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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。
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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。
