刀具材料：硬质合金
硬质合金切削刀具材料介绍和基本知识
1.5 碳化物的一些主要性质
碳化物 晶格类型
Cr3C2 Mo2C WC
VC NbC TaC TiC ZrC HfC
斜方晶格 密排六方 简单六方 面心立方 面心立方 面心立方 面心立方 面心立方 面心立方
密度 g/cm3 6.68 9.18 15.7 5.36 7.56 14.48
WC-TiC-TaC（NbC）-Co硬质合金
在WC-TiC-Co硬质合金中加入适当的TaC，可提 高其抗弯强度（显著增加刀刃强度）、疲劳强度 和冲击韧性，提高耐热性、高温硬度、高温强度 和抗氧化能力，提高其耐磨性，增加抗月牙洼磨 损和抗后刀面磨损能力。这类合金兼有WC-TiCCo及WC-TaC-Co合金的大部分最佳性能，它既 可用于加工钢料（主要用途），又可用于加工铸 铁和有色金属，故常被称为通用合金（代号 YW）。这类合金通常用于加工各种高合金钢、 耐热合金和各种合金铸铁、特硬铸铁等难加工材 料。如果适当提高含钴量，这类硬质合金便具有 更高的强度和韧性，可用于对各种难加工材料的 粗加工和断续切削。
几种材料的物理机械性能
材料
熔点 密度 (°C) (g/cm³)
硬度 (HV)
弹性模量 抗高温 (kN/mm²) 氧化性能
TiC
3067 4.93
3200
470
TiN
2950 5.40
2500
590
Al2O3
2047 3.98
2100
400
硬质合金
1400~1800
高速钢 1500 7.8
900
一般 一般 很好
4.9 6.73 12.2
显微硬度 弹性模量 导热率
硬质合金性能特点
本文摘自再生资源回收-变宝网（）
硬质合金性能特点
硬质合金是由难熔金属硬质化合物(WC、TiC、TaC、NbC)为硬质相和金属钻为粘结相，经过粉末冶金制成的一大类刀具材料。
由于硬质合金中的碳化物熔点高(2400～31400C)、硬度高(1800—3200HV)、弹性模量高(291～710GPa)、化学稳定性好和热稳定性好，其硬度、耐磨性和耐热性，都远高于高速钢。
硬质合金的硬度为89～94HRA(74～83HRC)，大大高于高速钢的硬度83～86、5HRA(62～70HRC)。
硬质合金的耐热性为800～1000℃，远远高于高速钢的耐热性600～650℃。
硬质合金在1000～1100℃时还能保持73～76HRA的硬度。
由于硬质合金的常温硬度和高温硬度高，它的耐磨性和切削速度分别比高速钢高15～20倍和4一10倍。
它的抗弯强度一般为900～2200MPa。
由
于科技的进步，有的硬质合金的抗弯强度可达3500～4000MPa，达到或高于高速钢的抗弯强度，可以制造小直径钻头、立铣刀和薄的大直径锯片铣刀及各种丝锥。
用硬质合金刀具取代高速钢刀具，是切削刀具发展的趋势，这也是数控机床广泛应用的结果。
据有关资料介绍，硬质合金刀具占整个切削刀具的80%以上，可见它的性能优良。
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硬质合金硬质合金刀具材料
硬质合金硬质合金刀具材料
C、Ti
C、Ta
C、NbC等)，用Co、Mo、Ni等元素充当粘结剂而制成的粉末冶金制品。
其常温硬度可达78-82HRC，能够在800-1000℃的高温下使用，允许的切削速度是高速钢的4-10倍。
但其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢低，因此很少做成整体式刀具。
在实际使用中，一般将硬质合金刀块用焊接或机械夹固的方式固定在刀体上。
常用的硬质合金有三大类：1、钨钴类硬质合金（代号为YG）由碳化钨和钴组成。
这类硬质合金韧性较好，但硬度和耐磨性较差，适用于加工脆性材料（如铸铁等）。
钨钴类硬质合金中含Co 越多，则韧性越好。
常用的牌号有：YG
8、YG
6、YG3，它们制造的刀具依次适用于粗加工、半精加工和精加工。
2、钨钛钴类硬质合金（代号为YT）由碳化钨、碳化钛和钴组成。
这类硬质合金耐热性和耐磨性较好，但抗冲击韧性较差，适用于切屑呈带状的钢料等塑性材料。
常用的牌号有YT
5、YTl
5、YT30等，其中的数字表示碳化钛的含量。
碳化钛的含量越高，则耐磨性越好、韧性越低。
这三种牌号的钨钛钴类硬质合金制造的刀具分别适用于粗加工、半精加工和精加工。
3、钨钛钽
（铌）类硬质合金（代号为YW）由在钨钛钴类硬质合金中加入少量的碳化钽（TaC）或碳化铌（NbC）组成。
它具有上述两类硬质合金的优点，其制造的刀具既能加工钢、铸铁、有色金属，也能加工高温合金、耐热合金及合金铸铁等难加工材料。
