刀具材料切削时耐热温度概述

普通车床车切基本知识一、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.高速钢高速钢乂称锋钢、是以鸨、铭、机、钳为主要合金元素的高合金工具钢。

高速钢淬火后的硬度为HRC6367,其红硬温度550C〜600C，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、皎刀、铁刀等，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W18Cr4\O W6Mo5Cr4V2种。

2.硬质合金硬质合金是用高耐磨性和高耐热性的WC（碳化鸨）、TiC （碳化钛）和Co （钻）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HRA8分94（约相当于HRC74 82）,有很高的红硬温度。

在800〜1000C 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。

常用的硬质合金有鸨钻和鸨钛钻两大类：（1）鸨钻类（YQ由碳化鸨和钻组成，适用于加工铸铁、宵铜等脆性材料。

常用牌号有YG3 YG6 YG8等，后面的数字表示含钻量的白分比，含钻量愈高，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）鸨钛钻类（YT）由碳化车乌、碳化钛和钻组成，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。

金属切削是制造业中最基本的加工方法，它是利用刀具切除被加工零件多余材料，从而获得合格零件的过程。

选择合适的刀具材料对于加工效率和加工质量起着至关重要的作用。

优质切削刀具应该具有较高的硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、较高的耐热性、良好的工艺性与经济性、较好的导热性和较小的膨胀系数。

在各种材料中，可能针对以上各个方面，有各自不同的表现，这就需要加工人员综合分析各方面要求，选择一种最理想的搭配结果。

常用的刀具材料主要分为四大类：工具钢、硬质合金、陶瓷和超硬质刀具材料，下面我们来看一下这四大类各自的特点是什么。

工具钢刀具:用来制造刀具的工具钢又包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢。

其主要特点是耐热性差但抗弯强度高，价格便宜，焊接与刃磨性能好。

广泛应用于中低速切削的成形刀具，不适合高速切削。

碳素工具属于特殊质量非合金钢，加工性良好且价格便宜，在工具钢中用量较大。

碳素工具钢在热处理后可以获得很高的硬度，但在切削温度高于250到300摄氏度时，马氏体会发生分解，使硬度降低。

再加上其碳化物分布不均匀，淬火后变形较大，易产生裂纹，且淬透性差、淬硬层薄，只适于用于低速切削刀具，如锉刀、手用锯条等。

合金工具钢是在碳素工具钢基础上加热铬、钨、钒等合金元素，以提高其淬透性、韧性、耐磨性和耐热性的一类钢种。

热硬性达到325至400摄氏度，允许的切削速度为每分钟10到15米，因此主要用于低速加工工具如丝锥、板牙等。

高速钢是含有较多的钨、钼、铬、钒等元素，高硬度、高耐磨性的工具钢，综合性能较好，是应用范围最广的一种刀具材料。

高速钢经热处理后硬度达62到66HRC，抗弯强度为3.3GPa，耐热性为600摄氏度左右，且热处理变形小、能锻造、易磨出较锋利的刃口，常用于制造结构复杂的成形刀具和孔加工刀具。

硬质合金刀具:硬质合金是由难熔金属的硬质化合物与粘结金属通过粉末冶金制成的一种合金材料，其在硬度、强度、韧性、耐热性、耐磨性和耐腐蚀性等方面都要高于工具钢，是当今最主要的刀具材料之一。

刀具基本知识大全！数控刀具材料的选用原则，干货满满！好马需配好鞍，就算拥有先进的数控加工设备，若使用的刀具不对也是白搭！选用合适的刀具材料，对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本等都有很大影响。

01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、焊接性能和磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。

02刀具材料的种类、性能、特点、应用1.金刚石刀具材料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了广泛的应用。

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。

（1） 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0.002μm，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。

② PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，广泛被应用于切削加工的还是聚晶金刚石（PCD）。

自20世纪70年代初，采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石（Polycrystauine diamond，简称PCD）刀片研制成功以后，在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。

刀具基础知识一、刀具材料应具备的性能；A，高的硬度和高耐磨性1.硬度是刀具材料应具备的基本特性2.耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。

