刀具材料：硬质合金讲解
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
车削刀具材料
车削刀具材料车削是一种常见的金属加工方法，而车削刀具作为车削过程中的关键工具，其材料选择对于加工效率和加工质量具有重要影响。
下面将介绍几种常见的车削刀具材料，以及它们的特点和适用范围。
1.高速钢。
高速钢是一种常见的车削刀具材料，具有良好的硬度和耐磨性。
它适用于一般的车削加工，能够满足对加工精度和表面质量的要求。
此外，高速钢的加工稳定性较好，使用寿命较长，因此被广泛应用于车削刀具的制造中。
2.硬质合金。
硬质合金是一种硬度极高的车削刀具材料，主要由钨钴粉末和其他金属粉末经过高温烧结而成。
硬质合金具有极好的耐磨性和热稳定性，适用于对切削负荷和温度要求较高的车削加工。
由于其硬度极高，硬质合金刀具能够在高速切削中保持较好的刀具稳定性，因此在高速车削加工中得到广泛应用。
3.陶瓷刀具。
陶瓷刀具是近年来新兴的车削刀具材料，具有极高的硬度和耐磨性，能够适应高速切削和高温切削的要求。
此外，陶瓷刀具还具有良好的化学稳定性和热稳定性，能够在特殊材料的车削加工中表现出色。
然而，由于其脆性较大，陶瓷刀具在加工过程中需要注意避免冲击和振动，以免造成刀具的损坏。
4.金刚石刀具。
金刚石刀具是一种硬度极高的车削刀具材料，具有优异的耐磨性和热导性，能够适应高速切削和高温切削的要求。
金刚石刀具在加工硬质材料和非金属材料时表现出色，能够保持较好的加工质量和加工效率。
然而，金刚石刀具的制造成本较高，且在加工过程中需要严格控制切削条件，以免造成刀具的损坏。
综上所述，车削刀具的材料选择应根据具体的加工要求和加工材料来确定，不同的材料具有不同的特点和适用范围。
在实际的车削加工中，需要综合考虑刀具的材料、刀具的几何形状、切削条件等因素，以选择最合适的车削刀具，从而实现高效、高质的加工目标。
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。
硬质合金的应用
硬质合金的应用
硬质合金，也被称为硬质合金钎料或硬质合金刀具，是一种由钨（W）、钴（Co）、碳（C）等金属粉末通过高温烧结制成的合金材料。
其硬度高、耐磨性好，因此在各种工业领域中都有广泛的应用。
以下是硬质合金的一些主要应用：
●切削工具：
1.刀具：用于加工金属、木材、塑料等材料的刀片，如铣刀、车刀、钻头等。
2.锯片：用于切割各种材料，如金属、木材、复合材料等。
●矿山工具：
1.岩钻头：用于岩石和土壤的钻孔，例如煤矿、隧道建设中使用的岩钻。
2.切岩刀具：用于采石、矿山工作中的切割和分离。
●金属加工工具：
1.车床刀具：用于金属加工中的车床切削。
2.铣刀：用于铣削金属表面的刀具。
●钻探工具：
1.石油钻头：用于石油勘探和钻井。
2.地质勘探钻头：用于地下勘探和矿产勘探。
●模具和模具零件：
1.冲压模：用于冲压、注塑等模具制造。
2.成型模具：用于压铸、注塑等成型工艺。
●切割工具：
1.切片刀：用于切割硬质材料，如玻璃、陶瓷等。
2.电线切割刀：用于电缆和导线的切割。
●军工和航空航天：
1.硬质合金刀片：用于制造飞机零件、导弹部件等。
●医疗器械：
1.手术刀片：在医疗手术中使用，具有高硬度和锋利度。
硬质合金因其硬度高、抗磨性强的特性，在上述应用领域中发挥着重要作用，提高了材料加工和工具的耐用性和效率。
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
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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）
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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。
硬质合金材料
硬质合金材料
硬质合金材料，又称硬质合金，是一种由钨、钴、钛、钼等金属粉末以及少量
粘结剂混合压制而成的坚硬材料。
它具有高硬度、耐磨、耐腐蚀、高强度和高熔点等特点，因此在机械加工、矿山工具、石油钻采、军工等领域有着广泛的应用。
首先，硬质合金材料的硬度非常高，通常在HRA80以上，有的甚至可以达到HRA90以上。
这种超高硬度使得硬质合金材料成为了加工硬质材料的理想选择，
比如加工钢铁、合金钢、铸铁、不锈钢等材料时，硬质合金刀具能够保持锋利，不易磨损，从而提高了加工效率和加工质量。
其次，硬质合金材料具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。
在高速切削、重载切削等
恶劣工况下，硬质合金刀具能够保持较长时间的使用寿命，不易出现断裂、磨损等现象。
同时，硬质合金材料也具有良好的耐腐蚀性，能够在恶劣的工作环境下保持稳定的性能，延长使用寿命。
另外，硬质合金材料还具有高强度和高熔点的特点。
这使得硬质合金材料在高
温高压的环境下仍能保持稳定的性能，不易发生变形、断裂等现象。
因此，在矿山工具、石油钻采、军工等领域有着广泛的应用。
总的来说，硬质合金材料以其高硬度、耐磨、耐腐蚀、高强度和高熔点的特点，在机械加工、矿山工具、石油钻采、军工等领域有着广泛的应用前景。
未来，随着科学技术的不断进步，硬质合金材料的性能将得到进一步提升，应用领域也将不断扩大，为人类的生产生活带来更多的便利和效益。
硬质合金材料
硬质合金材料
硬质合金材料，是一种由金属和非金属元素组成的材料，具有硬度高、抗磨损、抗腐蚀等优点，广泛应用于机械制造、石油化工、地质勘探等领域。
硬质合金材料的主要成分是金属钨和钴。
钨是一种具有高熔点和高硬度的金属，常用于制作钨钢、电极等。
而钴是一种韧性良好的金属，具有良好的耐腐蚀性和高温性能。
将钨和钴按一定比例混合后，经过高温烧结、冷却等工艺，形成具有均匀组织和高硬度的硬质合金。
硬质合金材料具有以下优点：
首先，硬度高。
硬质合金的硬度比大多数金属和合金都高，能够达到HRA90以上，甚至高达HRA95以上。
因此，硬质合金制成的工具和刀具具有很强的抗磨损性能，能够在恶劣环境下长时间使用，延长使用寿命。
其次，抗腐蚀性能好。
硬质合金具有良好的耐腐蚀性能，能够抵抗酸、碱等化学物质的腐蚀，不易生锈。
因此，硬质合金制成的零件和工具可以在腐蚀环境下使用，提高了使用寿命。
再次，热稳定性好。
硬质合金具有良好的高温稳定性，能够在高温下保持硬度和强度。
这使得硬质合金在高温工艺中得到广泛应用，如金属切削、热喷涂等领域。
此外，硬质合金还具有良好的导热性和导电性能，能够高效吸
收和释放热量，提高工具和刀具的散热性能，避免因高温而导致的变形和损坏。
总之，硬质合金材料具有硬度高、抗磨损、抗腐蚀等优点，是一种性能优良的材料。
在机械制造、石油化工、地质勘探等领域得到广泛应用，不仅改进了工具和设备的性能，提高了生产效益，而且减少了资源的消耗和环境的污染，具有重要的经济和社会意义。
刀具材料的种类
刀具材料的种类刀具作为工业生产和日常生活中常用的工具，其材料的选择至关重要。
不同的刀具材料具有不同的特性和适用范围，因此在选择刀具材料时需要考虑到具体的使用环境和需求。
下面将介绍几种常见的刀具材料及其特点。
1. 高速钢。
高速钢是一种含有较高合金元素的钢，具有优异的耐磨性、热硬性和耐热性。
