常用刀具材料分类、特点
及应用
班级：机械工程学院11级卓越班
姓名：
学号：
日期：2014.05.02
摘要
用刀具切削金属时，直接负担切削工作的是刀具的切削部分。刀具切削性能的好坏取决于构成刀具切削部分的材料、切削部分的几何参数及刀具结构的选择是否合理。其中，刀具材料的选择尤为重要。本文在阐述了刀具材料应该具备的性能的基础上，对高速钢、硬质合金、涂层刀具、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等几种不同种类的刀具进行了介绍，分别说明了它们的分类、特点及应用。为生产中刀具材料的选用提供了指导。
关键词：刀具材料分类应用
目录
1 绪论 (4)
2 刀具材料应具备的性能 (4)
2.1 高的硬度和耐磨性 (4)
2.2 足够的强度和韧性 (5)
2.3 高的耐热性 (5)
2.4 良好的热物理性能和耐热冲击性能 (6)
2.5 良好的工艺性能 (6)
2.6 经济性 (6)
3 常用刀具材料及其应用 (6)
3.1 高速钢 (6)
3.1.1 通用型高速钢 (7)
3.1.2 高性能高速钢 (7)
3.1.3 粉末冶金高速钢 (8)
3.2 硬质合金 (8)
3.2.1 硬质合金的特点 (8)
3.2.2 常用硬质合金的分类及其性能 (9)
3.2.3 硬质合金的选用 (10)
3.3 涂层刀具 (10)
3.3.1 涂层刀具的定义 (10)
3.3.2 常用的涂层材料 (11)
3.3.3 涂层刀具的特点 (11)
3.4 陶瓷 (11)
3.4.1 陶瓷刀具的发展 (11)
3.4.2 Al2O3基陶瓷 (12)
3.4.3 Si3N4基陶瓷 (12)
3.5 金刚石 (13)
3.5.1 金刚石刀具的分类 (13)
3.5.2 金刚石刀具的性能及应用 (13)
3.6 立方氮化硼 (13)
3.6.1 立方氮化硼刀具的定义和分类 (13)
3.6.2 立方氮化硼刀具的性能及应用 (14)
4 刀具材料未来的发展 (14)
参考文献 (14)
1 绪论
刀具材料的发展在人类的生活、生产中有着很大的重要性。在古代,“刀”和“火”是两项最伟大的发明,它们的发明和应用是人类登上历史舞台的重要标志。刀具材料的进步曾推动着人类社会文化和物质文明的发展。例如,在人类历史中曾有过旧石器时代、新石器时代、青铜器时代和铁器时代等。[1]
材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素。其中,刀具材料的性能起着关键作用。切削加工生产率和刀具耐用度高低，刀具消耗和加工成本多少，加工精度和表面质量的优劣等，很大程度上都取决于刀具材料的合理选择。
图（1） 各类刀具、材料
2 刀具材料应具备的性能
2.1 高的硬度和耐磨性
硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具想要加工工件，其硬度必须比工件材料的硬度大。切削金属所用刀具切削刃的硬度一般都在60HRC 以上。
耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般情况下刀具硬度越高耐磨性就越好。刀具的耐磨性也受组织中的硬质点、刀具材料的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。考虑到材料的品质因素可用下式表示材料的耐磨性：
0.50.843R Ic W K E H -=
K指材料的断裂韧度（MPa·m1/2）；E指材料的弹其中，H指材料硬度（GPa）；
Ic
性模量（GPa）。
2.2 足够的强度和韧性
材料的强度决定了材料的承载能力，而材料的韧性反应材料对外来冲击功、能的吸收能力，要求材料具有一定的组织内部微裂纹扩展的能力。[2]刀具材料只有具备足够的强度和韧性，才能承受很大的压力，以及在切削过程中通常要出现的冲击和振动条件下工作而不产生崩刃和折断。
2.3 高的耐热性
耐热性是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要标志。刀具材料的高温硬度越高，刀具的切削性能越好，允许的切削速度也越高。刀具材料也应当具有良好的化学稳定性。
图（2）不同刀具材料的硬度与温度的关系[3]
1-金刚石 2-立方氮化硼 3-碳化硅 4-氧化铝陶瓷 5-YT15硬质合金
6-YG8硬质合金 7-W18Cr4V高速钢 8-T12高碳钢
2.4 良好的热物理性能和耐热冲击性能
热物理性能主要是指导热性，刀具材料的导热性越好，切削热越容易散走，有利于降低切削温度。
刀具材料的耐热冲击性能是指抵抗热冲击的能力，特别是断续切削时，可用耐热冲击系数表示：
(1)b R E λσμα
-= 其中，λ指导热系数；b σ指抗拉强度；μ指泊松比；E 指弹性模量；α指热膨胀系数。耐热冲击性能良好的刀具材料在切削加工时才可以使用切削液。
2.5 良好的工艺性能
为了便于刀具制造，要求刀具材料有良好的锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能、磨削加工性能等。
2.6 经济性
经济性是刀具材料的重要指标之一，刀具材料的发展应结合本国资源。使用时刀具时，应同时考虑单件刀具成本和使用寿命，即考虑其经济效果。 3 常用刀具材料及其应用
3.1 高速钢
高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。这里要明确的是高速钢并不就是用来高速切削的刀具。高速切削一般是指切削速度和进给速度比常规加工高5~10倍的加工方式，它是采用高转速、快进给、小切深和小步距来去除余量,完成零件加工的过程。[4]
高速钢具有较高的热稳定性、高的强度，制造工艺简单，容易磨成锋利切削
刃，能锻造，性能较稳定，在自动机床上使用较可靠。高速钢占现用刀具材料的一半以上。
3.1.1 通用型高速钢
通用型高速钢含碳量为0.7%-0.9%。按钢中含钨量不同可分为含W12%或18%的钨钢，含W6%或8%的钨钼系钢，含W2%或不含钨的钼钢。
这类钢可称为中等热稳定性钢，具有一定的硬度和耐磨性，高的强度和韧性，良好的塑性和磨削加工性，广泛用以制造各种复杂刀具，占高速钢总产量的75%-80%。
3.1.1.1 钨钢
钨钢的典型牌号是W18Cr4V（W18），具有较好的综合性能。淬火时过热倾向小，磨加工性好，塑性变形抗性较大。但是强度和韧性不够，热塑性较差。同时，市场上钨价较贵也导致了现在使用率下降。
3.1.1.2 钨钼钢
钨钼钢的典型牌号是W6Mo5Cr4V2（M2）。M2钢具有良好的力学性能，抗弯强度高于W18，热塑性好，磨加工性好。但是热处理时脱碳倾向较大，较易氧化，淬火温度范围较窄。另外还有一种钨钼钢W9Mo3Cr4V（W9）。
3.1.2 高性能高速钢
高性能高速钢是指在通用型高速钢的成分中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等合金元素的新钢种。
这类钢可称为高热稳定性高速钢，在高温时仍具有很高的硬度，具有更好的切削性能。其耐用度是通用型高速钢的1.5-3倍，适合加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。
但是，高性能高速钢的不同牌号只有在各自规定的切削条件下使用才能达到良好的切削性能。
另外，高性能高速钢中还有一种超硬高速钢，硬度能达到67-70HRC。就其成分可分为含钴的和不含钴的超硬高速钢。
3.1.3 粉末冶金高速钢
粉末冶金高速钢是采用粉末冶金方法制得致密的钢坯，再经锻、轧等热变形而得到的高速钢型材，简称粉冶钢。
用粉末冶金方法制造的高速钢有很多优点：
1）它可有效地解决一般熔炼高速钢在铸锭时要产生的粗大碳化物共晶偏析，得到细小均匀的结晶组织；
2）这种钢的磨加工性很好，不会由于增加钒含量而降低磨加工性；
3）可减小淬火时的变形；
