刀具材料及合理选用
四大材料刀具的性能与选择
四大材料刀具的性能与选择刀具材料的发展对切削技术的进步起着决定性的作用。
本文介绍了切削中所使用的金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢等刀具材料的性能及适用范围。
刀具损坏机理是刀具材料合理选用的理论基础，刀具材料与工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料选择的关键依据，要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料，才能获得良好的切削效果。
就活塞在切削加工时的刀具材料选用作了阐述。
高速钢：活塞加工中铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀，钻油孔用钻头等都为高速钢材料。
硬质合金：YG、YD系列硬质合金刀具被广泛应用于铝活塞加工的各个工序中，特别是活塞粗加工和半精加工工序。
立方氮化硼：立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中。
同时也应用于活塞立体靠模的加工中。
金刚石：金刚石刀具可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。
在切削铝合金时，PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍，是目前铝活塞精密加工的理想刀具，已经应用于精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面及精车活塞燃烧室等精加工工序中。
刀具材料性能的优劣是影响加工表面质量、切削加工效率、刀具寿命的基本因素。
切削加工时，直接担负切削工作的是刀具的切削部分。
刀具切削性能的好坏大多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和设计是否合理。
切削加工生产率和刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面质量的优劣等等，在很大程度上都取决于刀具材料的合理选择。
正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。
每一品种刀具材料都有其特定的加工范围，只能适用于一定的工件材料和切削速度范围。
不同的刀具材料和同种刀具加工不同的工件材料时刀具寿命往往存在很大的差别，例如：加工铝活塞时，金刚石刀具的寿命是YG类硬质合金刀具寿命的几倍到几十倍；YG类硬质合金刀具加工含硅量高、中、低的铝合金时其寿命也有很大的差别。
刀具材料及选用
刀具材料应具有的基本性能
1）硬度-----最基本特性 高硬高温高压下保持几何形状。 最差的碳素工具钢62HRC以上
高速钢63～67 HRC 、硬质合金更硬
2）足够的强度、韧性------承受切削力和抗冲击力 强度用刀具材料的抗弯强度σbb表示，韧性αk。
3）耐磨性和耐热性-----抗磨损、高温下保持高硬度
DX25,UM20,DTU DX3,DTU,UMS
UM40 KG03
KG10,KT9,CR1 KT9,CR1,KG20
KG30,LF12
SIF S10M S25M S35M S60M S10M H15,S25
M HX,S35M
S60M
H15,890 883,HX
ISO分类
P10
P 类
P20 P30
刀具材料选用
高速钢刀具----韧性好，一般做成整体式，数控常用。 主要特征有：淬火温度极高（1200℃）而淬透性极好，使刀具
整体的硬度一致。回火时有明显的二次硬化现象，甚至比淬 火硬度更高且耐回火软化性较高，在600℃仍能保持较高的硬 度，较之其他工具钢耐磨性好且比硬质合金韧度高，但压延 性较差，热加工困难，耐热冲击较弱。
抗弯 强度
1300 1500 1750 1950 2200
抗压 强度
4600 1800 5000 4900 4000