B，足够的强度和韧性1.强度是刀具材料抵抗破坏的能力2，韧性是指材料发生断裂时外界做功的大小。

3.高的耐热性和热传性4.良好的工艺性和经济性1）切削性能目前刀具材料分四大类：工具钢、硬质合金、陶瓷及超硬刀具材料等。

常用的刀具材料一、工具钢1. 碳素工具钢碳素工具钢是含碳量为0.65％～1.3％的优质碳素钢。

常用的钢号有T7A、T8A等。

耐热温度：200℃～300℃。

2. 合金工具钢1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。

在碳素工具钢中加入适当的元素铬（Cr）、硅常用的合金工具钢有9CrSi，CrWMn等（Si）、锰（Mn）、钒（V）、钨（W）等炼成的。

耐热温度：325℃～400℃。

主要用于制造细长的或截面积大、刃形复杂的刀具。

二，高速钢高速钢是一种富含钨（W）、铬（Cr）、钼（Mo）、钒（V）等元素的高合金工具钢。

美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。

含碳量一般在0.70～1.65％之间。

耐热温度：500℃～650℃。

高速钢的抗弯强度是硬质合金的3～5倍，冲击韧性是硬质合金的6～10倍1.普通高速钢（HSS）2.钨系高速钢：W18Cr4V (W18)3.具有较好的综合性能，可制造复杂刃型的刀具。

但由于钨是稀有金属，现在很少使用。

4.钨钼系高速钢：W6Mo5Cr4V2 (M2)5.M2的碳化物颗粒小，分布均匀，具有较高的抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性。

又因为钼的存在，使其热塑性非常好。

2. 高性能高速钢（HSS-E）高性能高速钢是在普通高速钢中增加一些碳、钒及添加钴（Co）、铝等元素的新钢种。

钴高速钢：W2Mo9Cr4VCo8 (M42)一种含钴的超硬高速钢，常温硬度67HRC-69HRC，具有良好的综合性能。

铝高速钢：W6Mo5Cr4V2Al在M2的基础上加Al、增C，提高了钢的耐热性和耐磨性。

切削过程中切削热的影响及分析摘要切削金属时，由于切屑剪切变形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都转变为热，这种热叫切削热。

使用切削液时，刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走；不用切削液时，切削热主要由切屑、工件和刀具带走或传出，其中切屑带走的热量最大，传向刀具的热量虽小，但前面和后面上的温度却影响着切削过程和刀具的磨损情况，所以了解切削温度的变化规律是十分必要的。

关键词：切削热;切削温度;测量方法;热量分布；影响因素目录1切削热的产生 (1)2切削热的测量 (2)2.1.热电偶法 (2)2.2自然热电偶法 (5)2.3人工热电偶法 (5)2.4半人工热电偶法 (5)2.5等效热电偶法 (6)2.6.切屑颜色与切削温度的关系 (6)2.7光热辐射法 (7)2.8其他因素 (8)3切削热的影响因素 (8)3.1、切削用量的影响 (8)3.2、刀具几何参数的影响 (9)3.3、刀具磨损的影响 (11)3.4、切削液的影响 (11)3.5工件材料 (11)3.6其他因素 (11)4切削热的分布 (12)5对工件的影响 (13)6 解决措施 (13)7 切削热的利用 (14)结论 (17)致谢 (18)参考文献 (19)1切削热的产生切削热被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功，这是切削热的一个重要来源。

此外，切屑与前刀面、工件与后刀面之间的摩擦也要耗功，也产生出大量的热量。

因此，切削时共有三个发热区域，即剪切面、切屑与前刀面接触区、后刀面与过渡表面接触区，如图示，三个发热区与三个变形区相对应。

所以，切削热的来源就是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。

切削塑性材料时，变形和摩擦都比较大，所以发热较多。

切削速度提高时，因切屑的变形减小，所以塑性变形产生的热量百分比降低，而摩擦产生的热量百分比增高。

切削脆性材料时，后刀面上摩擦产生的热量在切削热中所占的百分比增大。

切削热来源于三个变形区切屑变形功刀具切屑间摩擦功刀具工件间摩擦功切削热产生比例Q=Qs+Qγ+Qα 根据切削条件：切塑性金属时切屑为带状切屑，塑性变形和前刀面的摩擦比较厉害，切屑为带状切屑，塑性变形和前刀面的摩擦比较厉害， Qs+QX占主导切脆性金属时切屑为崩碎切屑，后刀面摩擦占百分比↑，所以Q 切屑为崩碎切屑，后刀面摩擦占百分比↑，所以Qα占主导速度较高时切屑的变形↓，塑性变形产生的热百分比↓ 摩擦热占切屑的变形↓，塑性变形产生的热百分比↓，摩擦热占百分比↑ 百分比↑ ，Qγ+Qα占主导速度较低时切屑的变形↑ 塑性变形Q 切屑的变形↑，塑性变形Qs占主导2切削热的测量尽管切削热是切削温度上升的根源，但直接影响切削过程的却是切削温度，切削温度一般指前刀面与切屑接触区域的平均温度。

