硬质合金刀具材料简介

硬质合金刀具材料简介

刀具行业是整个机械制造行业的基础产业，其水平高低直接影响一个国家国民经济发展的支柱产业，如汽车工业、家电和航空工业等。先进的切削工具是实现生产过程优质、高效、低耗必不可少的条件和保证，而先进的切削工具很大程度上又取决于刀具的材料技术。因此，刀具材料的开发、推广和正确选用是推动制造技术发展进步的重要动力，也是提高产品质量、降低加工成本和提高生产率的重要手段。一般来讲，刀具的切削性能除了与刀具的材料直接相关外，还与刀具的几何形状和结构相关。当然，在这些因素中，刀具材料最为重要，它对刀具的耐用度、加工效率、加工质量和加工成本影响极大。因此，了解刀具材料的性能并正确选用是刀具设计和使用的重要内容之一。刀具材料的种类较多，主要有高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等，我国目前应用最多的刀具材料是高速钢和硬质合金，下面我们就较常用的硬质合金刀具材料的成分、性能和应用范围作详细介绍。

硬质合金是由高硬度、难熔金属化合物粉末（如WC、TiC、TaC、NbC等高温碳化物）和金属粘结剂（Co、Mo、Ni等）烧结而成的粉末冶金制品。由于硬质合金成分中含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好的碳化物，因此，硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性都很高。硬质合金的常温硬度一般为89~93HRA,相当于78~82HRC,允许的切削温度高达800℃~1000℃，即使在540℃时其硬度仍保持在77~85HRA,相当于高速钢的常温硬度。因此，硬质合金的切削性能比高速钢高得多，在相同耐用度情况下，硬质合金允许的切削速度比高速钢高4倍~10倍，切削速度可达100m/min以上，可以切削高速钢刀具切削不了的各类难加工材料如淬硬钢。但由于其抗弯强度较低（约为高速钢的1/2~1/4）、冲击韧性（约为高速钢的（1/8~1/30）和工艺性差，因此，目前硬质合金材料主要用于刃形简单、无冲击性的非断续切削加工刀具制作中。

当硬质合金中碳化物含量较高时，硬度就高，但抗弯强度就相对较低；当粘结剂含量较高时，则抗弯强度较高，硬度较低。

ISO将硬质合金分为P、K和M三大类，该三大类硬质合金的主要成分都是WC,故又统称为WC基硬质合金。

K类相当于我国的钨钴类硬质合金，代号为YG,主要由WC和Co组成。YG类硬质合金的抗弯强度和冲击韧性均较好，适合于脆性材料的加工，可用于铸铁、有色金属及其合金和非金属材料的加工。YG类硬质合金随含钴量的增加，其硬度降低，而抗弯强度则增大，承受冲击的能力增强，适合于粗加工。反之，则硬度、耐磨性和耐热性增加，适合于精加工。

P类相当于我国的钨钴钛类硬质合金，代号为YT，其成分除了WC和Co外，还含有5%~30%的TiC , 因TiC的硬度和熔点均高于WC，故此类硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性均高于YG类，而抗弯强度和冲击韧性则略低。随着TiC含量的增高，材料的硬度、耐热性和耐磨性愈来愈好，而抗弯强度和冲击韧性则降低。YT类硬质合金一般可以用于钢料的高速切削。

M类相当于我国的钨钛钽（铌）钴类硬质合金，代号为YW类，它是在上述硬质合金成分中加入一定含量的TaC或NbC以提高硬质合金材料的高温硬度、高温强度和耐磨性。YW类的特点是：综合性能好，适用范围广，可用于各类铸铁、钢料、不锈钢和高温合金等的加工。

随着各种超细晶粒硬质合金以及涂层硬质合金材料的不断涌现，硬质合金材料的性能得到了极大地改善，硬质合金的抗弯强度、冲击韧性和耐磨性都得到了极大的提高，硬质合金在复杂刀具领域也开始大量应用，如钻头、铰刀、丝锥、铣刀、滚刀和拉刀等都开始大量采用硬质合金材料制造。随着硬质合金性能的不断改善和刀具几何参数的不断优化，硬质合金的应用将会更广。

为了便于大家查阅和正确选用，我们将常用硬质合金和部分新型硬质合金刀具材料的牌号、性能和适用范围以及硬质合金刀具材料的选用分别列于表1-4、表1-5和表1-6。