W12MO3Cr4V3CO5Si 、 W6MO5Cr4V2Al 粉末冶金高速钢
刀具材料选用
硬质合金刀具：韧性差，抗弯强度低，很少做成整体式， 一般为镶焊或制成刀片形式。
K类（YG）WC+CO 用于短切屑黑色、有色金属、 非金属脆性材料加工， 如铸铁、青铜等。
P类（YT） WC+TiC 用于塑性好的长切屑黑色金属 加工。
各种刀片用途及钢料
各种刀片用途及钢料刀片是一种常见的切割工具，广泛应用于不同领域，包括日常生活中的厨房刀具、手术刀、行业中的工艺刀具和工业切割工具等。
不同的刀片使用不同的钢材制成，以满足各种不同的应用需求。
以下是几种常见的刀片和它们的用途以及使用的钢料。
1.厨房刀片厨房刀片用于食物的切割和加工，一般分为切菜刀、剁刀、刨刀、水果刀等。
这些刀片通常使用不锈钢制成，因为它具有耐腐蚀性能，不会对食物产生有害物质。
常用的不锈钢材料有420不锈钢、440不锈钢等。
2.医疗手术刀片手术刀片用于医疗领域的手术操作，要求具有尖锐度和消毒性能。
医疗手术刀片一般使用高碳不锈钢材料制成，如17-4PH不锈钢或440C不锈钢。
这些钢材具有高硬度和耐腐蚀性能，适合进行手术操作。
3.工艺刀具工艺刀具广泛应用于手工艺品制作、纸艺、编织、剪纸等领域。
常见的工艺刀具包括割刀、雕刻刀、裁缝剪等。
这些刀片通常使用高碳钢或合金钢制成，提供良好的切削性能和耐磨性。
4.工业切割工具工业切割工具用于工业生产中的金属切削和加工，包括圆锯片、金属刀片、铣刀等。
这些刀片通常使用硬质合金制成，如钨钛合金、维氏硬质合金等。
这些合金钢具有高硬度和耐磨性，可以进行高速切削和长时间使用。
除了上述常见的刀片和钢材，还有一些特殊应用的刀片和钢材。
例如：5.石材切割刀片石材切割刀片用于石材的切割和加工，常见的刀片有连续刀片和分割刀片。
这些刀片通常使用硬质合金制成，以应对石材高硬度和高磨损的特点。
6.纸张切割刀片纸张切割刀片用于印刷和纸加工领域，要求刀片锋利度高且不易磨损。
这些刀片通常使用高速钢制成，因为高速钢具有高硬度和热稳定性。
总体而言，不同的刀片具有不同的用途和要求，因此需要使用不同材料制作以满足需求。
选择适当的刀片和合适的钢材对于切削质量和使用寿命都非常重要。
最适合做刀的材料
最适合做刀的材料首先，我们需要了解刀具所需具备的基本性能。
刀具在使用过程中需要具备较高的硬度、耐磨性和韧性。
硬度是指材料抵抗外力的能力，耐磨性是指材料在摩擦和磨损作用下的抗性，而韧性则是指材料在受力作用下不易断裂的性能。
因此，最适合做刀的材料应该具备较高的硬度、耐磨性和韧性。
目前，常见的刀具材料主要有碳素钢、不锈钢、合金钢、陶瓷等。
碳素钢是指含有较高碳含量的钢铁，具有较高的硬度和耐磨性，但韧性较差，容易断裂。
不锈钢是一种抗腐蚀性能较好的钢铁，硬度和耐磨性相对较弱。
合金钢是指通过添加合金元素来提高钢铁的性能，既具备较高的硬度和耐磨性，又具有一定的韧性。
而陶瓷则是一种硬度极高的材料，但韧性较差。
综合考虑以上几种材料的性能，我们可以得出结论，合金钢是最适合做刀的材料。
合金钢通过添加合金元素，既能够提高硬度和耐磨性，又能够保持一定的韧性，因此在刀具制造领域得到了广泛应用。
合金钢刀具不仅具有较高的切削性能，而且在使用过程中不易断裂，使用寿命较长，因此深受消费者的青睐。
当然，针对不同的使用场景和需求，还可以选择其他材料来制作刀具。
比如在一些特殊的环境下需要抗腐蚀性能较好的刀具，可以选择不锈钢材料；在一些对刀具硬度要求较高的场合，可以选择碳素钢或陶瓷材料。
因此，在选择刀具材料时，需要根据实际需求来综合考虑材料的硬度、耐磨性和韧性等性能。
综上所述，合金钢是最适合做刀的材料，它具备较高的硬度、耐磨性和韧性，能够满足刀具在使用过程中的各项要求。
当然，在实际选择刀具时，还需要根据具体的使用场景和需求来进行综合考虑，以选择最适合的刀具材料。
希望本文能够帮助大家更好地了解刀具材料的选择，为大家的生产生活提供一些参考。
刀具材料及选用
钨钴类YG 钨钛钴类YT
用钼Mo/镍Ni/钴Co等将 WC/TiC/TaC粘合烧结而成,耐 热、高硬、但韧性差、加工性 差。HRC80,Vc =（4~10）V高速.