常用牌号有YWl和YW2。
硬质合金切削刀具的材料选择与表面涂层优化
硬质合金切削刀具的材料选择与表面涂层优化硬质合金切削刀具是现代制造业中广泛应用的工具，它能够高效地进行金属切削加工。
在选择硬质合金切削刀具的材料和优化表面涂层方面，存在着一系列的考虑因素。
本文将深入探讨硬质合金切削刀具材料选择和表面涂层优化的相关问题。
首先，硬质合金切削刀具的材料选择对其性能和寿命有着重要影响。
目前市场上常见的硬质合金切削刀具材料包括钨钛合金、钨钼合金、钨钨合金等。
这些材料具有高硬度、热稳定性和耐磨性的特点，能够满足各种切削加工的需求。
在选择硬质合金切削刀具材料时，应根据具体的切削材料和加工条件进行考虑。
不同材料的硬质合金切削刀具在不同切削材料和加工条件下的性能表现也有所不同。
钨钛合金切削刀具适用于加工碳钢、不锈钢等材料，具有优异的切削性能和较长的使用寿命；钨钼合金切削刀具适用于高硬度材料的切削加工，具有较好的耐磨性和耐热性；钨钨合金切削刀具适用于加工高温合金等材料，具有良好的耐磨性和抗蚀性。
其次，硬质合金切削刀具的表面涂层优化也是提高刀具性能和寿命的关键。
表面涂层能够提供刀具表面的硬度、抗磨性和耐热性，从而降低切削时的热失效和磨损。
常见的硬质合金切削刀具表面涂层包括涂层碳化物、涂层氮化物和多层复合涂层等。
涂层碳化物主要是利用碳化物材料进行表面改性，提高切削刀具的硬度和耐磨性；涂层氮化物主要是通过氮化处理，形成硬度更高的氮化物层，提高切削刀具的耐磨性和耐热性；多层复合涂层是通过在刀具表面层叠多种材料，并通过控制不同材料的厚度和组合，达到提高切削刀具性能的目的。
在进行硬质合金切削刀具表面涂层优化时，应根据切削材料、加工条件和切削过程中的磨损机理来选择合适的涂层类型。
以增加刀具的硬度和抗磨性为主要目标，选择碳化物涂层；以提高刀具的耐热性和耐磨性为主要目标，选择氮化物涂层。
同时，在选择涂层材料时，还应考虑成本、制备工艺和刀具几何形状等因素。
此外，刀具表面涂层的结构和性能也需要进行优化。
刀具材料：硬质合金讲解
切削速度（m/min）
500
200 100 50 20
碳素工具钢
1800 1850
10
合金工具钢 1900 1950 2000 年代
图10 刀具材料的发展与切削加工高速化的关系
1-1刀具材料的发展情况
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2.硬质合金
随着工业的发展需求，工具钢（碳素工具 钢、合金工具钢、高速钢）已经不能满足行业 对高效率加工、高质量加工和难加工材料的加 工要求，因此20世纪20到30年代行业领域发明 了钨钴钛类硬质合金。
①钨钴类硬质合金（YG）（WC+CO ）
②钨钛钴类硬质合金（YT）（ WC-TiC-CO） ③钨钽（铌）钴类硬质合金（YA）（ WC-TaC(NbC)-CO ） ④钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW）（ WC-TiC-Ni-Mo
）
以上四种硬质合金的主要成分都是WC，故统称为 WC 基硬质合金。
⑤碳化钛基类硬质合金（YN）
5
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2.1硬质合金的性能特点
硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、 TiC等）微粉和金属黏结剂（Co、Ni、Mo等）经高压成形 ，并在1500℃左右的高温下烧结而成的粉末冶金制品。 硬质合金的硬度高达 89～94HRA，耐磨性很好，能切 削淬火钢等硬度高的材料。 硬质合金的耐热性为 800～1000 ℃，切削速度可达 100 m/min 以上，但其抗弯强度低、韧性差、怕冲击和振动， 制造工艺性差。
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·
2.4新型硬质合金
1）细晶粒、超细晶粒硬质合金
2-8 超 细 晶 粒 整 体 硬 质 合 金 涂 层 精 密 铣 刀
特点：使用细晶 粒，加抑制剂， 采用新进的烧结 工艺，多用于YG 类合金，可以较 大提高硬度、耐 磨性、抗弯强度 和韧性。 可用于加工高硬 度难加工材料。
硬质合金刀具的型号、分类、用途
硬质合金刀具的型号、分类、用途型号1、整体硬质合金刀具类，包含麻花钻，铣刀，铰刀，镗刀,铣刀片,球头铣刀，锯片铣刀，锥度铣刀，光面塞规，圆棒及阶梯钻。
