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硬质合金刀具材料性能和特点（浙江大学城市学院机自************）【摘要】本课题主要研究硬质合金刀具材料的性能和特点，分析硬质材料的来源，种类，发展，选用等各种注意问题以及探讨了硬质材料以后发展的方向。
【关键词】硬质，机械，刀具，合金科学技术的进步、新材料的开发以及高精度机械的发展，对刀具的性能提出了更高的要求。
特别是随着木材及建材加工的进一步高速化和高功效化，要求刀具具有更高的耐用度，否则经常更换刀具会影响机器和设备的生产效率。
因此，一般的刀具难以符合机器和设备的高生产效率，因而，研究硬质合金刀具成为了必不可少的一环。
2硬质合金的了解(1)硬质合金刀具的种类按晶粒大小区分，硬质合金可以分成普通硬质合金、粗晶粒硬质合金和矽晶粒硬质合金。
按主要化学成分区分，硬质合金可以分成碳化钨基为硬质合金和碳化钛基为硬质合金。
碳化钨基为硬质合金包含钨钴类（yg）、钨钴钛类（yt）和嵌入珍贵碳化类（yw）三类，它们各存有优缺点，主要成分为碳化钨（wc）、碳化钛（tic）、碳化铌（nbc）等常用的金属成膜相是co。
碳化钛基为硬质合金就是以tic为主要成分的硬质合金，常用的金属成膜二者mo和ni。
(2)硬质合金刀具的历史刀具的发展在人类进步的历史上占据关键的地位。
中国晚在公元前28～前20世纪，就已发生黄铜尖锥和紫铜的锥、扣、刀等铜质刀具。
战国后期(公元前三世纪)，由于掌控了渗碳技术，做成了铜质刀具。
当时的钻头和锯，与现代的施明德扣和尖头已有些相似之处。
然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。
1783年，法国的勒内首先制出铣刀。
1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。
有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。
1923年，德国的施勒特尔往碳化钨粉末中加到10%～20%的钴搞粘结剂，发明者了碳化钨和钴的新合金，硬度仅次于金刚石，这就是世界上人工做成的第一种硬质合金。
GC1030硬质合金--加工模具用高效长寿命切削刀具材料.txt时尚，就是让年薪八千的人看上去像年薪十万。
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瑞典山特维克公司的新型GC1030硬质合金牌号是全球率先开发的TiAlN超多层涂层硬质合金刀具材料，它在模具材料的加工中，发挥出了提高加工效率、延长刀具寿命的卓越性能。
（1）模具材料变化带来的问题近年来，随着模具材料的性能不断提高，模具的寿命不断延长，但同时模具材料的可加工性（切削和磨削）也越来越差。
近年来，模具的加工方法发生了很大变化，正从机械加工→淬火→精加工的传统加工方式向直接切削加工淬硬材料的方式转变，从而减少了加工工序，降低了加工成本。
对于SKD61等淬硬材料，直接切削加工不会出现太大问题；但对于近年来新开发的跨世纪的新型模具材料，则既无法提高切削条件，也难以保证刀具寿命。
这是一个不能忽视的大问题。
（2）可切削性恶化的原因当前，对应于各种不同的使用目的，对模具材料的性能进行了最优化，其共同追求的性能特点是高硬度、高韧性、高耐蚀性、已加工表面光洁美观、质量优良等。
为了满足这些特性要求，需要采取添加各种合金元素、控制材料结晶组织、清除杂质等措施。
但是，从切削刀具的角度来看待这些性能改进，就会发现它给刀具带来了比切削抗力上升、因粘结导致刀尖损坏的危险性增大、易切削成分减少等难题。
为了解决这些问题，就必须开发耐热性、抗粘结性等切削性能优异的刀具材料。
（3）开发新型刀具材料的必要性为了解决上述问题，山特维克公司开发了铣削模具用涂层硬质合金材料。