钨钛钽（铌）钴类YW
纯氧化铝类（白色陶瓷） 高硬HRC78 、耐热, 抗弯性差、韧性差，
TiC添加类（黑色陶瓷）
抗冲击能力差，易 崩刃。
63
28
9
76
14
10
82
8
10
75
12
13
68
15
17
密度
10.7 11.9 13.1 12.7 12.5
硬度
1600 1500 1450 1400 1300
抗弯 强度
1300 1500 1750 1950 2200
抗压 强度
4600 1800 5000 4900 4000
弹性 模量
530 540 560 560 520
刀具切削部分的材料在切削时要承受很大的切削力和冲击力，因此刀具材料 必须要有足够的强度和韧性，一般用刀具材料的抗弯强度σb表示它的强度 大小，用冲击韧度σk表示其韧性的大小。它们反映刀具材料抵抗脆性断裂 和崩刃的能力
刀具材料的耐磨性是指抵抗磨损的能力，一般来说，刀具材料的硬度越高， 耐磨性越好；耐热性通常用材料在高温下保持较高硬度的性能来衡量，即红 硬性，耐热性越好，刀具材料在切削过程中抗变形和抗磨损的能力就越强
及 刀 具 的 选
由于高温合金、不锈钢等难加工材料中含有钛，且热导率 低，所以切削温度高，并容易产生冷焊，因而要求刀具中不 含钛，并具有良好的导热性。这说明切削上述难加工材料选 用不含钛的WC-Co合金并采用较低的切削速度较为合适。
用 显然，精加工时宜选用含钴少、硬度高的合金，如YG3或
数控机床刀具的选择
（2）硬质合金（Cemented Carbide）
1)普通硬质合金
①钨钴类（YG）
WC+Co，强度好，硬度和耐磨性较差， 用于加工脆性材料、有色金属和非金属 材料。常用牌号：YG3、YG6、YG8、 YG6X。数字表示Co的百分含量， Co多 韧性好，用于粗加工； Co少用于精加 工。
2)新型硬质合金 ①钨钛钽（铌）钴类
在YG类中添加 TaC 或 NbC，可提高 高温硬度、强度、耐磨性。用于加工 难切削材料和断续切削。
②通用合金（YW）
在YT类中添加合金，可提高抗 弯强度，冲击韧性，耐热性及高 温强度，抗氧化性等。
（3）新型刀具材料
① 涂层刀具
刀具基体材料上涂一薄层耐磨性 高的难熔金属化合物而得到的刀具材 料.
具 装三面刃铣刀
装面铣刀
M
装有扁尾莫氏锥柄刀具
TQW
倾斜式微调镗刀
XDZ
装直角端铣刀
G C 规格
攻螺纹夹头
TQC
倾斜式粗镗刀
XD
装端铣刀
切内槽工具
TZC
直角形粗镗刀
用数字表示工具的规格，其含义随工具不同而异。有些工具该数字为轮廓尺寸D-L；有些工具 该数字表示应用范围。还有表示其他参数值的，如锥度号等。
②钨钛钴类（YT）
TiC+WC+Co类（YT）：常用牌号有YT5、 YT14、YT15、YT30等。此类硬质合金硬度、 耐磨性、耐热性都明显提高，但韧性、抗冲 击振动性差，主要用于加工钢料,不宜加工脆 性材料。含TiC量多，含Co量少，耐磨性好， 适合精加工；含TiC量少，含Co量多，承受 冲击性能好，适合粗加工。
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
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。
常用刀具材料的性能及应用
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。
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2.2 常用刀具材料
2.2.1 高速钢刀具材料 高速钢是高速工具钢的简称，是在钢中加入较多的
钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。表2.2列出 了几种常用高速钢的力学性能。
高速钢特点：工艺性好，具有较高的硬度和耐磨性、 良好的耐热性、高的强度和韧性，切削速度高。与硬质合 金及陶瓷相比，一是具有较好的强度韧性；二是具有较好 的制造工艺性。主要用来制造钻头、丝锥、板牙、拉刀、 齿轮刀具和成形刀具等形状复杂的刀具。可加工碳钢、合 金钢、有色金属、铸铁等多种材料。
W9Mo3Cr4V是另一钼系类牌号的普通高速钢，简称 W9，具有较好的抗弯强度、冲击韧度、热塑性、热稳定
第二章 刀具材料及其合理选用4
性和磨削加工性比，表面粗糙度值也小，可用于制造锯 条、钻头、拉刀、铣刀和齿轮刀具等各种刀具；加工钢料 时，刀具寿命比W18和M2都有一定的提高。 （2）高性能高速钢。主要用于加工高温合金、钛合金、 不锈钢、高强度钢等难加工的材料。常见的有以下几种。 ① 高碳高速钢。典型牌是9W18Cr4V，简称9W18，适 合制作耐磨性要求高的铰刀、锪钻和丝锥等刀具，也可用 于切削奥氏体不锈钢。但不能承受大的冲击。 ② 铝高速钢。典型牌号是W6Mo5Cr4V2Al（简称501） 和W10Mo4Cr4V3Al（简称5F6），其切削性能与M42相 当，刀具寿命比W18高，而价格却相差不多。因含钒量