4）耐磨性可提高20%-30%；
5）成形时具有高的合格率。
粉冶钢适于制造切削难加工材料的刀具及大尺寸刀具，也适于制造精密刀具和磨加工量大的复杂刀具，对于高压动载荷下使用的刀具以及小截面、薄刃刀具和成形刀具也可适用。
3.2 硬质合金
3.2.1 硬质合金的特点
硬质合金是由难熔金属化合物和金属粘结剂经粉末冶金方法制成的，它的成分中含有大量金属碳化物。
硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，切削性能比高速钢高的多。但是常用硬质合金的抗弯强度比高速钢的强度低的多。总的来说，硬度与碳化物含量正相关，抗弯强度与粘结剂含量正相关。
硬质合金被广泛用作刀具材料，如绝大多数的车刀、端铣刀、深孔钻、齿轮滚刀等等。特别是，硬质合金刀具可以用来加工高速钢不能加工的淬硬刚等硬材料。
3.2.2 常用硬质合金的分类及其性能
3.2.2.1 WC-Co（YG）类硬质合金
这类合金由WC和Co组成。我国常用的牌号有YG3X、YG6X、YG6、YG8等，主要用于加工铸铁及其有色金属。
YG类硬质合金有粗晶粒、中晶粒、细晶粒、超细晶粒之分，一般硬质合金均为中晶粒。细晶粒硬质合金比中晶粒的硬度和耐磨性高一些，适用于加工一些特殊的铸铁、奥氏体不锈钢、耐热合金、钛合金、硬青铜、硬的和耐磨的绝缘材料等等；超细晶粒硬质合金能在较高硬度时获得较高的抗弯强度，适合在较低的切削速度下工作，适于制造小尺寸刀具。
3.2.2.2 WC-TiC-Co（YT）类硬质合金
这类合金中的硬质相除了WC外，还含有5%-30%的TiC。常用牌号有YT5、YT14、YT15及YT30等，主要用于加工钢料。
随着成分中TiC含量的提高和Co含量的降低，YT类硬质合金的硬度和耐磨性提高，抗弯强度降低，导热性、磨削性能、和焊接性能显著降低。但是其耐热性好。
3.2.2.3 WC-TiC-TaC（NbC）-Co（YW）类硬质合金
YW类硬质合金是在YT类成分中加入一定量的TaC，常用牌号有YW1、YW2。TaC提高了其抗弯强度、疲劳强度和冲击韧度，提高合金的高温硬度和高温强度，提高抗氧化能力和耐磨性。
这类合金既可以加工铸铁及其有色金属，也可以加工钢，因此常称为通用硬质合金。适当增加含钴量后强度可很高，能承受机械振动和热冲击，可用于断续切削。
3.2.2.4 TiC（N）基硬质合金
TiC基硬质合金不同于上述3种WC基硬质合金，TiC基硬质合金是以TiC 为主要成分的TiC-Ni-Mo合金。
TiC基硬质合金的硬度很高，达到了陶瓷水平。这种合金有很高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力，有较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳定性好，与工件材料的亲和力小，摩擦系数小，抗粘结能力较强，因此刀具耐用度比WC基硬质合金
提高几倍。抗弯强度和韧性还赶不上WC基硬质合。可以加工钢，也可以加工铸铁，主要用于精加工和半精加工，尤其是加工较大较长的零件、要求表面粗糙度小和尺寸精度较高的零件。
3.2.3 硬质合金的选用
加工铸铁、有色金属及非金属材料时，切屑成崩碎块粒，对刀具冲击很大，切削热和切削力集中在刀尖附近。由于YG类合金有较高的强度和冲击韧性而且导热性也好，适合加工这类材料。但是如果切削速度太高，反倒不如用耐热性更好的YT类合金。
加工钢料时，金属塑性变形很大，摩擦很剧烈，切削温度很高。由于YT类合金具有较高的硬度和耐磨性、高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力，加工钢时磨损小，刀具耐用度高，适钢料合加工。但是，如果切削速度很低，切削过程不太平稳，不如使用韧性更好的YG类合金。
加工钛的不锈钢和钛合金时，由于硬质合金中的Ti元素和加工材料中的Ti 元素之前的亲和力会产生严重的粘刀现象，不宜采用YT类硬质合金。此时采用YG类硬质合金，切削温度较低、刀具磨损较小、加工表面粗糙度较小。
加工淬硬刚、高强度钢、奥氏体钢和高温合金时，由于切削力很大，切削与前刀面接触长度很短，切削力集中在切削刃附近，易造成崩刃，不宜采用强度较低、脆性较大的YT类合金，而宜采用韧性、导热性较好的YG类合金。
粗加工时，适于采用含钴量多的硬质合金，因为其抗弯强度和冲击韧度较高。精加工时，适于采用含钴量较少的硬质合金，因为其硬度、耐磨性及耐热性较高。
YW类合金主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料。
3.3 涂层刀具
3.3.1 涂层刀具的定义
涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上，或在高速钢刀具基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。涂层硬质合金一般采用化学气相沉积
法；涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法。
3.3.2 常用的涂层材料
常用的涂层材料有TiC、TiN、Al
2O
3
等。TiC的硬度高，抗磨损性能好，适
用于要产生剧烈磨损的刀具；TiN与金属的亲和力小，润湿性能好，在空气中抗
氧化性能好，适用于易产生粘结的条件下；Al
2O
3
在高温下有良好的热稳定性能，
适用于高速切削产生大量热的场合。
3.3.3 涂层刀具的特点
1）涂层刀具有比基体高的多的硬度；
2）涂层刀具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因而有高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力；
3）涂层刀具有低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，可大大提高刀具的耐用度；
4）涂层硬质合金的通用性广，一种涂层刀片可代替几种未涂层刀片使用。
但是，涂层刀具不适用于小进给量切削、高硬度材料和重载切削。而且其成本也比较贵。
3.4 陶瓷
3.4.1 陶瓷刀具的发展
1913年人们开始试作陶瓷刀具,因脆性大而末能推广使用,直到50年代中期才逐渐发展起来,特别是最近十年来发展的现代陶瓷刀具,其性能、品种和应用领域的开拓方面都有相当的发展。[5]
图（3）陶瓷刀具3.4.2 Al2O3基陶瓷
Al
2O
3
基陶瓷具有下列特点：
1）有很高的硬度和耐磨性，使用良好时有很高的刀具耐用度；
2）有很高的耐热性；
3）有很高的化学稳定性；
4）有较低的摩擦系数，切削与刀具不易产生粘结，加工表面粗糙度较小。
5）抗弯强度很低，冲击韧度很差
陶瓷刀具可用于加工钢，也可以用于加工铸铁。对于高硬度材料、大件及高精度零件加工特别有效。不仅可以车削加工，还可以用于铣削加工。
3.4.3 Si3N4基陶瓷
Si
3N
4
基陶瓷具有高的强度和韧性，其抗弯强度可达1GPa，使这种刀具能承
受较大的冲击载荷。它有较高的热稳定性，耐热冲击性能也大大优于 Al
2O
3
基陶
瓷，切削时可使用切削液。代表牌号是塞隆（Si
3N
4
-Al
2
O
3
-Y
2
O
3
）。
表1 一些Si
3N
4
基陶瓷刀具加工冷硬铸铁时的切削性能对比[6]
3.5 金刚石
3.5.1 金刚石刀具的分类
金刚石刀具有以下3种：
1）天然单晶金刚石刀具，价格昂贵，使用较少；
2）整体人造聚晶金刚石刀具，通过合金触媒的作用，在高温高压下由石墨转化而成；
3）金刚石复合刀片，是在硬质合金的基体上烧结一层月0.5mm厚的金刚石。
3.5.2 金刚石刀具的性能及应用
金刚石具有极高的硬度和耐磨性，是目前已知的最硬物质。可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料。金刚石的切削刃非常锋利，刃部粗糙度很小，摩擦系数又低，加工表面质量很高。但是，金刚石的热稳定性较低，切削温度超过700-800℃时就会完全失去硬度。