常用刀具材料常用刀具材料分为：工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢），硬质合金，超硬刀具材料（包括陶瓷，金刚石及立方氮化硼（CBN）等）1.、工具钢用于制造刀具的材料具有高强度、高硬度、高耐磨性、高热硬性、足够的塑性和韧性的性能要求。

（1）碳素工具钢碳素工具钢，简称碳工钢，碳的质量分数一般为0.65%~1.3%，属高碳钢。

常用的碳素工具钢有T7A、T8A、T10A、T12A等。

（2）合金工具钢合金工具钢包括低合金、中合金、高合金工具钢。

碳的质量分数一般为0.9%~1.1%，通常加入合金元素有Cr、Mn、Si、W、V等，钢中合金元素总的质量分数为4%~5%者称为低合金；5%~10%者称为中合金；大于10%者称为高合金，常用的合金工具钢有9SiCr、9Mn2V、CrWMn等，工作温度不超过300℃。

（3）高速钢高速钢是主要用于制作高速切削金属的刀具的高碳高合金莱氏体工具钢。

是美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的，碳的质量分数一般为0.7%~1.5%，加入质量分数约为4%的Cr，此时的钢具有很好的切削加工性能，因此又称为锋钢。

钢中加入W、Mo等能保证高的热硬性，加入V可提高耐磨性。

高速钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等。

除用熔炼方法生产的高速钢外，20世纪60年代以后又出现了粉末冶金高速钢，它的优点是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。

高速钢按其性能分成两大类：普通高速钢和高性能高速钢。

2、硬质合金硬质合金属于粉末冶金材料，即由难熔金属硬质化合物（硬质相）和金属粘结剂（粘结相）经粉末冶金方法制成的。

通常使用的硬质合金主要以碳化物作为硬质相，以钴作为粘结相通过高温烧结而成。

在常温下硬质合金硬度可达86~96HRA（相当于69~81HRC）；热硬性可达1000℃以上；抗压强度可达6000MPa，但抗弯强度、冲击韧性较低；还具有良好的耐蚀性与抗氧化性。

切削热与切削温度》教学设计方案专业年级：电钳专业一年级教材：机修钳工工艺学授课时间：2013 年12 月22 日切削热与切削温度》教案专业年级：电钳专业一年级教材：机修钳工工艺学授课时间：2013 年12 月22 日一、 切削热和由此产生的切削温度能改变前刀面上的摩擦系数，直接影响刀具的磨损和刀具耐用度；切削温度能改变工件材料的性能，影响积屑 瘤的产生和消失，直接影响工件的加工精度和表面质量。

二、 凡是影响切削力的因素都会影响到切削热和由此产生的切削温度 三、 切削热的来源与传出切削热来源于两个方面：一是切削层金属发生弹性和塑性变形所消耗的 能量；二是切屑与前刀面、工件与后刀面问产生的摩擦热。

切削过程中的三个变 形区就是三个发热区域，如图所示。

切削过程中所消耗能量的98% — 99%都将转化为切削热。

如忽略进给运 动所消耗的能量，则单位时间产生的切削热：Q Fc • v c式中 Q ——单位时间产生的热量，单位 J / s ；Fc ――切削力，单位：N;vc------ 切削速度单位：m / s 。

四、切削热由切屑、工件、刀具及周围的介质(空气，切削液)向外传导。

影 响散热的主要因素是：(1)工件材料的导热系数 工件材料的导热系数高，由切屑和工件传导出去的热 量就多，切削区温度低。

工件材料寻热系数低，切削热传导慢，切削区温度高， 刀具磨损快。

⑵刀具材料的导热系数 刀具材料的导热系数高，切削区的热量向刀具内部传 导快，可以降低切削区的温度。

⑶周围介质采用冷却性能好的切削液能有效地降低切削区的温度。

五、切削温度的测量教学 内容35学生自 主探 索，小 组讨 论、思 考（5 分钟）刀具前血上的切削温度分布测量切削温度的方法很多，有热电偶法、辐射热计法、热敏电阻法等。

目前 常用的是热电偶法。

用热电偶法测量切削温度有自然热电偶和人工热电偶两种方法：1. 自然热电偶法利用工件材料和刀具材料化学成分不同组成热电偶的两极。