刀具材料(常用的刀具材料有哪些？其性能如何？)

常用刀具材料种类有哪些？

刀具材料种类很，常用的有工具钢（包括碳素工具钢合金工具钢和高速钢）硬质合金陶瓷金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热很差，目前仅用于工工具进行介绍

1高速钢

高速钢是一种加入了较的钨钼铬钒等合金元素的高合金工具钢高速钢有很高的强度，抗弯强度为一般硬质合金的2～3倍；韧也高，比硬质合金高几十倍高速钢的硬度在63hrc以上，且有较好的耐热，在切削达到500~650°c时，尚能进行切削高速钢可加工好，热处理变形较，目前常用于造各种复杂刀具（如钻头锥拉刀成型刀具齿轮刀具等）高速钢刀具加工从有金属到高温合金的各种材料表215列出了几种常用高速钢的牌号及其主要用途，可供选择时参考

2硬质合金

硬质合金是用高硬度高熔点的金属碳化物（如wctictacnbc等）粉末和金属粘结剂（如conimo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金品硬质合金中的金属碳化物熔点高硬度高化学稳定与热稳定好，因此，硬质合金的硬度耐磨耐热都很高，允许的切削速度远高于高速钢，加工效率高且能切削诸如淬火钢等硬材料硬质合金的不是与高速钢相比，其抗弯强度较低脆较大，抗和冲击能也较差

硬质合金因其切削能优良而广泛用来作各种刀具在国，绝大数车刀端铣刀和深孔钻都采用硬质合金造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀孔加工刀具等也开始应用硬质合金造国常用的硬质合号及其应用范围见表216

3陶瓷和超硬刀具材料

陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（～95hra）和耐热，在1200℃的下仍能切削，耐磨和化学惰好，摩擦系数，抗粘结和扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料主要缺点是脆抗冲击韧差，抗弯强度低

超硬刀具材料包括天然金刚石聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼种金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属耐磨材料和塑料，如铝及铝合金黄铜预烧结的硬质合金和陶瓷石墨玻璃纤维橡胶及塑料等立方氮化硼主要用于加工淬硬钢喷涂材料冷硬铸铁和耐热合金等

由于陶瓷金刚石和立方氮化硼等材料韧差硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚好速度高率够主轴偏摆，并且要求机床夹具工件刀具系统的刚好只有这样才能充发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果

刀具材料应具备哪些基本要求

1高硬度和高耐磨:

刀具材料的硬度必须高于加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料的基本要求，

现有刀具材料硬度都在60HRC以上刀具材料越硬，其耐磨越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨还决定于它的化学成和金相组织的稳定

刀具的材料及其应具备的能

2够的强度与冲击韧

强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的能一般用抗弯强度来表示

冲击韧是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧越低，材料越脆硬度和韧是一对矛盾，也是刀具材料所应克的一个关键

刀具的材料及其应具备的能

3高耐热

耐热称红硬，是衡量刀具材料能的主要指标它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度耐磨强度抗氧化抗粘结和抗扩散的能力

4良好的工艺和经济

为了便于造，刀具材料应有良好的工艺，如锻造热处理及磨削加工能当然在造和选用时应综合考虑经济当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，摊到每个零件中的费用反而有所因此在选用时要综合考虑

常用的刀具材料有哪些？其能如何？

常见的刀具材料：高速钢，硬质合金（含金属陶瓷），陶瓷，PCBN（立方氮化硼），PCD(聚晶金刚石)，其硬度是一个比一个硬，所以一般而言，切削速度一个比一个高

能是各有各的应用范围：

高速钢：主要用在成型刀具和形状复杂等一些需要高韧的场合；

硬质合金：应用范围广，基本上都能；

陶瓷：主要用在硬零件车削和铸铁类零件的粗加工和高速加工；

CBN：主要用在硬零件车削和铸铁类零件的高速加工（一般而言，比陶瓷效率要高一点）；

PCD：主要用在有金属和非金属材料的率切削

给点资料：

刀具的材料及其应具备的能

刀具材料是决定刀具切削能的根本因素，对于加工效率加工质量加工成本以及刀具耐用度影响很大使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m/min左右；20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每钟几十米；30年出现了硬质合金，切削速度提高到每钟一百米至几百米；当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度提高到每钟一千米以上；加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展

一 刀具材料应具备的能

能优良的刀具材料，是保证刀具工作的基本条件刀具切削部在强烈摩擦高压高温下工作，应具备如下的基本要求

高硬度和高耐磨

刀具材料的硬度必须高于加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上刀具材料越硬，其耐磨越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨还决定于它的化学成和金相组织的稳定

够的强度与冲击韧

强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的能一般用抗弯强度来表示

冲击韧是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧越低，材料越脆硬度和韧是一对矛盾，也是刀具材料所应克的一个关键

高耐热

耐热称红硬，是衡量刀具材料能的主要指标它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度耐磨强度抗氧化抗粘结和抗扩散的能力

良好的工艺和经济

为了便于造，刀具材料应有良好的工艺，如锻造热处理及磨削加工能当然在造和选用时应综合考虑经济当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，摊到每个零件中的费用反而有所因此在选用时要综合考虑

二 常用刀具材料

常用刀具材料有工具钢高速钢硬质合金陶瓷和超硬刀具材料，目前用得的为高速钢和硬质合金

高速钢

高速钢是一种加人了较的钨铬钒相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合能其强度和韧是现有刀具材料中的高速钢的造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造热处理变形，目前在复杂的刀具，如麻钻锥拉刀齿轮刀具和成形刀具造中，仍主要地位

