第二章刀具材料课件

（一）高的硬度和良好的耐磨性 （二）足够的强度和韧性 （三）高的耐热性 （四）良好的工艺性与经济性
4
5
二、 刀具材料的类型
刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶 瓷、超硬材料五大类。 各类刀具材料硬度与韧性。见图2-1。 其主要力学物理性能见表2 -1。 但目前应用最多的是高速钢和硬质合金。据统计， 我国目前高速钢用量约占刀具的60％以上，硬质 合金的用量约占30％以上，随着难加工材料应用 的增加，陶瓷刀具和超硬刀具材料的使用量日益 增长。
专业化
16
17
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。
于轧制或扭制钻头等热成形刀具。其主要缺点是可磨削性略
低于W18Cr4V。
26
2.3 高 速 钢

二. 高性能高速钢 高性能高速钢是在普通高速钢成分中再添加一些C、V、 Co(钴)、Al(铝)等合金元素，进一步提高耐热性能和耐磨性。 这类高速钢刀具的耐用度为普通高速钢的1.5～3倍。
应用：加工不锈钢、耐热钢、钛合金及高强度钢等难加
38
第五节 超硬刀具材料
39
第五节 超硬刀具材料
（一）金刚石
分为人造和天然两种，是目前已知最硬的， 硬度约为HV10000,故其耐磨性好，不足之处是 抗弯强度和韧性差，对碳的亲和作用大，故金 刚石刀具不能加工含碳的黑色金属；高温时， 金刚石中的碳与铁族金属发生扩散反应，易脱 碳，刀具急剧磨损，不宜加工纯铁和低碳钢。 在800℃时，碳易转变为石墨，失去硬度。 金刚石价格昂贵，刃磨困难，应用较少。主 要用作磨具及磨料，有时用于修整砂轮。宜于 加工有色金属。
我国研制的无钴高速钢，是在W6Mo5Cr4V2的基础上增加铝、
碳的含量，以提高钢的耐热性和耐磨性，并使其强度和韧性

不降低。 三. 粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢：是将熔炼的高速钢液用高压惰性气 体雾化成细小粉末，将粉末在高温高压下制成刀坯，或压制 成钢坯然后经轧制(或锻造)成材的一种刀具材料。 特点：与熔炼高速钢相比，由于碳化物细小，分布均 匀，热处理变形小，因此粉末冶金高速钢耐磨性好和可磨削 性均得到显著改善。 应用：适于制造切削难加工材料的刀具，特别适于制 造各种精密刀具和形状复杂的刀具。 28

（一）主要性能
30
（二）分类
钨钴类硬质合金（YG） 钨钴钛类硬质合金（YT） 添加稀有金属硬质合金（YA、YW） 碳化钛基硬质合金（YN）
硬质合金
1、钨钴类硬质合金K类（YG）： WC + Co ①常用牌号：YG3、YG6、YG8（3、6、8、代表Co含量占3%、6%、8%） ②应用：

YG3（精加工）
18
第二节 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。
高分类
普通=通用
高性能=高生产率
21
22
23
24
2.3 高 速 钢

常用高速钢材料的分类与性能及应用 分类：普通高速钢、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。
一. 普通高速钢
40
（二）立方氮化硼
它是一种人工合成的新型刀具材料。它是 立方氮化硼在高温、其硬度很高，可达8000～ 9000HV,仅次于金刚石，并具有很好的热稳定 性，可承受1000℃以上的切削温度，它的最大 的优点是在高温1300℃时也不会与铁族金属起 反应。因此既能胜任淬火钢、冷硬铸铁的粗车 和精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬 质合金及其他难加工材料的高速切削。
6
图2-1 各类刀具材料硬度与韧性
7
8
70HRC ‖ 86.6HRA ‖ 1040HV
HV= 233HRC+14500 100-HRC
9
表2 常用硬质合金的力学性能和物理性能
10
11
12
三、 刀体材料
碳钢、合金钢、合金工具钢
13
14
15
三高一专的 先进刀具 高精度 高效率
高可靠性
33
不同硬质合金牌号的性能和应用范围见表2 —3。
2-3
34
TiC62%
35
三、细晶粒、超细晶粒合金 硬度、抗弯强度提高，耐磨，减少崩刃
四、钢结硬质合金
WC、TiC做硬质相，高速钢做粘结相，可热处理。
36
五、 涂层硬质合金的选用
涂层硬质合金是采用韧性较好的基体（如硬质合金刀片 或高速钢等），通过化学气相沉积和真空溅射等方法，对 硬质合金表面涂层厚度为5～12μm的涂层材料以提高刀具 的抗磨损能力。
《金属切削原理与刀具》
第二章 刀具材料
内容安排
刀具材料应 具备的性能
概述
刀具材料
其他刀具材料
常用刀具材料
2
第一节 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。
3
一、刀具材料应具备的性能
YT5（粗加工）

