刀具材料具备的性能
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。
第二章 刀具材料题解
第二章刀具材料2．1 必备知识和考试要点2．1．1 刀具材料应具备的性能1。
了解刀具切削过程的工作环境。
2．熟悉刀具材料应具备的性能。
2．1．2 高速钢1．熟悉高速钢的基本性能和应用范围。
2．了解通用型高速钢、高性能高速钢主要牌号和数字的含义。
2．1．3 硬质合金1．熟悉硬质合金的特点，能区别硬质合金与高速钢的不同性质和应用特点。
2．熟悉各类硬质合金牌号的含义。
3．根据已知的工件材料、加工条件，正确地选用硬质合金牌号。
2．1．4 其他1．了解涂层刀具材料的性能及应用范围。
2．熟悉陶瓷、金刚石、立方氮化硼刀具材料的性能及应用范围。
2．2 典型范例和答题技巧[例2．1] 根据刀具工作的条件说明刀具材料应具备的性能。
[答案] 刀具在切削时，要承受很大的压力和很高的切削温度，有时还要承受冲击、振动。
所以刀具材料应满足以下要求：(1)高的硬度和耐磨性。
硬度是刀具材料应具备的基本特性。
刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度高。
切削金属所用刀具的切削刃的硬度，一般都在60HRC以上。
耐磨性是材料抵抗磨损的能力。
要保证刀具有足够的使用寿命，刀具材料应具有很好的耐磨性。
(2)足够的抗弯强度和韧性。
要使刀具在承受很大压力和在切削过程中通常出现的冲击和振动的条件下正常工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。
(3)高的耐热性(热稳定性)。
耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。
它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。
刀具材料的高温硬度愈高，则刀具的切削性能愈好，允许的切削速度也愈高。
除高温硬度外，刀具材料还应具有在高温下抗氧化的能力以及良好的抗粘结和抗扩散的能力，即刀具材料应具有良好的化学稳定性。
(4)良好的热物理性能和耐热冲击性能。
刀具材料的导热性愈好，切削热愈容易从切削区散走，有利于降低切削温度。
刀具在断续切削(如铣削)或使用切削液切削时，常常受到很大的热冲击(温度变化剧烈)，使刀具内部产生裂纹而导致断裂。
各种刀具常用钢材性能特点比较
1、440C钢在硬度58HRC的前提下，耐磨度为0.5，韧度为1.25，防锈性为7.4。
2、BG42钢在硬度60HRC的前提下，耐磨度为2，韧度为1.25，防锈性为7.6。
3、3V钢在硬度63HRC的前提下，耐磨度为1.5，韧度为4，防锈性为8。
4、10V钢在硬度63HRC的前提下，耐磨度为5.25，韧度为1，防锈性为5.8。
5、ZDP189钢在硬度68HRC的前提下，耐磨度为4，韧度为1，防锈性为6。
6、20CV钢在硬度60HRC的前提下，耐磨度为3，韧度为1.25，防锈性为10。
7、M2钢在硬度63HRC的前提下，耐磨度为1.2，韧度为1，防锈性为1。
8、A11钢在硬度63HRC的前提下，耐磨度为10，韧度为1.1，防锈性为1。
9、154CM钢在硬度60HRC的前提下，耐磨度为0.9，韧度为1.21，防锈性为7.7。
10、ATS34钢在硬度60HRC的前提下，耐磨度为1.1，韧度为1.25，防锈性为6.8。
11、S30V钢在硬度60HRC的前提下，耐磨度为1.5，韧度为1.23，防锈性为8。
常用刀具钢材特性“不锈钢”这个词常常让人误解，因为事实上没有钢材是不生锈的，生锈会在钢材上留下污点，并使刀具状态欠佳。
熔炼时在钢材中加入铬，并降低碳的含量，就可以使其成为“不锈钢”。
有些专家认为，不锈钢的表现具有矛盾性：增多铬减少碳能增强抗锈能力，但也使刀刃更难于打磨锋利，刀锋持久性也会降低。
但我们发现多数的不锈钢刀刃能够于其它材料的刀刃一样锋利，且持久性也一样。
7Cr17Mo系列军工钢材）：含碳（C）0.68-0.75%、含铬（Cr）16.7-17.5%，含钼（Mo）0.5%等成份组成；经过油淬火处理后，硬度可达到58-60HRC。
该钢质系列产品特点：更坚硬更锋利、持久、防锈、韧性高420J2: （Cold Stee公司出品）由于其低碳高铬的组成，是这种钢材成为制作坚韧抗震刀刃的决佳选择，同时还具有很好的抗腐蚀能力与不错的刀锋保持性。
刀具材料基本要求及种类代号用途
刀具材料基本要求及种类代号用途一、刀具材料对切削部分的基本要求1、切削性能方面（1）高硬度和耐磨性好刀具材料应比被切削加工工件材料的硬度高，一般硬度指标均达HRC60以上。
耐磨性是材料抵抗磨损的能力，一般地说，刀具材料硬度愈高则耐磨性愈好。
（2）有足够的强度和韧性强度和韧性是衡量刀具在切削过程中承受各种应力和冲击的能力，一般用抗弯强度和冲击韧度来表示。
