具切削性能评估的三要素。削性能评估的三要素。1. 1. 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能（1 1）高的硬度和耐磨性）高的硬度和耐磨性（2 2）足够的强度和韧性）足够的强度和韧性（3 3）高的耐热性与化学稳定性）高的耐热性与化学稳定性（4 4）良好的工艺性良好的工艺性（5 5）良好的经济性良好的经济性 2. 2. 常用刀具材料常用刀具材料工具钢工具钢包括碳素工具钢、包括碳素工具钢、合金工具钢和合金工具钢和高高速钢。速钢。硬质合金硬质合金有钨钴类硬质合金、有钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钴类硬质合金和钨钛钽（铌）类硬质钨钛钽（铌）类硬质合金

3、。合金。陶瓷陶瓷超硬刀具材料超硬刀具材料 推广使用新型刀具推广使用新型刀具材料如涂层刀具、立方材料如涂层刀具、立方氮化硼等。氮化硼等。 1 1高速钢高速钢它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金钢。合金钢。热处理后硬度可达热处理后硬度可达62626666HRC, HRC, 抗弯强度约抗弯强度约3.33.3GPaGPa，有较高的热稳定性有较高的热稳定性 、耐磨性、耐磨性 。切削温度在。切削温度在500500650650C C时仍能进行切削。时仍能进行切削。由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造

4、结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。各类高速钢刀具按用途可分为：按用途可分为：通用高速钢和高性能高通用高速钢和高性能高速钢。速钢。按制造工艺可分为按制造工艺可分为: : 熔炼高速钢、粉末熔炼高速钢、粉末冶金高速钢和表面涂层高速钢。冶金高速钢和表面涂层高速钢。按基本化学成份可分为按基本化学成份可分为: : 钨系和钼系。钨系和钼系。 （1 1）高速钢的分类）高速钢的分类 （2 2）常用高速钢的牌号与性能）常用高速钢的牌号与性能v通用型高速钢通用型高速钢 W18Cr4V(18-4-1)W18

5、Cr4V(18-4-1)由于钨价高，热塑由于钨价高，热塑性差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。性差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2是国内外广泛使用的牌号是国内外广泛使用的牌号。v高性能高速钢高性能高速钢 高性能高速钢是指在通用型高速钢高性能高速钢是指在通用型高速钢中增加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达中增加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达67677070HRCHRC，耐磨性与热稳定性进一步提高。可以用于加工耐磨性与热稳定性进一步提高。可以用于加工不锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。不锈钢、高温

6、合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。v粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢是用高压氩气或粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，然后再热压锻轧制成。适用于制造精密刀具、大尺寸然后再热压锻轧制成。适用于制造精密刀具、大尺寸( (滚刀、滚刀、插齿刀插齿刀) )刀具、复杂成形刀具、拉刀等。刀具、复杂成形刀具、拉刀等。硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；硬质合金是由高硬度和高熔点的金属

7、碳化物硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物( (碳化碳化钨钨WCWC、碳化钛碳化钛TiCTiC、碳化钽碳化钽TaCTaC、碳化铌碳化铌NbCNbC等等) )和金和金属粘结剂属粘结剂( (CoCo、MoMo、NiNi等等) )用粉末冶金工艺制成。用粉末冶金工艺制成。硬质合金刀具常温硬度为硬质合金刀具常温硬度为89899393HRA(HRC 7482)HRA(HRC 7482)，化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达80080010001000C C。硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高5 51010倍

8、倍 。 2 2硬质合金硬质合金钨钴类（钨钴类（WC+CoWC+Co）；）；YG KYG K钨钛钴类（钨钛钴类（WC+TiC+CoWC+TiC+Co）；）；YT PYT P添加稀有金属碳化物类（添加稀有金属碳化物类（WC+TiC+TaC+WC+TiC+TaC+（NbCNbC）+Co+Co）；）；YW MYW M（1 1）硬质合金的分类）硬质合金的分类 （2 2）常用硬质合金的牌号及其性能）常用硬质合金的牌号及其性能v钨钴类硬质合金钨钴类硬质合金 代号为代号为YGYG。合金中含钴量愈高，韧性合金中含钴量愈高，韧性愈好，适合于粗加工，反之用于精加工。愈好，适合于粗加工，反之用于精加工。YG(K)YG