2、镶合金刀具类，包含铰刀、螺旋立铣刀，钻扩成型刀，汽车轮毂刀，三面刃，T型铣刀和各种成型刀。
3、可转位刀具类，包括硬质合金可转位立铣刀,可转位面铣刀，可转位燕尾铣刀和可转位三面刃。
4、高速钢刀具类，包括高速钢成型铣刀，左旋钻，球面铣刀，钴高速钢刀具及各种非标成型高速钢刀具。
5、行业专用刀具类，包含汽车行业专用刀、动员机行业专用刀、缝纫机行业专用刀、模具行业专用刀、纺机业专用刀和印制线路板行业专用刀。
硬质合金分类与用途－硬质合金分类及用途，直到国家标准正式发布之前，国内相关书本、杂志、资料中表述没有严格规范，通常按合金成份进行分类，用途表述则比较分散。
分类碳化钨基硬质合金：包括WC—Co、WC—TaC—Co、WC—TiC—Co、WC—TiC—TaC —Co、WC—Ti—TaC—NbC—Co等合金，这些合金均以碳化钨为主成份。
碳化钛基或碳氮化钛基硬质合金：通常以TiC或Ti（C、N）为基础成份，以Ni—Mo作粘结剂而组成的一种硬质合金。
这类硬质合金近几年又有许多新的进展，如含Ta、W等重金属元素的多元复式碳化物固溶体加入研制高性能Ti（C、N）基金属陶瓷等。
碳化铬基硬质合金：以Cr3C2为基，以Ni或Ni—W等作粘结剂而组成的硬质合金，通常用来作耐磨耐腐蚀零件，近几年还大量用于装饰品部件如表链等。
钢结硬质合金：以TiC或 WC为基，钢作粘结剂而组成的一种硬质合金，是一种可进行机加工和热处理的合金，是介于传统硬质合金与合金钢之间的一种工程材料。
涂层硬质合金：通常指在韧性的碳化钨基硬质合金基体上通过化学气相沉积或物理涂层方法，涂上几微米厚的TiC、TiN、Ti（C、N）、Al2O3之类的硬质化合物而生产的。
用途硬质合金具有一系列优良性能，用途十分广泛，随着时间推移用途还在不断扩大，主要用途分述如下：切削工具：硬质合金可用作各种各样的切削工具。
硬质合金 使用 注意事项
硬质合金使用注意事项
硬质合金是一种非常常见的工程材料，通常用于制造刀具、钻头、磨料等工具。
在使用硬质合金时，有一些注意事项需要牢记在心。
首先，要注意硬质合金的质量。
选择优质的硬质合金材料，可
以确保工具的耐磨性和耐用性。
其次，需要注意硬质合金的使用环境。
硬质合金在高温、高压、高速摩擦等恶劣条件下表现出色，但
在使用过程中要避免受到过大的冲击力，以免造成损坏。
另外，要注意合金工具的正确使用方法。
比如在使用硬质合金
刀具时，要选择合适的切削参数，避免过大的切削力和过高的温度，以免损坏刀具。
此外，定期对硬质合金工具进行保养和检查也是非
常重要的，及时发现并处理工具的磨损和损坏问题，可以延长工具
的使用寿命。
此外，还需要注意硬质合金的储存和保管。
硬质合金工具应该
储存在干燥通风的环境中，避免受潮和氧化。
在保管过程中要避免
硬质合金工具与其他金属材料发生碰撞，以免划伤表面或者产生裂纹。
总的来说，使用硬质合金工具时，需要注意选择优质材料、合理使用、定期保养和储存保管等方面，以确保工具的性能和使用寿命。
希望这些注意事项能够帮助你更好地使用硬质合金工具。
yd201硬质合金用途
yd201硬质合金用途
YD201硬质合金是一种常见的硬质合金材料，主要由钨、钴、
碳等元素组成。
它具有高硬度、耐磨、耐腐蚀等优良性能，因此在
工业生产中有着广泛的用途。
首先，YD201硬质合金常用于刀具制造。
由于其高硬度和耐磨性，YD201硬质合金被广泛应用于刀具的制造，包括钻头、铣刀、
车刀、刨刀等各种切削工具。
这些刀具在加工金属、木材、塑料等
材料时能够保持较长的使用寿命和稳定的加工质量。
其次，YD201硬质合金还常用于矿山工具和石油钻采设备。
在
采矿和石油钻探过程中，需要使用具有高耐磨性和强度的工具和设备。
YD201硬质合金因其耐磨、耐腐蚀的特性，常被用于制造矿山
钻头、钻具、石油钻头等工具和设备，以满足对于耐磨性能的要求。
此外，YD201硬质合金还被广泛应用于模具制造。
模具在工业
生产中起着至关重要的作用，而YD201硬质合金由于其高硬度和耐
磨性，使得其在模具制造领域有着重要的地位。
例如，塑料注射模具、压铸模具、冲压模具等都会采用YD201硬质合金作为制造材料，以保证模具的使用寿命和加工精度。
总的来说，YD201硬质合金由于其优良的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能，被广泛应用于刀具制造、矿山工具、石油钻采设备以及模具制造等领域，为工业生产提供了重要的支持和保障。