在铣削一般硬度材料时，可采用具有较高的耐热性、耐磨性、化学稳定性的涂层硬质合金刀具。
而在铣削SKD61淬硬钢时，使用以K类（GC3040）硬质合金作为基体、涂有M2O3涂层的刀具是最好的选择。
但是，这些刀具对于跨世纪的新型模具材料并不适用。
钨钢切削刀具的材料特性与性能分析钨钢切削刀具是一种常用于金属加工中的刀具材料，它具有优异的性能和特性。
在理解钨钢切削刀具之前，我们先来了解一下钨钢的基本特性以及它在刀具制作中的应用。
钨钢，又称硬质合金，是由钨和钴等金属粉末通过高温烧结制成的一种复合材料。
钨钢具有以下几个关键特性，使其成为优秀的切削刀具材料：1. 高硬度：钨钢的硬度非常高，可以达到90-92HRA，是一般刀具材料的3倍左右。
高硬度意味着它具有很好的耐磨性能，能够在切削过程中抵御金属的剥落和磨损。
2. 高强度：钨钢具有很高的抗压强度和弯曲强度，可以承受较大的切削力和冲击载荷，不易发生断裂或变形。
这使得钨钢切削刀具具有较长的使用寿命和较好的稳定性。
3. 优秀的耐高温性：钨钢的熔点非常高，可以达到3400°C左右，因此在高温环境下依然能够保持较好的硬度和强度。
这使得钨钢刀具能够在高速切削过程中有效地降低热膨胀和热应力，提高切削效率和刀具寿命。
4. 良好的化学稳定性：钨钢具有优秀的耐腐蚀性和抗化学侵蚀能力，不易产生氧化和化学反应。
这使得钨钢切削刀具能够适应多种金属加工环境，如钢材、铸铁和不锈钢等。
除了以上的基本特性外，钨钢切削刀具还具有一些其他的性能优势，使其成为广泛使用的金属切削工具材料：1. 高韧性：钨钢切削刀具具有较好的韧性，能够在切削过程中有效地减少裂纹和瘤疤的生成，提高刀具的耐久性。
2. 低摩擦系数：钨钢具有较低的摩擦系数，使得切削时产生的热量和摩擦损耗较小，能够减少刀具与工件之间的磨擦，并提高切削的平稳性和精度。
3. 可以涂层：由于钨钢的化学稳定性和切削性能，它可以与各种涂层材料结合使用，如TiCN、TiAlN等。
这些涂层提供了额外的硬度、润滑和防腐蚀性能，进一步提高了刀具的寿命和切削效率。
总的来说，钨钢切削刀具的材料特性与性能使其成为现代加工中不可或缺的刀具材料之一。
它的高硬度、高强度、耐高温性和化学稳定性使得刀具能够在各种复杂的加工环境下发挥出色的切削性能。
金属切削的基础知识金属切削是一种通过切削工具在金属工件上施加力量，使其产生剪切应力，从而剥离所需形状的金属层的加工方法。
它是目前最常用和广泛应用的金属加工方式之一。
以下是金属切削的基础知识：1. 切削工具：切削工具通常由硬质材料制成，如高速钢、硬质合金等。
常见的切削工具包括刀片、钻头、铣刀等。
刀具的选择根据加工材料、加工形状和加工质量要求等因素进行。
2. 切削速度：切削速度是指在单位时间内切削刀具工作部分对工件的相对运动速度。
它是影响切削加工效果和刀具寿命的重要因素。
通常以米每分钟（m/min）作为单位。
3. 进给速度：进给速度是指切削刀具沿工件表面移动的速度。
它决定了每分钟进给长度。
进给速度的选择需要考虑切削深度、加工精度和刀具强度等因素。
4. 切削深度：切削深度是指切削刀具在每次切削中从工件表面剥离金属的厚度。
切削深度越大，切削力也会增加，刀具磨损加剧。
因此，切削深度的选择要根据材料性质、刀具强度和加工要求等综合考虑。
5. 切削力：切削力是指在切削过程中作用在切削刀具上的力。
它是切削加工过程中的重要力学参数，会影响刀具的磨损和加工精度。
切削力的大小与切削厚度、切削速度、切削角度和材料硬度等因素密切相关。
6. 刀具磨损：切削刀具在切削过程中会不可避免地发生磨损。
刀具磨损会使切削力增加、切削质量下降，并且降低了刀具的寿命。
因此，定期更换和修磨切削刀具是保证加工质量和生产效率的重要措施。
7. 切削液：切削液是指在金属切削过程中加入的一种液体。