金刚石目前主要用于磨具及磨料，用作刀具时多用于在高速下对有色金属及非金属材料进行精细车削及镗孔。金刚石刀具不适于加工钢铁材料。
3.6 立方氮化硼
3.6.1 立方氮化硼刀具的定义和分类
立方氮化硼是由软的六方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成的，是七十年代才发展起来的一种新兴刀具。
立方氮化硼刀具分为整体立方氮化硼刀具和立方氮化硼复合刀片。后者和金刚复合刀片类似，是在硬质合金基体上烧结一层厚度约为0.5mm的立方氮化硼而成。
3.6.2 立方氮化硼刀具的性能及应用
立方氮化硼刀具有很高的硬度及耐磨性；有比金刚石高的多的热稳定性，可以加工高温合金；化学惰性很大，与铁族金属很高温度下也不易起化学作用，因此可以用于加工淬硬刚和冷硬铸铁。
立方氮化硼刀具可以用硬质合金加工普通钢及铸铁的切削速度对淬硬刚、冷硬铸铁、高温合金等进行半精加工和精加工，加工精度高，表面粗糙度小。立方氮化硼刀具还可以加工某些热喷涂（焊）件及其他特殊材料。
4 刀具材料未来的发展
以高的切削效率切削难加工材料的理想刀具材料，应该同时具有金刚石那样高的硬度和耐磨性，立方氮化硼或陶瓷刀具那样高的热稳定性和化学惰性，硬质合金那样高的强度和抗冲击性能，但在可预见的将来还不可能找到具有这样理想性能的高速材料。目前使用的主要刀具材料仍然是硬质合金及高速钢，但其内部构成比将有明显变化，传统的非涂层牌号及品种将会减少，耐磨涂层品种和牌号及其在柔性加工和集成制造系统中的应用将进一步增加。同时，这两类刀具材料将会受到陶瓷及超硬刀具材料的激烈竞争，它们所占的比重将有较快增长。在相当长的时期内，各种刀具材料将仍然是相互补充，相互竞争。
参考文献
[1]于启勋,朱正芳. 刀具材料的历史、进展与展望[J]. 机械工程学报,2003,12:62-66.
[2]齐宝森，李莉，房强汉.机械工程材料[M].哈尔滨工业大学出版社，2009,04:84.
[3]陈日曜.金属切削原理[M].机械工业出版社，2013,06:19.
[4]刘战强,万熠,周军. 高速切削刀具材料及其应用[J]. 机械工程材料,2006,05:1-4+8.
[5]艾兴,邓建新 ,黄传真 ,李兆前 ,赵军 ,张建华. 大力发展和应用现代陶瓷刀具提高切削加工效益[J]. 山东机械,1998,01:36-39.
[6]胥锴,刘徽平,杨天雪. 陶瓷刀具材料及其发展前景[J]. 稀有金属与硬质合金,2009,01:56-60.
常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要容之一。 1.刀具材料应具备的性能 金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度，即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。 1.1 高的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。 耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度，而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。 1.2 足够的强度和韧性 要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程常要出现的冲击和振动的条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。 1.3 高的耐热性 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 1.4 导热性好 刀具材料的导热性越好，切削热越容易从切削区散走，有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。
1.5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。 2.常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。
一、刀具分类 刀具材料的种类很多，常用的材料有工具钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料四大类。 1、碳素工具钢 碳素工具钢是指碳的质量分数为0.65％～1.35％的优质高碳钢。用做刀具的牌号一般是T10A和T12A。常温硬度60～64HRC。当切削刃热至200～250℃时，其硬度和耐磨性就会迅速下降，从而丧失切削性能。碳素工具钢多用于制造低速手用工具，如锉刀、手用锯条等。 2、合金工具钢 为了改善碳素工具钢的性能，常在其中加入适量合金元素如锰、铬、钨、硅和钒等，从而形成了合金工具钢。常用牌号有9SiCr、GCrl5、CrWMn等。合金工具钢与碳素工具钢相比，其热处理后的硬度相近，而耐热性和耐磨性略高，热处理性也较好。但与高速钢相比，合金工具钢的切削速度和使用寿命又远不如高速钢，使其应用受到很大的限制。因此，合金工具钢一般仅用于取代碳素工具钢，作一些低速、手动刀具，如手用丝锥、手动铰刀、圆板牙、搓丝板等。 3、高速钢 高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。高速钢主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性，且耐热性和淬透性良好，其允许的切削速度是碳素工具钢和合金工具钢的两倍以上。高速钢刃磨后切削刃锋利，故又称之为“锋钢”和“白钢”。高速钢是一种综合性能好、应用范围较广的刀具材料，常用来制造结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀。拉刀、齿轮刀具等。 高速钢按其用途和性能不同，可分普通高速钢和高性能高速钢；按其化学成分不同，又可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢。 1) 普通高速钢是指加工一般金属材料用的高速钢。常用牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。 ① W18Cr4V属钨系高速钢，它具有性能稳定，刃磨及热处理工艺控制方便等优点，但因钨价较高，且使用寿命短故使用较少。 ② W6Mo5Cr4V2属钨钼系高速钢，它的碳化物分布均匀，抗弯强度，冲击韧度和高温塑性都比W18Cr4V好，但磨削工艺略差。因其使用寿命长、价格低，故被广泛使用。 2) 高性能高速钢是在普通高速钢中再加入一些合金元素，以进一步提高它的耐热性、耐磨性。其切削速度可达50～lOOm／min。主要用于不锈钢、耐热钢、高强度钢等难加工材料的切削加工。有高钒高速钢和超硬高速钢等。 ①高矾高速钢(W12Cr4V4Mo)由于钒、碳含量的增加提高了耐磨性，刀具寿命比普通高速钢提高2～4倍，但是随着钒含量的提高使其磨削性能变差。故使用较少。 ②超硬高速钢是为了加工一些难以加工的材料而发展起来的。其常温硬度。高温硬度、耐热性和耐磨性都比普通高速钢高，具有良好的综合性能，可以加工