（3）有高耐热性和良好的导热性。
2、工艺性能方面有良好的工艺性能如热处理性能好、磨削性能好、热处理工艺性能好、锻造性、焊接性能好。
二、刀具材料的种类、牌号、规格用途和性能1、碳素工具钢是含碳量较高的优质钢。
优点是淬火后硬度较高，可达HRC61～HRC 65,且价格低廉。
缺点是不耐高温，在200℃～250℃即失去原来的硬度，耐磨性差，淬透性差。
用于制造低速手用工具。
如锉刀、锯条、简易冲模剪切刀片等。
常用牌号有T10、T10A、T12、T12A锉刀锯条2、合金工具钢是在碳素工具钢中加入一定量的铬（Cr) 钨(W)锰(Mn)等合金元素，以提高材料的耐热性、耐磨性的韧性。
其淬透性较好，热处理变形小。
淬火硬度可达HRC61～HRC 65,能耐350℃～400 ℃的高温。
可用来制造形状比较复杂、要求淬火后变形小的刀具，如铰刀、拉刀等。
常用牌号有9SiCr、CrWMn等。
铰刀拉刀3、高速钢是含W和Cr较多的合金工具钢。
常用的牌号有W18Cr4V 和W9Cr4V2，能在600 ℃左右的高温下保持硬度，淬火后硬度可达HRC62～HRC65.用来制造形状复杂的特殊刃具，如铣刀、钻头等。
锥柄钻头柱柄钻头立铣刀4、硬质合金主要成分是碳化钨WC和钴Co.硬度可达HRA89～HRA 93.在900℃～1000 ℃内仍能进行正常切削，切削速度比高速钢高4-10倍。
目前国产硬质合金分两类：一类是由WC和Co组成的钨钴类，即K类（YG 类）；一类是由WC、TiC和Co组成的钨钛钴类，即P类（YT类）。
户外刀具钢材性能对比
户外刀具钢材性能对比“不锈钢”这个词常常让人误解，因为事实上没有钢材是不生锈的，生锈会在钢材上留下污点，并使刀具状态欠佳。
熔炼时在钢材中加入铬，并降低碳的含量，就可以使其成为“不锈钢”。
有些专家认为，不锈钢的表现具有矛盾性：增多铬减少碳能增强抗锈能力，但也使刀刃更难于打磨锋利，刀锋持久性也会降低。
但我们发现多数的不锈钢刀刃能够于其它材料的刀刃一样锋利，且持久性也一样。
刀具钢材对刀的影响程度：钢是铁、碳和少量其它元素的合金。
不锈钢或者10.5%或以上铬金含量的抗腐蚀性合金钢是该类金属的通用术语。
应该记住不锈钢并不是说这种地钢材不生锈或不会被腐蚀，而只不过是它比不含铬的合金的耐腐蚀性能强得多。
除了铬金属之外，其它金属元素如镍、钼、钒等也可以加入合金中用于改变合金钢的性能，从而生产出不同等级、不同性能的不锈钢。
因应用目的和场所的不同，仔细挑选性能最为合适的不锈钢所制造的刀具，对于你特定工作的效率和成功至关重要。
刀具中不同金属元素带来的优点。
简单地说：钢就是铁和碳的合金。
其它成分是为了使钢材性能有所区别。
以下以字母顺序列出重要的钢材，他们包含以下成分：碳（Carbon)-存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。
有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.5%以上的碳，也成为高碳钢。
目前，比较好的高碳钢，其碳的含量都超过1%，比如世界顶级的N690CO高碳钢，其碳的含量就超过了1.2%。
]铬（Chromium)-增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。
尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈的。
所以目前世界的顶级钢材，一般都是高碳高钴钢。
上面提及的N690O,其钴的含量就超过1.5%。
锰（Manganese）-重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、及耐磨损性。
在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。
刀具材料及刀具构造
金切基础：刀具材料及刀具构造刀具是由切削部分和夹持部分组成。
夹持部分是用来将刀具夹持在机床上的部分，要求它能保证刀具正确的工作位置，传递所需要的运动和动力，并且夹固可靠，装卸方便。
切削部分是刀具上直接参加切削工作的部分，刀具切削性的优劣，取决于切削部分的材料、角度和结构。
一.刀具材料1.对刀具材料的基本要求刀具材料是指切削部分的材料。
它在高温下工作，并要承受较大的压力、摩擦、冲击和振动等，因此应具备以下基本性能。
（1）较高的硬度刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，常温硬度一般在60HRC以上。
（2）有足够的强度和韧性，以承受切削力、冲击和振动。
（3）有较好的耐磨性，以抵抗切削过程中的磨损，维持一定的切削时间。
（4）较高的耐热性，以便在高温下仍能保持较高硬度，又称为红硬性或热硬性。
（5）有较好的工艺性，以便于制造各种刀具。
