常用刀具材料分类、特点及应用

常用刀具材料分类、特点及应用

刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。

1.刀具材料应具备的性能

金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度，即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。

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大。

耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度，而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。

足够的强度和韧性

要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程中通常要出现的冲击和振动的条件下工作，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。

高的耐热性

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。

导热性好

刀具材料的导热性越好，切削热越容易从切削区散走，有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。

具有良好的工艺性和经济性

既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。

2.常用刀具材料分类、特点及应用

刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。

表2-1 常用刀具材料的主要性能

高速钢

普通高速钢

普通高速钢指用来加工一般工程材料的高速钢，常用的牌号有：

（1）W18Cr4V（简称W18）。属钨系高速钢，具有较好的切削性能，是我国最常用的一种高速钢。

（2）W6Mo5Cr4V2（简称M2）。属钼系高速钢，碳化物分布均匀性、韧性和

高温塑性均超过W18Cr4V，但其磨削性能较差。

（3）W9Mo3Cr4V（简称W9）。是一种含钨量较多，含钼量较少的钨钼系高速钢。其碳化物不均匀性介于W18和M2之间，但抗弯强度和冲击韧度高于M2。具有较好的硬度和韧性，其热塑性也很好。

普通高速钢常见用途见图2-1。

图2-1 普通高速钢常见用途

高性能高速钢

高性能高速钢是在普通高速钢的基础上，用调整其基本化学成分和添加一些

其它合金元素（如钒、钴、铅、硅、铌等）的办法，着重提高其耐热性和耐磨性而衍生出来的。它主要用来加工不锈钢、耐热钢、高温合金和超高强度钢等难加工材料。

硬质合金

硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC、NbC、TaC等）作硬质相，用钴、钼或镍等作粘结相，研制成粉末，按一定比例混合，压制成型，在高温高压下烧结而成。

硬质合金的常温硬度很高（89～93HRA，相当于78～82HRC）。耐熔性好，热硬性可达800～1000℃以上，允许的切削速度比高速钢提高4～7倍，刀具寿命高5～8倍，是目前切削加工中用量仅次于高速钢的主要刀具材料。但它的抗弯强度和韧性均较低，性脆，怕冲击和振动，工艺性也不如高速钢。

我国目前常用的硬质合金主要有以下三类：

钨钴类硬质合金

由WC和Co组成，代号为YG。常温硬度为89～91HRA，耐热性达800～900℃，适用于加工切屑呈崩碎状的脆性材料。常用牌号有YG3X、YG6X、YG6和YG8等，其中数字表示含Co的百分比，其余为含WC的百分比。钴在硬质合金中起粘结作用，含Co愈多的硬质合金韧性愈好，所以YG8适于粗加工和断续切削，可用于加工45钢锻件粗车、65HRC冷硬铸铁和中速车削淬硬钢，YG6适于半精加工，YG3X 适于精加工和连续切削，可用于HT200铸件精车。常见应用见图2-2。

图2-2 钨钴类硬质合金常见应用

钨钛钴类硬质合金

由WC、TiC和Co组成，代号为YT。此类硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性（900～1000℃）均比YG类合金高，但抗弯强度和冲击韧度降低。主要适于加工切屑呈带状的钢料等韧性材料。常用牌号有YT30、YT15、YT14和YT5等，数字表示含TiC的百分比。故YT30适于对钢料的精加工和连续切削，可用于低速精车合金钢蜗杆和高速精车调质钢长轴，YT15适于半精加工，YT5适于粗加工和断续切削。常见应用见图2-3。

图2-3 钨钛钴类硬质合金常见应用

钨钛钽（铌）钴类硬质合金

又称通用合金，由WC、TiC、TaC（NbC）TCo组成，代号为YW。其抗弯强度、

疲劳强度、冲击韧性、耐热性、高温硬度和抗氧化能力都有很大提高。常用牌号有YW1和YW2，这两种硬质合金都具有YG类硬质合金的韧性，比YT类硬质合金的抗刃口剥落能力强。由于YW类硬质合金的综合性能较好，除可加工铸铁、有色金属和钢料外，主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料，可用于高速精密镗削铝合金缸套。常见应用见图2-4。

图2-4 钨钛钽（铌）钴类硬质合金常见应用

涂层刀具

涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上，或在高速钢刀具基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。涂层硬质合金一般采用化学气相沉积法，沉积温度1000℃左右；涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法，沉积温度500℃左右。

常用涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等，TiC的硬度比TiN高，抗磨损性能好。对于要产生剧烈磨损的刀具，TiC涂层较好。TiN与金属亲和力小，润湿性能好，在空气中抗氧化性能比TiC好，在容易产生粘结的条件下，TiN涂层较好。在高速切削产生大热量的场合，宜采用Al2O3涂层为好，因为Al2O3在高温下有良好的热稳定性能。

涂层刀具有比基体高得多的硬度，有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因而有高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。涂层具有低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，大大提高刀具耐用度。涂层硬质合金的通用性广，一种涂层刀片