刀具的材料及其应具备的性能 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，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，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；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分钟一千米以上；被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性能 性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。 高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 足够的强度与冲击韧性 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性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性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，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。 高耐热性 耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 良好的工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。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，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 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，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 高速钢 高速钢是一种加人了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢，如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。 高性能高速钢，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1.5-3倍。 粉末冶金高速钢是70年代投入市场的一种高速钢，其强度与韧性分别提高30%-40%和80%-90%．耐用度可提高2-3倍。目前我国尚处于试验研究阶段，生产和使用尚少。
金属切削原理读书报告 常用刀具材料分类特点及应用 姓名： 班级： 学号： 2014年5月7日
摘要 本文在阅读有关论文和专著的基础上对现阶段常用的刀具材料进行了总结和分析，总结出了碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方碳化硼等刀具材料的特点及应用范围，同时针对几种常见的切削工序中刀具材料的应用做了简单的分析。
目录 摘要 (1) 1刀具材料的发展历史 (2) 2 常用刀具材料及特点 (2) 2.1 碳素工具钢 (2) 2.2 合金工具钢 (3) 2.3 高速钢 (4) 2.4 硬质合金 (5) 2.5 陶瓷 (7) 2.6 超硬材料 (9) 3 刀具材料的典型应用 (10) 3.1 工件材料与刀具材料 (10) 3.2 加工条件与刀具材料 (11) 4 总结 (11) 5 参考文献 (12)
1刀具材料的发展历史[1] 刀具材料的发展在人类的生活、生产中有着很大的重要性。 18世纪中叶, 在欧洲出现了工业革命以后, 切削刀具一直是用碳素工具钢制造, 其成分与现代的T10、T12相近。1865年，英国罗伯特?墨希特发明了合金工具钢，其牌号有9CrSi、CrWMn等。随着对加工效率要求的提高，新的刀具材料在不断更新。1898年，美国机械工程师泰勒和冶金工程师怀特发明了高速钢。进入20世纪，人们不断寻求新型刀具材料。20世纪20年代中期到30年代初，出现了钨钴类和钨钛类硬质合金。然而硬质合金刀具仍不能满足现代高硬度工件材料的超精密加工的要求，于是更新的刀具材料相继出现。20世纪30年代出现了氧化铝陶瓷，后来又有氦化硅陶瓷到50年代和60年代又制造出人造立方氮化硼和人造聚晶金刚石。 总而言之，20世纪中，刀具材料发展的速度比过去快得多，其种类、类型、数量和性能均有大幅度的发展。 2 常用刀具材料及特点 对于金属切削刀具来说，切削过程中要承受很大的压力，同时会与工件、切屑相互接触的表面产生摩擦力，切削产生的热量使得刀具温度上升，产生一定的热应力。因此刀具材料应能满足这样几个要求：高的硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、良好的热物理性能和耐热冲击性能、良好的工艺性以及经济性。目前在机械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、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。[2]不同刀具材料的性能有所不同，因此在应根据具体的切削条件选择合适的刀具材料。下面将分别介绍每种刀具材料。 2.1 碳素工具钢 按照GB/T13304《钢分类》第1部分“钢按化学成分分类”，碳素工具钢属于非合金钢。按照标准第2部分“钢按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”，碳素工具钢属于特殊质量非合金钢。碳素工具钢牌号及化学成分见表1
机加工刀具材料性能说明 关键词高硬度高耐热性经济性 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，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人nln左右；20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；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分钟一千米以上G被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性能 性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。 1)高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 2)足够的强度与冲击韧性 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性能。一般用抗弯强度来表示。 冲击韧性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，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。 3)高耐热性 耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 4)良好的工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。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，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 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，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。表6—2为常用刀具材料的牌号、性能及用途。 1)高速钢