它主要用于降低切削温度、润滑切削表面、冲洗切削区域，以减少金属切削时产生的摩擦和热量。
良好的切削液选择能够有效地提高加工质量和刀具寿命。
金属切削是工业生产中广泛应用的加工方式之一，掌握金属切削的基础知识对于提高加工质量、降低生产成本具有重要意义。
因此，对于从事金属加工的工作者来说，了解切削工具、切削速度、进给速度、切削深度、切削力、刀具磨损以及切削液等基础知识是十分必要的。
一、车刀材料在切削过程中，刀具的切削部分要承受很大的压力、摩擦、冲击和很高的温度。
因此，刀具材料必须具备高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性，还需具有高的耐热性（红硬性），即在高温下仍能保持足够硬度的性能。
常用车刀材料主要有高速钢和硬质合金。
1.高速钢高速钢又称锋钢、是以钨、铬、钒、钼为主要合金元素的高合金工具钢。
高速钢淬火后的硬度为HRC63～67，其红硬温度550℃～600℃,允许的切削速度为25～30m/min。
高速钢有较高的抗弯强度和冲击韧性，可以进行铸造、锻造、焊接、热处理和切削加工，有良好的磨削性能，刃磨质量较高，故多用来制造形状复杂的刀具，如钻头、铰刀、铣刀等，亦常用作低速精加工车刀和成形车刀。
常用的高速钢牌号为W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2两种。
2.硬质合金硬质合金是用高耐磨性和高耐热性的WC（碳化钨）、TiC（碳化钛）和Co（钴）的粉末经高压成形后再进行高温烧结而制成的，其中Co起粘结作用，硬质合金的硬度为HRA89～94（约相当于HRC74～82），有很高的红硬温度。
在800～1000℃的高温下仍能保持切削所需的硬度，硬质合金刀具切削一般钢件的切削速度可达100～300m/min，可用这种刀具进行高速切削，其缺点是韧性较差，较脆，不耐冲击，硬质合金一般制成各种形状的刀片，焊接或夹固在刀体上使用。
常用的硬质合金有钨钴和钨钛钴两大类：（1）钨钴类（YG）由碳化钨和钴组成，适用于加工铸铁、青铜等脆性材料。
常用牌号有YG3、YG6、YG8等，后面的数字表示含钴量的百分比，含钴量愈高，其承受冲击的性能就愈好。
因此，YG8常用于粗加工，YG6和YG3常用于半精加工和精加工。
（2）钨钛钴类（YT）由碳化钨、碳化钛和钴组成，加入碳化钛可以增加合金的耐磨性，可以提高合金与塑性材料的粘结温度，减少刀具磨损，也可以提高硬度；但韧性差，更脆、承受冲击的性能也较差，一般用来加工塑性材料，如各种钢材。
硬质合金是机械加工中一种常用的合金材料，其最大特点是具有很高的硬度和耐磨性。
从构成上来说，硬质合金是以一种或多种难熔的碳化物，如碳化钨、碳化钛等的粉末为主要成分，加入作为粘接剂的金属粉末如钴、镍等，经粉末冶金制成造而成的合金材料。
硬质合金通常用于制造切削刀具、冷作模具以及高耐磨零件等。
硬质合金的特点是什么:首先，硬质合金具有极高的硬和耐磨性。
常温下，它的硬度可以达到69到81HRC，耐磨性表现也相当不错。
因此，这种材料制作的刀具切削速度可以比高速钢刀具快4到7倍，使用寿命不仅不会低于后者，反而比高速钢刀具长5到80倍，可以用于切削硬度达到50HRC的高硬度材料。
其次，硬质合金还具有很高的强度和弹性模量。
其抗压强度达到6000MPa，弹性模量最高可以达到735MPa，折两项指标均高于于高速钢材料。
但是，硬质合金的抗弯强度较低，只有1000到3000MPa。
第三，硬质合金具有较好的耐蚀性、抗氧化性和耐高温性。
硬质合金制作的刀具，通常能够很好地抵抗大气、酸、碱等造成的腐蚀，不容易发生氧化，还可以在900到1000度的高温下保持坚硬。
第四，硬质合金的线膨胀系数很小，这导致其加工时，可以具有稳定的形状尺寸。
第五，使用硬质合金加工成形的制品，通常不能再进行加工和重磨。