高速钢可为普通高速钢和高能高速钢

普通高速钢，如W18Cr4V广泛用于造各种复杂刀具其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为4060m/min

高能高速钢，如W12Cr4V4Mo是在普通高速钢中再增加一些含碳量含钒量及添加钴铝等元素冶炼而成的它的耐用度为普通高速钢的153倍

粉末冶金高速钢是70年投入市场的一种高速钢，其强度与韧别提高30%40%和80%90%耐用度可提高23倍目前国尚处于试验研究阶段，生产和使用尚少

硬质合金

按GB2075—87(参照采用190标准)可为PMK类，P类硬质合金主要用于加工长切屑的黑金属，用蓝作标志；M类主要用于加工黑金属和有金属，用作标志，称通用硬质合金，K类主要用于加工短切屑的黑金属有金属和非金属材料，用红作标志

PMK(后面的数字表示其能和加工时承受载荷的情况或加工条件数字愈，硬度愈高，韧愈差

P类相当于国原钨钛钻类，主要成为WC+TiC+Co，号为YT

K类相当于国原钨钻类，主要成为WC+Co，号为YG

M类相当于国原钨钛钽钴类通用合金，主要成为WC+TiC+TaC(NbC)+Co，号为YW

涂层刀具简述

涂层刀具是近20年出现的一种新型刀具材料，是刀具发展中的一项重要突破，是决刀具材料中硬度耐磨与强度韧之间矛盾的一个有效措施涂层刀具是在一些韧较好的硬质合金或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨高的难熔化金属化合物而获得的常用的涂层材料有TiCTiN和Al2O3等本世纪70年初在硬质合金基体上涂覆一层碳化钛(TiC)后，把普通硬质合金的切削速度从80m/min提高到180m/min16年出现了碳化钛—氧化铝双涂层硬质合金，把切削速度提高到250m/min1981年出现了碳化钛氧化铝氮化钴涂层硬质合金，使切削速度提高到300m/min

在高速钢基体上刀具涂层为TiN，常用物相沉积(PVD)涂覆，一般用于钻头锥铣刀滚刀等复杂刀具上，涂层厚度为几微米，涂层硬度可达80HRC，相当于一般硬质合金的硬度，耐用度可提高2—5倍，切削速度可提高20%40%o

硬质合金的涂层是在韧较好的硬质合金基体上，涂覆一层几微米至十几微米厚的高耐磨难熔化的金属化合物，一般采用化学气相沉积(CVD)国株洲硬质合金厂生产的涂层硬质合金的涂层厚度可达9µm，表面硬度可达25004200HV

目前各工业发达对涂层刀具的研究和推广使用方面发展非常迅速处于地位的瑞典，在车削上使用涂层硬质合金刀片已占到70%80%，在铣削方面已达到50%以上但是涂层刀具不适宜加工高温合金钛合金及非金属材料，也不适宜粗加工有夹砂硬皮的锻铸件

金刚石刀具

金刚石刀具为天然金刚石和人造金刚石刀具天然金刚石具有自然界物质中的硬度和导热系数c但由于价格昂贵，加工焊接都非常困难，除少数特殊用途外(如表精密零件光饰件和首饰雕刻等加工)，很少作为切削工具应用在工业中随着高技术和超精密加工日益发展例如微型机械的微型零件，原子核反应堆及其它高技术领域的各种反镜或火箭中的导航陀螺，计算机硬盘芯片电子等超精密零件的加工，单晶大然金刚石能满上述要求近年来开发了种化学机理研磨金刚石刀具的方和保护钎焊金刚石技术使天然金刚石刀具的造过程变得比较简易因此，在超精密镜面切削的高技术应用领域天然金刚石起到了重要作用

20世纪50年利用高温高压技术人工合成金刚石粉以后，70年造出金刚石基的切削刀具即聚晶金刚石(PCD)PCD晶粒呈无许许序排列状态不具方向，因而硬度均匀它有很高的硬度和导热，低的热胀系数高的弹模量和较低的摩擦系数，刀刃非常锋利它可加丁各种有金属和极耐磨的高能非金属材料，如铝铜镁及其合金硬质合金纤维增塑材料金属基复合材料木材复合材料等

种主要金刚石刀具材料——PCDCVD厚膜和人工合成单晶金刚石各自的能特点为：PCD焊接机械磨削和断裂韧，抗磨损和刃口质量居中，抗蚀差CVD厚膜抗蚀，机械磨削刃口质量和断裂韧和抗磨损居中，可焊接差，人工合成单晶金刚石刃口质量抗磨损和抗蚀，焊接机械磨削和断裂韧差

金刚石刀具是目前高速切削(2500~5000m/min)铝合金较理想的刀具材料，但由于碳对铁的亲和作用，特别是在高温下，金刚石能与铁发生化学反应，因此它不宜于切削铁及其合金工件

五 立方氮化硼

立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料它是20世纪50年末用造金刚石相似的方合成的第二种超硬材料——CBN微粉由于CBN的烧结能很差，直至70年才成立方氮化硼结块(聚晶立方氮化硼PCBN)，它是由CBN微粉与少量粘结相(CoNi或TiNTiC或Al2O3)在高温高压下烧结而成CBN是氮化硼的致密相，有很高的硬度(仅次于金刚石)和耐热(13001500度)，优良的化学稳定件(远优于金刚石)和导热，低的摩擦系数PCBN与Fe族元素亲和很低，所以它是高速切削黑金属较理想的刀具材料