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但其导热性差， 容易过热，切削时要 充分冷却，不适于高 速切削
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3.新型硬质合金研究情况
1）高速、高效、高精度是当今数控切削加工技术发展 的方向; 而高速切削是一项复杂的系统工程，涉及机床 刀具和材料等诸多领域的集成和创新。高档数控机床 是基础，高性能刀具是关键，硬质合金材料为刀具性 能的提高提供了物质保障。
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2-1 各类刀具材料的物理力学性能
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2-2 常用硬质合金刀具材料的性能
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2-3 各类刀具材料的硬度与韧性
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2-4 钨钢可拆卸式刀片
2-5 3mm钨钢整体硬质合金铣刀
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2.2切削用硬质合金的分类及牌号
2-6 切削工具用硬质合金分类
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2-7
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刀具材料—硬质合金
机电工程与自动化学院
1
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1.刀具材料
1.1刀具材料的定义
在金属切削加工过程中刀具切削部分直接负 担切削工作，所以刀具材料通常是指刀具切 削部分的材料
1.2刀具材料的影响作用
生产率高低，刀具消耗，加工成本，加工精 度，表面质量等等
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1.3刀具材料应具备的性能 1）高的硬度和良好的耐磨性 2）足够的强度和韧性 3）高的耐热性 4）良好的热物理性和耐热冲击性能 5）良好的工艺性 6）经济性
（厦门金鹭特种合金有限公司和国家钨材料工程技术中 心）
4）硬质合金涂层刀具： （ CVD和PVD技术）
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4.硬质合金刀具市场情况
1）我国机床刀具目前的年销售额大约为145亿元，其中 硬质合金刀具所占的比重不足25%，但国内制造业所 需的硬质合金刀具已经占据刀具的50%以上。
2）一个工件成本构成：
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（2）售前售后服务不完善。 （3）小作坊生产方式仍占很大比重。 （4）高速加工被普遍认为是提高产量、降低制造成本
的加工技术。 就现在的发展形势看，刀具材料进入硬质合金为
代表的发展时代。与高速钢相比，硬质合金具有更好 的性能和更高的切削效率，它和超硬材料一起，是实 现现代切削技术高效加工的重要保证。企业想要快速 发展，就应该进行行业结构调整，加快生产基地的进 程建设。
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5.参考文献
[1] 金属切削原理及刀具，武文革、辛志杰 [2]机械制造技术基础，熊良山、严晓光、张福润 [3] 高性能硬质合金刀具材料的研究与开发，吴冲浒、
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2.1硬质合金的性能特点
硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、 TiC等）微粉和金属黏结剂（Co、Ni、Mo等）经高压成形 ，并在1500℃左右的高温下烧结而成的粉末冶金制品。
硬质合金的硬度高达 89～94HRA，耐磨性很好，能切 削淬火钢等硬度高的材料。
硬质合金的耐热性为 800～1000 ℃，切削速度可达 100 m/min 以上，但其抗弯强度低、韧性差、怕冲击和振动， 制造工艺性差。
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切削速度（m/min）