因此，高速钢常被用于制造高速切削工具，如铣刀、钻头和刨刀等。
在高速切削加工中，刀具需要承受高温和高速度的摩擦，而高速钢正是能够满足这些要求的理想材料。
2. 硬质合金。
硬质合金，又称硬质合金钢，是一种由钨、钴、碳等元素合金化而成的材料。
硬质合金具有极高的硬度和耐磨性，因此常被用于制造切削工具和磨料工具。
硬质合金刀具在加工硬质材料时具有良好的切削性能，能够大大提高加工效率和工件质量。
3. 不锈钢。
不锈钢是一种耐腐蚀性能较好的钢铁材料，具有优异的耐磨性和切削性能。
不锈钢刀具常被用于食品加工、医疗器械制造等领域，因其不会产生金属污染，能够确保加工物料的质量和卫生安全。
4. 陶瓷。
陶瓷刀具是近年来发展起来的一种新型刀具材料，具有极高的硬度和耐磨性，而且不易产生刀痕和切屑。
陶瓷刀具在加工高硬度、脆性材料时表现出色，能够实现高精度、高效率的加工。
5. 钛合金。
钛合金是一种轻质、高强度的金属材料，具有优异的耐腐蚀性和耐热性。
钛合金刀具常被用于航空航天、汽车制造等领域，能够满足对材料强度和耐热性要求较高的加工需求。
总结。
不同的刀具材料具有不同的特点和适用范围，选择合适的刀具材料对于提高加工效率、改善加工质量具有重要意义。
在实际应用中，需要根据具体的加工要求和环境条件选择合适的刀具材料，以确保刀具的使用效果和寿命。
希望本文介绍的刀具材料种类能够对您有所帮助。
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切削速度（m/min）
500
200 100 50 20
碳素工具钢
1800 1850
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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。
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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、
聂洪波、张守全，2012年第46卷 [4] 硬质合金刀具新技术研究进展，李 力、栾道成、 胡 涛、张崇才，2010年第25卷第1期
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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。 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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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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2-5 3mm钨钢整体硬质合金铣刀
2-4 钨钢可拆卸式刀片
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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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4-1 工 件 成 本 比 例 图
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上海大学 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。
2）涂层硬质合金
硬 质 合 金 涂 层 刀 具
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 起，可以使寿命提高 2~5倍
2-10
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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
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。 可用于制造钻头、 铣刀等复杂刀具。 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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刀具材料—硬质合金
机电工程与自动化学院
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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
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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。 （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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2.4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。
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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）（是WC，故统称为 WC 基硬质合金。
⑤碳化钛基类硬质合金（YN）
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
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2000 1000 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 WC系硬质合金 高速钢 TiC-TiN金属陶瓷 聚晶立方 氮化硼 （PCBN） DLC涂层 硬质合金
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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。
2-7 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：
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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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谢谢
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