数控刀具材料及选用，再也不用盲目选刀 加工设备与高性能的数控刀具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。随着刀具材料迅速发展，各种新型刀具材料，其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。 一. 刀具材料应具备基本性能 刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此，刀具材料应具备如下一些基本性能： (1) 硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。 (2) 强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。 (3) 耐热性。刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。 (4) 工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能；磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。 二.刀具材料的种类、性能、特点、应用 1．金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用 金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。 ⑴金刚石刀具的种类 ①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002靘，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。 ②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石
第三章 一、选择题 1．31210111下面是关于常用刀具材料硬度的比较，那个选项的论述是正确的（A）A金刚石>CBN>硬质合金>高速钢B金刚石>CBN>高速钢>硬质合金 C金刚石>硬质合金>高速钢>CBN D金刚石>高速钢>硬质合金>CBN 2. 31210122下面属于性质脆、工艺性差的刀具材料是（C） A碳素工具钢 B 合金工具钢 C 金刚石D 硬质合金钢 3. 31210113 目前使用最为广泛的刀具材料是（B） A陶瓷B高速钢和硬质合金 C 碳素工具钢 D CBN 4．31210114 W18Cr4V是：（C） A碳素钢 B 硬质合金钢 C 普通高速钢D 高性能高速钢 5．31210125 W18Cr4V比W6Mo5Cr4V2 好的性能是：（D） A硬度 B 韧性 C 切削性能D可磨性 6．31210116 WC—Co类属于哪一类硬质合金：（A） A YG类 B YT类 C YW类 D YM类 7．31210127 应用于切削一般钢料的硬质合金刀具是（B） A YG类 B YT类 C YW类 D YM类 8．31210128 在加工高温合金（如镍基合金）等难加工材料时，刀具材料可首选：（A） A CBN B 硬质合金 C 金刚石 D 陶瓷 9．31210129 在粗车铸铁时，选用：（B） A YG3 B YG8 C YT5 D YT30 10．3121012A碳素钢、合金钢的连续精加工，应选用：（D） A YG3 B YG8 C YT15 D YT30 11. 3121012B 在连续粗加工、不连续精加工碳素钢时，应选用：(B) A YT5 B YT15 C YT30 D YW2 12．31310121 在数控机床和自动线上，一般采用：（C） A整体式刀具 B 装配式刀具 C 复合式刀具D焊接装配式刀具 13. 32210111 增大前角，下面正确的是：（D） A增大粗糙度 B 增大切削效率 C 切削刃与刀头的强度增大 D 减小切削的变形 14．32210122 对于不同的刀具材料，合理前角（γopt）也不同，硬质合金刀具的γopt （B） 要____ 高速钢刀具的γ opt A大于 B 小于 C 等于 D 都有可能 15 32210113 增大前角可以（B） A减小切削力，导热面积增大B减小切削力，导热面积减小 C增大切削力，导热面积增大D增大切削力，导热面积减小1632210114 下面有关刀具前面的卷屑槽宽度的说法，正确的是：（D） A愈小愈好 B 愈大愈好 C 无所谓 D 根据工件材料和切削用量决定 17 32310111 增大后角（A） A减小摩擦 B 增大摩擦 C 切削刃钝园半径越大 D 刀头强度增强1832310121 加工下面哪种材料时，应该采用较小的后角（C） A工件材料塑性较大B工件材料容易产生加工硬化 C 脆性材料 D 硬而脆的材料
文件编号：TP-AR-L4162 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 切削工具的分类及选型 (正式版)
切削工具的分类及选型(正式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切 削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。 绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于 机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料， 所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削 木材用的刀具则称为木工刀具。 刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各 种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉 刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗 刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝 锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀
等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。 按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。 各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；
刀具材料决定刀具切削性能的根本因素，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，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；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分钟一千米以上；被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性能 性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。 1.高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 2.足够的强度与冲击韧性 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性能。一般用抗弯强度来表示。 冲击韧性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，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。