这是因为硬质和金的脆性较高，重磨时容易引起碎裂，所以只能采用电火花、线切割、电解磨削等电加工或专门的砂轮磨削。
常用的硬质合金材料:常用的硬质合金材料有钨钴类、钨钛钴类何钨钛钽类。
钨钴类硬质合金的主要成分是碳化钨和钴，其不同牌号是用代号YG加钴含量的百分数比来表示的。
钨钛钴类硬质合金的主要成分是碳化钨、碳化钛和钴。
牌号为YT加加碳化钛含量的百分数比。
钨钛钽类硬质合金又称为通用硬质合金或万能硬质合金，其主要成分是碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化铌、钴。
牌号是用YW加序数来表示的。
硬质合金材料的应用:硬质合金应用最广的领域就是作为切削刀具的材料。
硬质合金材料可以用于制作车刀、铣刀、刨刀、钻头等各种不同类型的刀具，适用于不同种类的加工工艺和工件材料。
硬质合金刀具材料简介刀具行业是整个机械制造行业的基础产业，其水平高低直接影响一个国家国民经济发展的支柱产业，如汽车工业、家电和航空工业等。
先进的切削工具是实现生产过程优质、高效、低耗必不可少的条件和保证，而先进的切削工具很大程度上又取决于刀具的材料技术。
因此，刀具材料的开发、推广和正确选用是推动制造技术发展进步的重要动力，也是提高产品质量、降低加工成本和提高生产率的重要手段。
一般来讲，刀具的切削性能除了与刀具的材料直接相关外，还与刀具的几何形状和结构相关。
当然，在这些因素中，刀具材料最为重要，它对刀具的耐用度、加工效率、加工质量和加工成本影响极大。
因此，了解刀具材料的性能并正确选用是刀具设计和使用的重要内容之一。
刀具材料的种类较多，主要有高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等，我国目前应用最多的刀具材料是高速钢和硬质合金，下面我们就较常用的硬质合金刀具材料的成分、性能和应用范围作详细介绍。
硬质合金是由高硬度、难熔金属化合物粉末（如WC、TiC、TaC、NbC等高温碳化物）和金属粘结剂（Co、Mo、Ni等）烧结而成的粉末冶金制品。
由于硬质合金成分中含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好的碳化物，因此，硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性都很高。
硬质合金的常温硬度一般为89~93HRA,相当于78~82HRC,允许的切削温度高达800℃~1000℃，即使在540℃时其硬度仍保持在77~85HRA,相当于高速钢的常温硬度。
因此，硬质合金的切削性能比高速钢高得多，在相同耐用度情况下，硬质合金允许的切削速度比高速钢高4倍~10倍，切削速度可达100m/min以上，可以切削高速钢刀具切削不了的各类难加工材料如淬硬钢。
但由于其抗弯强度较低（约为高速钢的1/2~1/4）、冲击韧性（约为高速钢的（1/8~1/30）和工艺性差，因此，目前硬质合金材料主要用于刃形简单、无冲击性的非断续切削加工刀具制作中。
当硬质合金中碳化物含量较高时，硬度就高，但抗弯强度就相对较低；当粘结剂含量较高时，则抗弯强度较高，硬度较低。
切削刀具方面的知识一、概述切削刀具是机床上用来切削金属材料的工具，是机械加工中不可缺少的一部分。
切削刀具的种类繁多，根据不同的加工需求，需要选择不同类型的切削刀具。
本文将从材料、结构、涂层等方面介绍切削刀具的知识。
二、材料1.高速钢高速钢是常用的切削工具材料，其硬度高、耐磨性好、耐高温性强。
但由于其韧性较差，容易发生断裂，因此在使用时需要注意避免过度振动和冲击。
2.硬质合金硬质合金是由钨钴等金属粉末与少量其他金属粉末混合后经过高温压制而成的材料。
其硬度极高，耐磨性好，在高速加工中表现出色。
但由于其脆性较大，容易发生断裂。