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2000 1000
500 200 100
50
20 碳素工具钢
10
聚晶金刚石 （PCD）
陶瓷 TiAlN涂层 硬质合金 涂层硬质合金
WC-TiC系硬质合金
聚晶立方 氮化硼 （PCBN） DLC涂层 硬质合金
TiC-TiN金属陶瓷
WC系硬质合金
高速钢
合金工具钢
1800
1850
和韧性。
涂 层
可用于加工高硬
精 密
度难加工材料。
铣
刀
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2）涂层硬质合金
2-10
特点：它将韧性材
料和耐磨性材料通过
涂层有机的结合在一
硬 质
起，可以使寿命提高
合 金
2~5倍
涂
层
刀
具
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3）高速钢基硬质合金
2-11 高速钢基硬质合金铣刀
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特点：以TiC或WC为 硬质相，以高速钢为 联接相，用粉末冶金 方法制成，性能介于 高速钢与硬质合金之 间。
工 件 成 本 比 例 图
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4-1
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3）质量与服务落后等原因造成国产硬质合金 刀具市场占有率低
中国已经成为世界上最大的机床消费国，从刀具 产值来看，硬质合金刀具的产量近年持续增长，而高 速钢刀具开始呈现下降趋势。硬质合金的进出口量均 显着增长，主要的出口对象为亚洲，其次为欧洲，然 后为北美及其他地区。 分析案例：国产硬质合金可转位刀具的市场占有率低 于进口刀具，主要原因有： （1）产品质量意识不强。
以上四种硬质合金的主要成分都是WC，故统称为 WC 基硬质合金。
⑤碳化钛基类硬质合金（YN）
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2.4新型硬质合金 1）细晶粒、超细晶粒硬质合金
2-8
特点：使用细晶
粒，加抑制剂，
采用新进的烧结
超 细
工艺，多用于YG
晶 粒
类合金，可以较
整 体
大提高硬度、耐
硬 质
磨性、抗弯强度
合 金
1900高速化的关系
2000 年代
1-1刀具材料的发展情况
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2.硬质合金
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随着工业的发展需求，工具钢（碳素工具 钢、合金工具钢、高速钢）已经不能满足行业 对高效率加工、高质量加工和难加工材料的加 工要求，因此20世纪20到30年代行业领域发明 了钨钴钛类硬质合金。
2）一线品牌有瑞典山德维克Sandvik,以色列依斯卡 ISCAR,美国肯纳金属Kenna Metal等;二线品牌有日本 三菱,中国株洲钻石牌,德国瓦尔特等,三线品牌有台湾, 韩国以及国内的自贡长城牌,株洲精诚牌,清河金刚牌
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3）超细晶硬质合金( 晶粒度≤0.5 μm) 性能优异，制备 技术相对成熟，是高性能的硬质合金刀具材料。
硬 质 合 金 的 牌 号
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2.3常用硬质合金分类 ISO将切削用硬质合金分为三类： K类：主要成分为WC-CO，对应我国YG类 P类：主要成分WC-TiC-CO，对应我国YT类 M类：主要成分WC-TaC(NbC)-CO，对应我国的YW类
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我国对切削用硬质合金的分类： ①钨钴类硬质合金（YG）（WC+CO ） ②钨钛钴类硬质合金（YT）（ WC-TiC-CO） ③钨钽（铌）钴类硬质合金（YA）（ WC-TaC(NbC)-CO ） ④钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW）（ WC-TiC-Ni-Mo ）