刀具材料及合理选用

第二章 刀具材料及其合理选用
性和磨削加工性比，表面粗糙度值也小， 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 钻头、拉刀、铣刀和齿轮刀具等各种刀具； 都有一定的提高。 时，刀具寿命比W18和M2都有一定的提高。 刀具寿命比 和 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、 ）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。 不锈钢、高强度钢等难加工的材料。常见的有以下几种。 高碳高速钢。典型牌号是9W18Cr4V，简称 ① 高碳高速钢。典型牌号是 ，简称9W18，适 ， 合制作耐磨性要求高的铰刀、锪钻和丝锥等刀具， 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。 于切削奥氏体不锈钢。但不能承受大的冲击。 铝高速钢。典型牌号是W6Mo5Cr4V2Al（简称 ② 铝高速钢。典型牌号是 （简称501） ） ），其切削性能与 和W10Mo4Cr4V3Al（简称 （简称5F6），其切削性能与 ），其切削性能与M42相 相 当，刀具寿命比W18高，而价格却相差不多。因含钒量 刀具寿命比 高 而价格却相差不多。
第二章 刀具材料及ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ合理选用
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涂层刀片。 ③ Al2O3涂层刀片。刀具在高温下切削时宜涂 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 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。 等双涂层或多涂层，其性能优于单涂层。 等双涂层或多涂层 涂层刀片广泛用于各种钢料、铸铁的精加工和半精加工， 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。 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， 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。 硬度材料和重载切削。
2．3其他刀具材料 ． 其他刀具材料
2.3.1 陶瓷刀具材料 1．陶瓷刀具材料的成分及特点 ．
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常用陶瓷刀具材料是以氧化铝或氮化硅为基体成分， 常用陶瓷刀具材料是以氧化铝或氮化硅为基体成分，经 压制成形后烧结而成的一种刀具材料。主要特点是： 压制成形后烧结而成的一种刀具材料。主要特点是：有很 高的硬度和耐磨性；有很高的耐热性； 高的硬度和耐磨性；有很高的耐热性；有良好的化学稳定 性；加工表面质量高。其最大缺点是抗弯强度和韧性差， 加工表面质量高。其最大缺点是抗弯强度和韧性差， 不能承受冲击负荷。 不能承受冲击负荷。 2．陶瓷刀具材料的主要类型 ． 基陶瓷。 基陶瓷是在Al2O3中加入一定 （1）Al2O3基陶瓷。Al2O3基陶瓷是在 ） 基陶瓷 基陶瓷是在 中加入一定 数量的碳化钛和一定数量的金属经热压烧结而成， 数量的碳化钛和一定数量的金属经热压烧结而成，可提高 抗弯强度及断裂韧性， 抗弯强度及断裂韧性，抗机械冲击和耐热冲击能力也得以 提高，适用于各种铸铁及钢料的精加工、粗加工。 提高，适用于各种铸铁及钢料的精加工、粗加工。常用的 牌号有M16、SG3、AG2、TN05等。 、 牌号有 、 、 等
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多，其磨削加工性较差，且过热敏感性强，氧化脱碳倾向 其磨削加工性较差，且过热敏感性强， 较大，使用时要严格掌握热处理工艺。 较大，使用时要严格掌握热处理工艺。 钴高速钢。典型牌号是W2Mo9Cr4VCo8，简称 ③ 钴高速钢。典型牌号是 ，简称M42， ， 其适合制作加工高温合金、 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。 速钢刀具。 高钒高速钢。典型牌号是W6Mo5Cr4V3，简称M3， 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， 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。 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。 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 ）粉末冶金高速钢。 气罐中，用高压氩气或纯氮气使其雾化成细小粉末， 气罐中，用高压氩气或纯氮气使其雾化成细小粉末，然后
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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， 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 钒等合金元素的高合金工具钢。 列出 了几种常用高速钢的力学性能。 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、 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。 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； 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、 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、 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。 金钢、有色金属、铸铁等多种材料。
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（1）普通高速钢常用的种类如下。 ）普通高速钢常用的种类如下。 钨系高速钢。典型牌号是W18Cr4V，简称 ① 钨系高速钢。典型牌号是 ，简称W18。具有 。 较好的综合性能。适合制作螺纹车刀、成形车刀、 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， 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。 作大截面的刀具；热塑性较差，不适合制造热成形刀具。 钼系高速钢。典型牌号是W6Mo5Cr4V2，简称M2， 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、 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、 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、 抗冲击的刀具。但热处理易脱碳、易氧化和淬火温度窄等 W9Mo3Cr4V是另一钼系类牌号的普通高速钢，简称 是另一钼系类牌号的普通高速钢， 是另一钼系类牌号的普通高速钢 W9，具有较好的抗弯强度、冲击韧度、热塑性、热稳定 ，具有较好的抗弯强度、冲击韧度、热塑性、
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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 ．
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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 的出现，都是随着机床主轴转速提高、功率增大， 度的提高，机床刚性的增加而逐步发展的。 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， 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。 作用。 目前金属切削加工中应用的刀具材料， 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， 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、 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 所示 所示。 刚石 类。其主要物理力学性能如表2.1所示。
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将粉末在高温和高压下压制成细密的钢坯， 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、 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 耐磨性好、淬火变形小等优点。 工材料的刀具、各种精密刀具和形状复杂的刀具。 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， 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 高熔点的金属碳化物的微粉和金属黏结剂， 下压制成形，并在 下压制成形，并在1 500℃的高温下烧结而成。能加工包 ℃的高温下烧结而成。 括淬硬钢在内的多种材料。多用于制造刀片。 括淬硬钢在内的多种材料。多用于制造刀片。
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耐磨性则降低。适用于切削铸铁、有色金属及其合金，以 耐磨性则降低。适用于切削铸铁、有色金属及其合金， 及非金属材料和含Ti元素的不锈钢等工件材料，其中 及非金属材料和含 元素的不锈钢等工件材料，其中YG3 元素的不锈钢等工件材料 适用于精加工， 适用于粗加工， 适用于精加工，YG8适用于粗加工，YG6适用于半精加工 适用于粗加工 适用于半精加工 ）。常用牌号有 （2）钨钛钴类硬质合金（YT）。常用牌号有 ）钨钛钴类硬质合金（ ）。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， 、 。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， 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 适用于精加工钢材， 适宜于加工塑性材料，其中YT30适用于精加工钢材，YT5 适用于精加工钢材 适用于粗加工塑性较大的材料， 适用于粗加工塑性较大的材料，YT15适用于半精加工钢材 适用于半精加工钢材 ）。是一种既能加工钢 （3）钨钛钽钴类硬质合金（YW）。是一种既能加工钢， ）钨钛钽钴类硬质合金（ ）。是一种既能加工钢， 又能加工铸铁和有色金属及其合金， 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。 常用的牌号有 、 等