3.陶瓷陶瓷是一种新型的切削工具材料，其硬度和耐磨性都比硬质合金更优秀。
同时由于其导热性差，可以在高速加工时有效降低切削温度。
但由于其脆性较大，容易发生断裂。
三、结构1.单刃刀具单刃刀具是最简单的一种切削工具结构，其只有一个切削刃。
常用于精密加工和手动加工中。
2.多齿刀具多齿刀具是指具有多个齿的切削工具，可以提高加工效率和表面质量。
常见的多齿刀具包括铣刀、钻头、车刀等。
3.复合式刀具复合式刀具是由不同形状的单元组成的，可以实现多种不同的加工操作。
常见的复合式刀具包括机用钻头、铰孔器等。
四、涂层1.涂层类型常见的涂层类型包括金属涂层、陶瓷涂层和薄膜涂层等。
其中金属涂层主要用于提高耐磨性和耐腐蚀性；陶瓷涂层主要用于提高硬度和耐高温性；薄膜涂层主要用于减小摩擦系数和提高切削性能。
2.涂层工艺涂层工艺包括物理气相沉积、化学气相沉积和电化学沉积等。
其中物理气相沉积是最常用的一种涂层工艺，可以制备出高质量的涂层。
五、切削参数切削参数包括切削速度、进给量和切削深度等。
在使用切削刀具时，需要根据不同的材料和加工要求选择合适的切削参数，以达到最佳加工效果。
六、保养与维护1.清洗在使用完毕后，需要将刀具清洗干净，并涂上防锈油以避免生锈。
2.磨损检查定期检查刀具的磨损情况，及时更换磨损严重的刀具以保证加工质量。
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 CrWMn2、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）上图为各种硬质合金刀头（一）主要性能1）常温硬度HRC74~81.5，红硬性800℃~1000℃，耐磨性优良；2）允许切削速度V C=100m/min以上，最高不能超过200m/min；硬质合金3）脆性较大，怕冲击和振动。
硬质合金刀具的材料特性与切削原理分析硬质合金刀具作为现代切削工具中的重要组成部分，具有优秀的耐磨性、高强度和良好的切削性能，被广泛应用于金属加工行业。
本文将对硬质合金刀具的材料特性和切削原理进行详细分析。
首先，我们来了解硬质合金刀具的主要材料成分。
硬质合金刀具通常由钴基或钨基高硬度合金粉末与金属粉末通过高温烧结而成。
其中，钴基合金刀具的主要成分为碳化钨（WC）和钴（Co）两种物质的混合物，而钨基合金刀具则主要由碳化钨（WC）和碳化钨钎焊合金（WCCo）两种材料构成。
这些材料的合理配比和制造工艺，使得硬质合金刀具具有硬度高、韧性强、耐磨性好等显著特点。
硬质合金刀具的硬度高是由其成分中的碳化钨所决定的。
碳化钨具有极高的硬度，能够抵抗金属切削过程中的高温和高压，使其具备较长的使用寿命。
另外，硬质合金刀具的韧性强则是由所含的钴决定的，钴具有良好的塑性和可加工性，能有效减轻硬质合金刀具的脆性，提高其整体强度和韧性。
钴还能提高硬质合金刀具的抗断裂和抗疲劳性能，使其具有更好的稳定性和切削效率。
在切削原理方面，硬质合金刀具的切削过程主要是通过切削刃与被加工的工件之间的物理作用完成的。
切削刃通过与工件接触并在切削速度和切削力的作用下，将工件上的材料剪切、切削或磨削掉，实现加工目的。
硬质合金刀具的切削原理可以分为两种类型：切削刃切削和磨削刃切削。
切削刃切削适用于金属切削加工，主要通过硬质合金刀具的切削刃与工件的相对运动进行剪切切削。
切削刃切削的切削原理是将工件材料剥离，并且通过一系列连续的块剥、微剥和微小切削粒子的形成来完成切削过程。
而磨削刃切削则适用于非金属材料的加工，如陶瓷、纸张等，其切削原理是通过硬质合金刀具的磨削刃与工件之间的磨削作用，使工件材料发生微小磨削并剥离。
此外，硬质合金刀具还具有一定的刃口几何形状，如刀角、前角、侧倾角等，这些刃口参数的选择关系到切削力的大小和切削质量。
合理的刃口参数能够降低切削力，提高切削效率和切削质量。