3.高耐热性 耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 4.良好的工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。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，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 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，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 高速钢 高速钢是一种加了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。 高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢，如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。
常用刀具材料分类特点 及应用 GE GROUP system office room 【GEIHUA16H-GEIHUA GEIHUA8Q8-
常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。 1.刀具材料应具备的性能 金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度，即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。 1.1 高的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。 耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度，而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。 1.2 足够的强度和韧性 要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程中通常要出现的冲击和振动的条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。
1.3 高的耐热性 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 1.4 导热性好 刀具材料的导热性越好，切削热越容易从切削区散走，有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。 1.5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。 2.常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。 表2-1 常用刀具材料的主要性能
刀具材料应具备的性能及常用材料 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，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，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；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分钟一千米以上；被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性能 性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。 高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 足够的强度与冲击韧性 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性能。一般用抗弯强度来表示。 冲击韧性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，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。 高耐热性
耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 良好的工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。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，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 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，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 高速钢 高速钢是一种加人了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。 高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢，如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。 高性能高速钢，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
常用刀具材料及选用 在切削过程中，刀具担负着切除工件上多余金属以形成已加工表面的任务。刀具的切削性能好坏，取决于刀具切削部分的材料、几何参数以及结构的合理性等。刀具材料对刀具寿命、加工生产效率、加工质量以及加工成本都有很大影响，因此必须合理选择。 一、刀具材料应具备的性能刀具在切削时要承受高温、高压、强烈的摩擦、冲击和振动，因此刀具材料必须具备以下性能： 1．高的硬度和耐磨性刀具应具备高的硬度和耐磨性。一般刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。其常温硬度一般要求大于60HRC。 2．足够的强度和韧性为承受切削负荷、振动和冲击，刀具材料必须具备足够的强度和韧性。 3．高的热稳定性刀具在高温下工作，要求刀具材料具备高的热稳定性，也称高的耐热性。即刀具材料在高温下硬度、耐磨性、强度和韧性变化很小，仍能保持正常切削。 4．良好的物理特性即刀具材料具备良好的导热性、大的热容量以及优良的热冲击性能。 5．良好的工艺性即刀具材料应具备良好的锻造性、机械加工性和热处理性。 除此之外，要求刀具材料经济性要好。 二、常用刀具材料的性能及选用常用刀具材料的种类和特性刀具材料种类很多，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。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。下面对高速钢、硬质合金、陶瓷及其它超硬刀具材料进行介绍。 1）高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、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；韧性也高，比硬质合金高几十倍。高速钢的硬度在63HRC以上，且有较好的耐热性，在切削温度达到500650°C时，尚能进行切削。