工艺性包括锻造、轧制、焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能等。
目前尚没有一种刀具材料能全面满足上述要求。
因此，必须了解常用刀具材料的性能和特点，以便根据工件材料的性能和切削要求，选用合适的刀具材料。
2. 常用的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、硬质合金及陶瓷材料等。
（1）碳素工具钢含碳量较高的优质钢，淬火后硬度较高、价廉，但耐热性较差。
（2）合金工具钢在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素，形成合金工具钢。
常用来制造一些切削速度不高或手工工具，如锉刀、锯条、铰刀等。
目前生产中应用最广的刀具材料是高速钢和硬质合金。
（3）高速钢它是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。
它的耐热性、硬度和耐磨性虽低于硬质合金，但强度和韧度却高于硬质合金，工艺性较硬质合金好，而且价格也比硬质合金低。
W18Cr4V是国内使用最为普遍的刀具材料，广泛地用于制造各种形状较为复杂的刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具等。
（4）硬质合金它是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC等）作基体，以金属Co等作粘结剂，用粉末冶金的方法而制成的一种合金。
6种数控刀具的种类、性能、特点、应用专业知识
6种数控刀具的种类、性能、特点、应用专业知识先进的加工设备与高性能的数控刀具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。
随着刀具材料迅速发展，各种新型刀具材料，其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。
一.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;磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。
二.刀具材料的种类、性能、特点、应用1.金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用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。
⑴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。
②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛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。
刀具材料与工件材料的力学性能匹配
刀具材料与工件材料的力学性能匹配力学性能主要指的是刀具和工件的强度、韧性及硬度等参数。
各种刀具材料按照抗弯强度由强到弱的顺序排列，依次为：高速钢＞硬质合金＞陶瓷刀具＞石和立方氮化硼刀具；按照韧性从高到低顺序排列，依次为高速钢＞硬质合金＞立方氮化硼、石和陶瓷刀具；按照硬度由高到低顺序排列，依次为石刀具＞立方氮化硼刀具＞陶瓷刀具＞硬质合金＞高速钢Q 刀具监控由于力学性能存在差异，刀具才能适应各种不同工件材料的加工需求。
刀具的硬度必须要高于它要加工的工件硬度，因此高硬度的工件材料，必须要用更高硬度的刀具才能进行加工。
通常，刀具材料的硬度越高，其耐磨性也就越好，但是强度和韧性一般不会与硬度（即耐磨性）同时表现高优，就如鱼和熊掌不可兼得的关系。
高强度和高韧性的刀具，硬度（耐磨性）通常较低，一般被安排用于粗加工和半精加工，如高速钢和钻含量高的硬质合金刀具；而高硬度（高耐磨性）的刀具，强度和韧性相对较低，一般被用于精加工和高精密加工，如低钻含量硬质合金、立方氮化硼、石和陶瓷刀具。
刀具材料硬度与韧性的关系另外，同时在强度、韧性、硬度方面表现都优秀，具备强大综合高温力学性能的刀具，特别是近几年来，刀具业界科研人员创新性地在硬质合金材料中添加了超级合金（也叫高温合金）中的关键耐高温组元，不仅具有抗塑性变形能力,的抗冲击性能，还兼具更高红硬性的超级硬质合金材质刀具，是M类（不锈钢：不锈钢、铸钢）和S类（难加工材料：高速钢、特殊合金钢、耐热不锈钢、高温合金、难熔合金）工件粗、半精、精加工的**,其切削质量和使用寿命可比普通硬质合金刀具提高一倍以上。
而具有优良的高温力学性能（特指红硬性），在高速切削下有很好的红硬性和抗月牙洼磨损能力的刀具，则是高速切削的**之选，如TiCN基金属陶鎏刀具就具有上述优点，能够以很高的速度进行切削，其允许的切削速度可以比硬质合金刀具高2到10倍，适合P、M、K类（钢、不锈钢、铸铁）材质工件的高速精加工、半精加Xo。