9、(K)类硬质合金，类硬质合金，适合于加工脆性金属材料。适合于加工脆性金属材料。v钨钛钴类硬质合金钨钛钴类硬质合金 代号为代号为YTYT。合金中合金中TiCTiC含量提高，含量提高，CoCo含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进一步提高，但抗弯强含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进一步提高，但抗弯强度、导热性、特别是冲击韧性明显下降，适合于精加工。度、导热性、特别是冲击韧性明显下降，适合于精加工。v钨钛钽（铌）类硬质合金钨钛钽（铌）类硬质合金 代号为代号为YWYW。它在它在YT(P)YT(P)类硬质类硬质合金中加入合金中加入TaCTaC或或NbCNbC，它既适用于加工脆性材料，又适用于它既适用于加工脆

10、性材料，又适用于加工塑性材料。加工塑性材料。各类硬质合金钢刀具3 3涂层刀具材料涂层刀具材料在韧性较好的刀具基体上，涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al203及其复合材料等, 涂层厚度随刀具材料不同而异。（1 1）TiCTiC涂层涂层 硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削时能产生氧化钛膜，减小摩擦及刀具磨损。（2 2）TiNTiN涂层涂层 在高温时能产生氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗粘结性能好，并能有效降低切削温度。（3 3）TiCTiCTiNTiN复合涂层复合涂层第一层涂TiC，与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂Ti

11、N,减少表面层与工件间的摩擦。（4 4）TiC-AlTiC-Al2 20 03 3复合涂层复合涂层第一层涂TiC, 与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂Al203可使刀具表面具有良好的化学稳定性和抗氧化性能。 目前单涂层刀片已很少应用，大多采用目前单涂层刀片已很少应用，大多采用TiC-TiNTiC-TiN复合涂层或复合涂层或TiC-AlTiC-Al2 2O O3 3-TiN-TiN三复合涂层。三复合涂层。4 4其它刀具材料其它刀具材料以氧化铝或以氮化硅为基体以氧化铝或以氮化硅为基体再添加少量金属，在高温下烧再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。结而成的一种刀具材料。其优点是硬度高，耐磨性

12、、其优点是硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有良好的化学耐高温性能好，有良好的化学稳定性和抗氧化性，与金属的稳定性和抗氧化性，与金属的亲合力小。亲合力小。其缺点是脆性大、抗弯强度其缺点是脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃，所低，冲击韧性差，易崩刃，所以使用范围受到限制；以使用范围受到限制；可用于钢、铸铁类零件的车可用于钢、铸铁类零件的车削、铣削加工。削、铣削加工。（1 1）陶瓷刀具材料）陶瓷刀具材料 （2 2）金刚石刀具材料）金刚石刀具材料 碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。也

13、可用于加工高硬度的非金属材料，如石材、也可用于加工高硬度的非金属材料，如石材、压缩木材、玻璃等，还可加工有色金属，如铝压缩木材、玻璃等，还可加工有色金属，如铝硅合金材料以及复合难加工材料的精加工或超硅合金材料以及复合难加工材料的精加工或超精加工。精加工。缺点是热稳定性差，强度低、脆性大，缺点是热稳定性差，强度低、脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强烈对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强烈的化学亲合力，不能用于加工钢材。的化学亲合力，不能用于加工钢材。（3 3）立方氮化硼）立方氮化硼立方氮化硼（立方氮化硼（CBNCBN）是一种人工合成是一种人工合成的新型刀具材料。的新型刀具材料。它有很高的硬

14、度及耐磨性，热稳定性它有很高的硬度及耐磨性，热稳定性好，化学惰性大，与铁系金属在好，化学惰性大，与铁系金属在13001300时不易起化学反应，导热性好，摩擦系时不易起化学反应，导热性好，摩擦系数低。数低。因此可用于高温合金、冷硬铸铁、淬因此可用于高温合金、冷硬铸铁、淬硬钢等难加工材料的加工。硬钢等难加工材料的加工。 应当指出，加工一般材料大量使应当指出，加工一般材料大量使用的仍是用的仍是普通高速钢及硬质合金普通高速钢及硬质合金，只有在加工难加工材料时，才考虑只有在加工难加工材料时，才考虑选用新牌号合金或高性能高速钢，选用新牌号合金或高性能高速钢，在加工高硬度材料或精密加工时，在加工高硬度材料或精密加工时，才考虑选用超硬材料。才考虑选用超硬材料。