高速钢可加工性好，热处理变形较小，目前常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。高速钢刀具可以加工从有色金属到高温合金的各种材料。 表1-2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WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金中的金属碳化物熔点高、硬度高、化学稳定性与热稳定性好，因此，硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，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。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。 硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、端铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，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制造。我国常用的硬质合金牌号及其应用范围见表1-3。 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（91～95HRA）和耐热性，在1200℃的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，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。主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。
常用刀具材料分类、特点及应用刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。 1.刀具材料应具备的性能 金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度，即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。 1.1 高的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。 耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度，而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。 1.2 足够的强度和韧性 要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程中通常要出现的冲击和振动的条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。 1.3 高的耐热性 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 1.4 导热性好 刀具材料的导热性越好，切削热越容易从切削区散走，有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。
1.5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。 2.常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。
常用刀具材料的性能及应用 一、概述 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。目前广泛应用的刀具材料有高速钢和硬质合金。 二、刀具材料应具备的性能 （一）高的硬度和良好的耐磨性 （二）高的强度和韧性 （三）高的耐热性 （四）良好的工艺性 总之，刀具应具备的性能主要就这四个方面，当然还有经济性、切削性能的可预测性等要求。 三、常用刀具材料 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C量较高的优质钢（含C一般为0.65～1.35%）。 1、常用牌号有T7A、T8A……T13A等 2、主要性能淬火后硬度较高，可达HRC61～65；红硬性为200℃～250℃，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VC≤10m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、锯条、锉等。 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，同时还可以减少热处理时的变形。 1、主要牌号有9SiCr CrWMn 2、主要性能淬火后的硬度可达HRC61～65，红硬性为300℃～400℃，允许切削速度Vc=10～15m/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 高速钢是一种高合金工具钢，钢中含有W、Mo、Cr、V等合金元素。 (一) 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V C=25~30m/min；良好的制造工艺性；可获得锋利的刀刃（锋钢之称）；加工范围较大(铸铁、有色金属、钢)。 （二）高速钢的分类 钨系高速钢：W18C r4V (最常用，刃磨性好) 普通高速钢 钼系高速钢：W6M O5C r4V2 高速钢 高碳高速钢：95W18C r4V (含C量为0.95%) 高钒高速钢：W6M O5C r4V3 (提高耐磨性) 高性能高速钢钴高速钢：W6M O5C r4V2C O8 铝高速钢：W6M O5C r4V2A l 四）硬质合金 硬质合金= 硬质相（TiC或WC）+粘结相（Co、Ni、Mo等，其中Co比较常用）
刀具的材料及其应具备的性能 文章来源： 文章作者：北京航空航天大学 王秋红 发布时间：1970-01-01 字体： [大 中 小] 今 Alberti 角度铣头技术及应用 刀具刃口钝化技术的探讨 钛合金高效铣削技术 可转位球头立铣刀端刃几何造形 一种可转位型面铣刀的CAD/CAM 方法 老虎刀片在发动机加工中的应用 高速铣削刀具安全技术现状 模具制造业中的高速切削刀具系统 日 导 读 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，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，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；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分钟一千米以上；被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。 一 刀具材料应具备的性能 性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。 高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC 以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 足够的强度与冲击韧性 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性能。一般用抗弯强度来表示。 冲击韧性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
