刀具材料 18期

【前言】刀具材料 18期由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。二、高速钢： 按照用途可分为通用型高速钢和高性能高速钢；按照制造工艺可以分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。通用型高速钢按照其含钨量的不同，进一步分为钨系、钨系、系三类高速钢。其中钨系高速钢最常用的W18Cr4V，含钨18%，含铬4%，含钒1%，具有较好的综合性能，...

摘要：刀具在工作时，主要使用刀具的刀刃部分来切削加工工件。刀具耐用度和刀具的使用寿命、切削加工生产率的高低、切削加工费用的多少，加工零件的精度和加工表面质量的优劣等都取决于刀具材料选择是否合理。本文着重介绍常用的几种刀具材料。

关键词：刀具；材料；高速钢；硬质合金

一、刀具材料应具备的特性：

刀具的材料必须具备硬度高、耐磨性好，还要有很高的强度和韧性，此外，还必须具有良好的热稳定性。不仅如此，刀具材料还必须具有良好的热物理性能，能承受较大的热冲击。人们选用刀具材料时，往往还希望它们具有良好的加工工艺性和成本较低等性能。

目前刀具材料用的最多的是高速钢和硬质合金；碳素工具钢、合金工具钢适用于一些切削要求不高及切削速度低的场合，以克服其耐热性差的缺点；陶瓷，金刚石、立方氮化硼则适用的场合更加有限。实际上，新的刀具材料的发展速度越来越快，刀具的切削性能越来越得到提高，理想的刀具材料应该同时具有金刚石的高硬度高耐磨、立方氮化硼或陶瓷的高热稳定性和、硬质合金的高强度，高抗弯、冲击能力强等综合性能。下面介绍一下常用的刀具材料。

二、高速钢：

按照用途可分为通用型高速钢和高性能高速钢；按照制造工艺可以分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。通用型高速钢按照其含钨量的不同，进一步分为钨系、钨系、系三类高速钢。其中钨系高速钢最常用的W18Cr4V，含钨18%，含铬4%，含钒1%，具有较好的综合性能，可以用于制造多种复杂的刀具。其优点是：含钒量较少，磨加工性较好，淬火时过热倾向小，温度较高时切削性能也较好。缺点：韧性和抗冲击性能极差，不能做成大截面，钨市场价格相对较贵，限制了它的发展。钨系高速钢如果（W+1.4～1.5Mo）=12%～13%时，对其强度和韧性具有有利影响，且不会破坏热稳定性。其典型代表为W6Mo5Cr4V2，含钨6%，5%，铬4%，钒2%。优点：磨加工性好，韧性较钨系高速钢更好，可以做成大截面，能承受较大冲击。缺点：温度较高时加工性能不如钨系高速钢，淬火温度范围太窄。

粉末冶金高速钢是用高压氩气雾化熔融的高速钢钢水，直接得到高速钢粉末，然后在高温高压下制成钢坯，最后锻轧成刀具。优点：晶粒细小、均匀，解决了共晶偏析的问题；晶粒细小，表面积较大，颗粒不易脱落，耐磨性好；均匀细小的颗粒使得不会因增加钒的含量而降低其磨加工性；具有高度各同向性，淬火变形小；合格率较高等。

三、硬质合金：

由于硬质合金中的金属碳化物颗粒硬度高、熔点高、高温不易产生化学反应，也不易变形等特点，所以硬质合金材料的硬度高、耐磨性、耐热性好。常用硬质合金的硬度、切削速度，切削性能、刀具耐用度都比高速刚好。但硬质合金韧性及抗冲击性不如高速钢，因此在冲击较大的场合还需要使用高速钢，一般分为三类：YG、YT、YW三类。硬质合金含钴较多时，其抗弯强度、韧性很好，适合于粗加工；含TiC、WC较多时，硬度、耐磨性增加，适合精加工。

四、陶瓷：

陶瓷比硬质合金更早地用于切削刀具，但由于其脆性，发展速度很慢。Si3O4、Al？O？-SICw及超级ZrQ2陶瓷都是在80年代才发展起来的，陶瓷刀具在近5年的发展和改进方面的工作超过了过去的40年。将陶瓷材料作为刀具，具有成本低、硬度高、耐高温性能好等优点，因此有很好的前景。

陶瓷刀具材料的主要优点是：

高的硬度与耐磨性使其不易受损，刀具耐用度高、刀具寿命高；耐热性很高，在一千多摄氏度高温下还能进行切削，切削速度比硬质合金高；而且高温条件下不易变形，化学稳定性很高；与金属亲和力小即抗粘结扩散能力好，高温条件下也不易被氧化，也不与钢相互作用。因而刀具的粘结、扩散、氧化磨损较少；加工时摩擦系数低，不易产生热量，因而不易粘刀，加工表面质量好。陶瓷刀具对于高硬度、高精度零件或者大件加工特别有效，车削铣削都可适用。

陶瓷刀的缺点是：

脆性大、韧性低、抗弯强度比硬质合金低，因此为避免承受冲击负荷，以防崩刃与破损，必须选择合适的几何参数与切削用量；；此外，陶瓷刀导热系数比硬质合金的低，热膨胀系数却比硬质合金高，抗热冲击性较差。

五、金刚石：

金刚石与各种金属、非金属材料相互配对时产生摩擦，其磨损量较小，仅为硬质合金的几十分之一或者几百分之一，硬度最高、热传导性最好，被认为是最理想的刀具材料。

金刚石刀具分为三种：天然单晶金刚石刀具、整体人造聚晶金刚石刀具、金刚石复合刀具。金刚石不仅凭借其极高的的硬度和耐磨性来切削高硬度、高耐磨的材料，而且所制成的刀具切削刃非常锋利，与工件接触时产生能的摩擦小，发热少，很难达到积屑瘤的形成条件，因此可以提高加工表面质量。金刚石刀具多用于有色金属、非金属材料的精车和镗孔，也可用于磨具和磨料，但不能用于加工钢铁材料（高温下铁原子很容易和金刚石中的碳原子发生反应使其受损）。

六、聚晶立方氮化硼：

通常把软的六方氮化硼（CBN）在高温高压下加入催化剂、粘结剂进行烧结，便成为聚晶立方氮化硼。PCBN的性能主要与CBN的粒度、含量及结合剂种类有关，CBN含量高，硬度高。总体来说PCBN具有很高的硬度（仅次于金刚石）和耐磨性、化学稳定性高、导热性好，摩擦系数低、但其强度较低。PCBN的一个突出特点是高温情况下不容易变形，热稳定性好，可承受较高的切削速度；另一个突出特点是不容易与工件发生化学反应，即化学惰性大，能够加工淬硬钢和冷硬铸铁。因此，PCBN刀具特别适合在高效率下加工黑色金属材料，和一些难加工材料。（作者单位：郑州大学机械工程学院）

参考文献：

[1]陈日曜.金属切削原理.机械工业出版社