第二章 刀具材料及其合理选用5
多，其磨削加工性较差，且过热敏感性强，氧化脱碳倾向 较大，使用时要严格掌握热处理工艺。 ③ 钴高速钢。典型牌号是W2Mo9Cr4VCo8，简称M42， 其适合制作加工高温合金、钛合金及其他难加工材料的高 速钢刀具。 ④ 高钒高速钢。典型牌号是W6Mo5Cr4V3，简称M3，适 合制作加工硬橡胶、塑料等对刀具磨损严重的刀具材料， 以及低速薄切屑精加工刀具，如拉刀、铰刀和丝锥等。高 钒高速钢具有较长的寿命，其主要缺点是磨削加工性差。 （3）粉末冶金高速钢。是将熔融的高速钢钢水置于保护 气罐中，用高压氩气或纯氮气使其雾化成细小粉末，然后
第二章 刀具材料及其合理选用3
（1）普通高速钢常用的种类如下。 ① 钨系高速钢。典型牌号是W18Cr4V，简称W18。具有 较好的综合性能。适合制作螺纹车刀、成形车刀、拉刀和 齿轮刀具等形状复杂的刀具。但强度和韧性低，不适合制 作大截面的刀具；热塑性较差，不适合制造热成形刀具。 ② 钼系高速钢。典型牌号是W6Mo5Cr4V2，简称M2，具 有较好的力学性能，适合制作承受较大冲击力的刀具、结 构比较薄弱的刀具和截面较大的刀具、各种热轧刀具和抵 抗冲击的刀具。但热处理易脱碳、易氧化和淬火温度窄等
第二章 刀具材料及其合理选用
2.1 刀具材料应具备的性能及刀具材料的种类
2.1.1 刀具材料应具备的性能 1．高硬度 2．良好的耐磨性 3．足够的强度和韧性 4．高耐热性 5．良好的导热性 6．良好的工艺性和经济性
第二章 刀具材料及其合理选用1
2.1.2 刀具材料的种类 刀具材料从碳素工具钢到今天的硬质合金和超硬材料
的出现，都是随着机床主轴转速提高、功率增大，主轴精 度的提高，机床刚性的增加而逐步发展的。同时由于新的 工程材料不断出现，也对切削刀具材料的发展起到了促进 作用。
目前金属切削加工中应用的刀具材料，碳素工具钢已 基本被淘汰，合金工具钢也很少使用，所使用的刀具材料 主要分为高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金 刚石5类。其主要物理力学性能如表2.1所示。
第二章 刀具材料及其合理选用7
2．硬质合金的种类、牌号、性能及选用 K类相当于钨钴类硬质合金，代号为YG，适用于加
工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，外包装 用红色标志。
P类相当于钨钛钴类硬质合金，代号为YT，适用于加 工长切屑的黑色金属，外包装用蓝色标志。
M类相当于钨钛钽钴类硬质合金，代号为YW，适用 于加工长、短切屑的黑色金属和有色金属，外包装用黄 色标志。常用硬质合金刀具材料的牌号及用途见下表。 （1）钨钴类硬质合金（YG）。常用牌号有YG3X、 YG6 YG6X、YG8等。牌号中的数字表示含钴量的百分比，含 钴量越多，其韧性就越大，抗弯强度就越高，但其硬度和
第二章 刀具材料及其合理选用8
耐磨性则降低。适用于切削铸铁、有色金属及其合金，以 及非金属材料和含Ti元素的不锈钢等工件材料，其中YG3 适用于精加工，YG8适用于粗加工，YG6适用于半精加工 （2）钨钛钴类硬质合金（YT）。常用牌号有YT5、YT15 YT14、YT30。牌号中的数字表示含碳化钛量的百分比， 含碳化钛量越多，其韧性和抗弯强度下降，但其硬度增大 适宜于加工塑性材料，其中YT30适用于精加工钢材，YT5 适用于粗加工塑性较大的材料，YT15适用于半精加工钢材 （3）钨钛钽钴类硬质合金（YW）。是一种既能加工钢， 又能加工铸铁和有色金属及其合金，通用性较好的刀具材 料。常用的牌号有YW1、YW2等。
第二章 刀具材料及其合理选用9
第二章 刀具材料及其合理选用10
③ Al2O3涂层刀片。刀具在高温下切削时宜涂Al2O3。 除上述的单涂层外，还可以采用TiC-TiN、TiC-Al2O3、
TiC-Al2O3-TiN等双涂层或多涂层，其性能优于单涂层。 涂层刀片广泛用于各种钢料、铸铁的精加工和半精加工， 负荷较轻的粗加工。涂层刀具的缺点是刀刃的锋利程度和 抗剥落能力不及未涂层的刀具，所以不宜小进给量加工高 硬度材料和重载切削。
第二章 刀具材料及其合理选用6
将粉末在高温和高压下压制成细密的钢坯，最后将钢坯 锻轧成刀具形状。它具有强度和韧性较高、磨加工性 好、耐磨性好、淬火变形小等优点。适合制作切削难加 工材料的刀具、各种精密刀具和形状复杂的刀具。
2.2.2 硬质合金刀具材料 1．硬质合金的组成和特点
硬质合金是用粉末冶金的方法制成的，它是由高硬 度、高熔点的金属碳化物的微粉和金属黏结剂，在高压 下压制成形，并在1 500℃的高温下烧结而成。能加工包 括淬硬钢在内的多种材料。多用于制造刀片。