YT14、YT15（半精加工） 耐磨性↑ 耐磨性↓ 脆性↑ 脆性↓
YT30（精加工） 韧性↓ 韧性↑
TiC含量↑ TiC含量↓

硬度↑ 硬度↓
主要用于加工钢材及有色金属，一般不用与加工含Ti的材料,如 1Cr15Ni9Ti,Ti与Ti的亲合力较大，使刀具磨损较快。
32
3、添加稀有金属硬质合金M类（YW） 钨钽（铌）钴类硬质合金和钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW）， 是 在 钨 钴 类 硬 质 合 金 （ YG ） 或 钨 钴 钛 类 硬 质 合 金 （ YT ） 中 加 入 TaC(NbC),可提高其抗弯强度、疲劳强度和冲击韧性，提高合金的高温硬 度和高温强度，提高抗氧化能力和耐磨性。这类合金可以用于加工铸铁 及有色金属，也可用于加工钢材，因此常成为通用硬质合金，他们主要 用于加工难加工材料。 4、碳化钛基硬质合金（YN ) ( WC+TiC)+ Ni、Mo做粘接剂 这种合金有很高的耐磨性，有较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳 定性好，与工件材料的亲合力小，抗粘结能力较强。主要用于钢材、铸 铁的精加工、半精加工和粗加工。
涂层材料为TiC、TiN、Al2O3 等。适合于各种钢材、铸
铁的半精加工和精加工，也适合于负荷较小的精加工。
37
第四节 陶瓷
陶瓷材料主要是以氧化铝（Al2O3 ）或氮化硅（Si3N4 ）等 为主要成分，经压制成型后烧结而成的刀具材料。陶瓷的硬度 高，化学性能稳定，耐氧化，所以被广泛用于高速切削加工中 。陶瓷刀具和传统硬质合金刀具相比，具有以下优点： 优点：有很高的硬度和耐磨性；有很好的耐热性，在 1200℃高温下(58HRC)仍能进行切削；有很好的化学稳定性和 较低的摩擦系数，抗扩散和抗黏结能力强。 缺点：强度低、韧性差，抗弯强度仅为硬质合金的 1/3～1/2；导热系数低，仅为硬质合金的1/5～1/2 应用：钢、铸铁及塑性大的材料(如紫铜)的半精加工和 精加工，对于冷硬铸铁、淬硬钢等高硬度材料加工特别有效； 但不适于机械冲击和热冲击大的加工场合。
四. 涂层冶金高速钢
是用物理气相沉积方法，在刀具表面 形成TiN,厚0.002，摩擦系数降低。 多种涂层等。 此外涂层：TiN 、TiC、TiCN TiAlCN、 AlTiN、TiAlCN
29
第三节 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）
41
金刚石砂轮
42
激光金刚石切割片
43
电镀金刚石砂轮
44
作 业
2-2 2-6 2-9 2-10

P36
45
特点：工艺性能好，具有较高的硬度、强度、耐磨性和 韧性。可用于制造各种刃形复杂的刀具。切削普通钢料时的 切削速度通常不高于40m/min～60m/min。 普通高速钢又分为钨系高速钢和钨钼系高速钢两类。 (1) 钨系高速钢。这类高速钢的典型牌号为W18Cr4V， 含C量为0.7%～0.8%，含W18%，Cr4%、V1%。此类高速
钢综合性能较好，可制造各种复杂刃型刀具。
25
2.3 高 速 钢

(2) 钨钼系高速钢。它是以Mo代替部分W发展起来的一
种高速钢，典型牌号是W6Mo5 Cr4V2(简称M2)，含碳量为 0.8%～0.9%，含W6%、Mo5%、Cr4%、V2%。

与W18Cr4V相比，优点是碳化物含量相应减少，而且颗 粒细小分布均匀，因此抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性都略 有提高，适于制造尺寸较大、承受冲击力较大的刀具(如滚 刀、插刀)；又因Mo的存在，使其热塑性非常好，故特别适
工材料。 (1) 钴高速钢(W2Mo9Cr4VCo8，简称M42)。这是一种 含Co超硬高速钢，常温硬度达67HRC～69HRC，具有良好的 综合性能。Co能提高高温硬度，相应地提高了切削速度，因
V含量不高，可磨性良好。
27
2.3 高 速 钢
(2) 铝高速钢(W6Mo5Cr4V2Al，简称501)。铝高速钢是
YG6（半精加工） YG8（粗加工） 强度↑ HRC↓ 耐磨性↓
Co的含量↑

韧性↑
Co的含量↓ 韧性↓ 强度↓ HRC↑ 耐磨性↑ 脆性↑
主要用于加工铸铁、青铜等脆性材料，不适合加工钢料，因为在640℃时发生严重 粘结，使刀具磨损，耐用度下降。

31

2、钨钴钛类硬质合金P类（YT）：硬质相（WC+TiC）+粘结相（Co） ①常用牌号：YT5、YT14、YT15、YT30（数字表示TiC的百分含量） ②应用：