刀具材料

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一、刀具材料应具备的性能
在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因此刀具材料应具备以下基本要求：
1．高硬度

刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度须在HRC62以上，并要求保持较高的高温硬度。


2．高耐磨性
耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，它是刀具材料机械性能（力学性能)、组织结构和化学性能的综合反映。
3.足够的强度和韧性


为了承受切削力、冲击和振动，刀材料应具有足够的强度和韧性。一般，强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。刀具材料中强度高者，韧性也较好，但硬度和耐磨性常因此而下降，这两个方面的性能是互相矛盾的。一种好的刀具材料，应当根据它的使用要求，兼顾以上两方面的性能，而有所侧重。

4．高的耐热性

刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性，并有良好的抗扩散、抗氧化的能力。这就是刀具材料的耐热性。
5．导热性和膨胀系数
在其他条件相同的情况下，刀具材料的导热系数(热导率)越大，则由刀具传出的热量越多，有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命。线膨胀系数小，则可减少刀具的热变形。
6．工艺性和经济性


为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性，包括锻、轧、焊接、切削加工和可磨削性、热处理特性等。材料的高温塑性对热轧刀具十分重要。

此外，在选用刀具材料时，还应考虑经济性。性能良好的刀具材料，如成本和价格较低，且立足于国内资源，则有利于推广应用。


二、刀具材料的分类
刀具材料种类很多，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(如T10A、T12A)和合金工具钢(如9CrSi、CrWMn)，因其耐热性很差，仅用于手工工具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，目前尚只在较小的范围内使用。当今，用得最多的刀具材料为高速钢和硬质合金。
三、高速钢
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。高速钢在600℃时，仍能保持切削加工所要求的硬度，切削中碳钢时，切削速度可0.5m／s(30m／min)左右。高速钢的强度、韧性和工艺性能均较好，能进行锻造，磨出的切削刃比较锋利，熔炼质量稳定，使用比较可靠。各种刀具都可用高速钢制造；尤其是形状复杂的刀具和小型刀具，均大量使用着高速钢。目前，高速钢占刀具材料总使用量的60％以上。
1、
高速钢的分类
按基本化学成分，高速钢可分为钨系、钨钼系和钼钨系。按切削性能分，则有普通高速钢和高性能高速钢。按制造方法分，则有熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。
2、
普通高速钢
(1)
W18Cr4V
属钨系高速钢。它的历史悠久，至今尚在普遍使用。其综合机械（力学）性能和可磨削性好，可用以制造包括复杂刀具在内的各类刀具．
(2) W6Mo5Cr4V2

属钨钼系高速钢；其碳化物分布的均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V，但是，可磨性比W18Cr4V略差，切削性能则大致相同。国外由于资源关系，已淘汰所谓传谓传统高速钢W18Cr4V而以W6Mo5Cr4V2代替。这一钢种目前我国主要用于热轧刀具（如麻花钻），也可用于制作大尺寸刀具。
(3) W9Mo3Cr4V
是近年我国研制出的一种钨钢系高速钢，其性能接近于W6Mo5Cr4V2
3、
高性能高速钢
调整普通高速钢的基本化学成分和添加其他合金元素，使其机械(力学)性能和切削性能有显著提高，这就是高性能高速钢。高性能高速钢的常温硬度可达HRC67-70，高温硬度也相应提高。主要有高碳高速钢、高钒高速钢和钴高速钢。钴元素主要是提高高速钢的高温硬度和抗氧化能力，钨元素主要是提高其红硬性，钒元素能提高其耐磨性。
四、硬质合金
1、硬质合金的组成与性能
硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物(主要是WC、TiC等，又称高温碳化物)微米级的粉末，用钴或镍等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其中高温碳化物含量超过高速钢，允许切削温度高达800—1000℃。切削中碳钢时，切削速度可达1.67—3.34m／s(100—200m／min)以上。
2、普通硬质合金分类、牌号与使用性能与选用
ISO将切削用的硬质合金分为三类：
1）YG(K)类，即WC-Co类硬质合金
K类合金抗弯强度与韧性比P类高，可减少切削时的崩刃，有较高的导热系数，主要用于加工短切屑的黑色金属(如铸铁)、有色金属 (如铜合金、铝合金等)。合金中含钴量愈高，韧性愈好，适用于粗加工，反之用于精加工。
例如：粗加工Q235，应选用YG8(K20)，精加工铸铝合金首选YG3
2）YT(P)类，即WC-TiC-Co类硬质合金
YT(P)类合金有较高的硬度、耐热性和较高的抗粘结、抗氧化能力。它主要用于加工长切屑的黑色金属(如碳钢等塑性材料)。含TiC量较少者，适合粗加工。
例如：粗加工45钢，首选YT5，而精加工时YT30。
3）YW(M)类，即WC-TiC-TaC-Co类硬质合金
加入了适量稀有难溶金属碳化物，提高了该种合金的性能，如高温强度和高温硬度。它覆盖P类、K类合金的应用范围。主要用于高合金钢、高锰钢等。
例如精车1Cr18Ni9Ti,首选YW2(2表示含钴量)
五、其它刀具材料
1、涂层刀具
涂层刀具、涂层材料及涂层方法涂层刀具的特点涂层刀具结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点，提高了刀具的耐磨性而不降低其韧性。涂层刀具通用性广，加工范围显著扩大，使用涂层刀具可以获得明显的经济效益。一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具使用，因而可以大大减少刀具的品种和库存量，简化刀具管理，降低刀具和设备成本。
常用的涂层材料及性质常用的涂层材料常用的涂层材料有碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、硼化物、硅化物、金刚石及复合涂层八大类数十个品种
2、陶瓷
硬度高、耐用度高，还可用于冲击负荷下的粗加工，切削效率显著提高。主要用加工冷硬铸铁、淬硬钢和高速切削。目前的种类主要有纯氧化铝陶瓷、复合氧化铝陶瓷、复合氮化硅陶瓷。
3、金刚石
金刚石刀具既能胜任陶瓷、高硅铝合金、硬质合金等高硬度耐磨材料的切削加工，又可切削其他有色金属及其合金，使用寿命极高。但它不适合加工铁族材料，因为金刚石中的碳元素与铁元素有很强的化学亲和性。金刚石刀片的切削刃可以磨得很锋利，可对有色金属进行精密和超精密的高速切削，加工表面粗糙度Ra可达0．01—0．1μm。目前，金刚石复合刀片在钻探工具、石材的锯切工具及加工有色金属的切削刀具上应用较广
4、立方氮化硼
聚晶立方氮化硼刀片可用机械夹固或焊接的方法固定在刀柄上。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，能以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金等，从而大大提高生产率。当用以精车淬硬零件时，其加工精度与表面质量足以代替磨削。

kerrywang

还有金属陶瓷，在日本应用很成熟

袭明

知识普及的好材料,学习了,谢谢!

jerryhand_tang

好好学习天天向上

jamwe

好文章。。


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