刀具材料的常用种类及牌号 1、刀具切削部分材料的基本要求： 1）高硬度和耐磨性：在常温下，切削部分材料必须具备足够的硬度才能切入工件；具有高的耐磨性，刀具才不磨损，延长使用寿命。 2）好的耐热性：刀具在切削过程中会产生大量的热量，尤其是在切削速度较高时，温度会很高，因此，刀具材料应具备好的耐热性，既在高温下仍能保持较高的硬度，有能继续进行切削的性能，这种具有高温硬度的性质，又称为热硬性或红硬性。 3）高的强度和好的韧性：在切削过程中，刀具要承受很大的冲击力，所以刀具材料要具有较高的强度，否则易断裂和损坏。由于刀具会受到冲击和振动，因此，刀具材料还应具备好的韧性，才不易崩刃，碎裂。 2、刀具常用材料： （1）高速工具钢（简称高速钢，锋钢等），分通用和特殊用途高速钢两种。 其具有以下特点： a、合金元素钨、铬、钼、钒的含量较高，淬火硬度可达HRC62—70。在6000C高温下，仍能保持较高的硬度。 b、刃口强度和韧性好，抗振性强，能用于制造切削速度一般的刀具，对于钢性较差的机床，采用高速钢刀具，仍能顺利切削。 c、工艺性能好，锻造、加工和刃磨都比较容易，还可以制造形状较复杂的刀具。 d、与硬质合金材料相比，仍有硬度较低，红硬性和耐磨性较差等缺点。 （2）硬质合金：是金属碳化物、碳化钨、碳化钛和以钴为主的金属粘结剂经粉未冶金工艺制造而成的。 其主要特点如下： 能耐高温，在800—10000C左右仍能保持良好的切削性能，切削时可选用比高速钢高4—8倍的切削速度。 常温硬度高，耐磨性好。 抗弯强度低，冲击韧性差，刀刃不易磨的很锋利。 常用的硬质合金一般可以为三大类: ①钨钴类硬质合金（YG） 常用牌号YG3、YG6、YG8，其中数字表示含钴量的百分率，含钴量愈多，韧性愈好，愈耐冲击和振动，但会降低硬度和耐磨性。因此，该合金适用于切削铸铁及有色金属，还可以用来切削冲击性大的毛坯和经淬火的钢件和不锈钢件。
数控机床对刀具材料的基本要求是高的硬度和高的耐磨性、高的红硬性和足够的强度7和韧性。 -------------------------加工的刀具种类视加工对象而定 刀具材料应当具备的性能 切削过程中，刀具直接完成切除余量和形成已加工表面的任务。刀具切削性能的优劣，取决于构成切削部分的材料、几何形状和刀具结构。由此可见刀具材料的重要性，它对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本影响极大。因此，应当重视刀具材料的正确选择和合理使用，重视新型刀具材料的研制。 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．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．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。例如，组织中硬质点的硬度、数量、大小和分布对抗磨料磨损的能力有很大影响，而抗冷焊磨损(冷焊磨损即过去有些书上所称的粘结磨损、抗扩散磨损和抗氧化磨损的能力还与刀具材料的化学稳定性有关。 3.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．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。对于焊接刀具和涂层刀具，还应考虑刀片与刀杆材料、涂层与基体材料线膨胀系数的匹配。 6．工艺性 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。可磨削性可用磨削比——磨削量与砂轮磨损体积之比来表示，磨削比大，则可磨削性好。 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。 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。 .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。按重量计，钨和钼占10—20％，铬约占4％，钒占1％以上，它们都是强烈的碳化物形
常用刀具材料的种类及其特性 碳素工具钢 优点：碳素工具钢生产成本较低，原材料来源方便；易于冷、热加工，在热处理后可获得相当高的硬度；在工作受热不高的情况下，耐磨性也较好。 缺点：淬透性差，需要用水、盐水或碱水淬火，畸变和开裂倾向性大，耐磨性和热强度都很低。 常用牌号：T7、T8、T8Mn、T10、T11、T12。 应用：碳含量较低的T7钢具有良好的韧性，但耐磨性不高，适于制作切削软材料的刃具和承受冲击负荷的工具，如木工工具、镰刀、凿子、锤子等。T8钢具有较好的韧性和较高的硬度，适于制作冲头、剪刀，也可制作木工工具。锰含量较高的T8Mn钢淬透性较好，适于制作断口较大的木工工具、煤矿用凿、石工凿和要求变形小的手锯条、横纹锉刀。T10钢耐磨性较好，应用范围较广，适于制作切削条件较差、耐磨性要求较高的金属切削工具，以及冷冲模具和测量工具，如车刀、刨刀、铣刀、搓丝板、拉丝模、刻纹凿子、卡尺和塞规等。T12钢硬度高、耐磨性好，但是韧性低，可以用于制作不受冲击的，要求硬度高、耐磨性好的切削工具和测量工具，如刮刀、钻头、铰刀、扩孔钻、丝锥、板牙和千分尺等。T13钢是碳素工具钢中碳含量最高的钢种，其硬度极高，但韧性低，不能承受冲击载荷，只适于制作切削高硬度材料的刃具和加工坚硬岩石的工具，如锉刀、刻刀、拉丝模具、雕刻工具等。高速钢 优点：避免了熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形。高速钢强度、韧性均好，刃磨后切削刃锋利，质量稳定强度较好，可磨性好，可用普通钢玉砂轮磨削。缺点：价格高，耐热性中等，热塑性差。 主要种类：高速钢是一种复杂的钢种,含碳量一般在0.70～1.65%之间。含合金元素量较多，总量可达10～25%。按所含合金元素不同可分为：①钨系高速钢（含钨9～18%）；②钨钼系高速钢（含钨5～12%,含钼2～6%）；③高钼系高速钢（含钨0～2%,含钼5～10%）；④钒高速钢，按含钒量的不同又分一般含钒量（含钒1～2%)和高含钒量(含钒2.5～5%)的高速钢； ⑤钴高速钢（含钴5～10%）。按用途不同高速钢又可分为通用型和特殊用途两种。①通用型高速钢：主要用于制造切削硬度HB≤300的金属材料的切削刀具(如钻头、丝锥、锯条)和精密刀具（如滚刀、插齿刀、拉刀），常用的钢号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。②特殊用途高速钢:包括钴高速钢和超硬型高速钢（硬度HRC68～70）,主要用于制造切削难加工金属（如高温合金、钛合金和高强钢等）的刀具，常用的钢号有W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。 主要用途：通用性强，广泛用于制造钻头、铰刀、丝锥、铣刀、齿轮刀具及拉刀等。 常用牌号：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8 硬质合金 优点：硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”，用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域，伴随下游产业的发展，硬质合金市场需求不断加大。并且未来高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源的快速发展，将大力提高对高技术含量和高质量稳定性的硬质合金产品的需求。 缺点：抗弯强度低，冲击韧性差，脆性大，承受冲击和抗振能力低。