金属切削刀具材料.ppt

刀具硬度必须达到工件材质的3倍以上
工件与切削刀具的历史
工 件
土 、 木 器
石 料
铜 、 金
矿 石
青 铜
木料、 石料
切
削 工
青铜
具
铁
【1‐1】
工件与切削刀具的历史
【1‐1】
工 件
青 铜
铁
碳钢Βιβλιοθήκη Baidu
球墨铸铁
合金钢
铜
不锈钢
铝
切
削 工
铁
具
（1898年）（1923年）（1947年）（1960年）（1969年）（1972年）
在金属切削加工中，刀具材料的切削性能直接影 响着生产效率、工件的加工精度和已加工表面质 量，刀具消耗和加工成本。
二 刀具材料的发展及现状
碳素工具钢、合金工具钢 高速钢 硬质合金 金属陶瓷 陶瓷 CBN 金刚石
粉末冶金高速钢 涂层刀具
二 刀具材料的发展及现状
在现代切削加工中，刀具材料以硬质合金 和高速钢用得最多，几乎各占一半。在二 者基础上均研制出许多新品种，其性能不 断提高，在机械加工中发挥着重要作用。
特点：与熔炼高速钢相比，由于碳化物细小，分布均匀， 热处理变形小，因此粉末冶金高速钢耐磨性好和可磨削性均 得到显著改善。
应用：适于制造切削难加工材料的刀具，特别适于制造 各种精密刀具和形状复杂的刀具。
硬质合金
组成与特点 硬质合金是将一些难熔的、高硬度的合金碳化物微米数
量级粉末与金属黏结剂按粉末冶金工艺制成的刀具材料。常 用的合金碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等，常用的黏结剂 有Co以及Mo、Ni等。
二 刀具材料的发展及现状
近年来，随着数控加工技术的迅猛发展以及数控机床的普 遍使用，超硬刀具的应用也日渐普及起来。 同时引入了许多先进的切削加工概念，如高速切削、硬态 加工、高稳定性加工、以车代磨、干式切削等。超硬刀具 已成为现代切削加工中不可缺少的重要手段。
三 刀具材料应具备的基本性能
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，刀具材料应具备以下基本性能。
1 硬度高、耐磨性好 2 足够的强度和韧性 3 耐热性好
【1‐1】
撞击 断裂
摩擦
强烈冲击 高温高热
4 导热性好 5．工艺性好 6、经济性好
四 刀具材料分类
金属陶瓷
高速钢

高速钢是富含W、Cr、Mo(钼)、V等合金元素的高合金
工具钢。在工厂中常称为白钢或锋钢。
特点 与碳素工具钢、合金工具钢相比，高速钢的热硬性很高，
韧性。可用于制造各种刃形复杂的刀具。切削普通钢料时的 切削速度通常不高于40m/min～60m/min。
普通高速钢又分为钨系高速钢和钨钼系高速钢两类。 (1) 钨系高速钢。这类高速钢的典型牌号为
W18Cr4V(简称W18)，含C量为0.7%～0.8%，含W18%， Cr4%、V1%。此类高速钢综合性能较好，可制造各种复杂 刃型刀具。
在切削温度高达500℃～650℃时，仍能保持60HRC的高硬 度，因此允许切削速度可提高l～2倍(25m/min～30m/min)。 同时，高速钢还具有较高的耐磨性以及较高的强度和韧性。
与硬质合金相比，其最大优点是可加工性好并具有良好 的综合力学性能。其退火硬度为207HBS～255HBS，与优 质中、高碳钢的退火硬度相近，能够用一般材料刀具顺利切 削加工出各种复杂形状；在加热状态下(900℃～1100℃)能 反复锻打制成所需的毛坯；高速钢的抗弯强度是硬质合金的 3～5倍，冲击韧性是硬质合金的6～10倍；经过仔细研磨， 高速钢刀具钝圆半径可小于，其锋利性比硬质合金优良。
(2) 铝高速钢(W6Mo5Cr4V2Al，简称501)。铝高速钢是
我国研制的无钴高速钢，是在W6Mo5Cr4V2的基础上增加铝、
碳的含量，以提高钢的耐热性和耐磨性，并使其强度和韧性
不降低。 3. 粉末冶金高速钢
粉末冶金高速钢：是将熔炼的高速钢液用高压惰性气体 雾化成细小粉末，将粉末在高温高压下制成刀坯，或压制成 钢坯然后经轧制(或锻造)成材的一种刀具材料。
涂超
高 速 钢
硬 质 合 金
陶 瓷
金 属 陶 瓷
层 硬 质
合
高 压 烧
结
金体
可提高加工效率的工具材料
刀具材料的历史
1975金刚石烧结体 1980年陶瓷Si3N4类、AI2O3-TiC类 最近，又出现了硬质合金基体的表面生成金刚石
结晶的技术。
二 刀具材料的发展及现状
刀具技术的进步，体现在刀具材料、刀具结构、 刀具几何形状和刀具系统四个方面。
2. 高性能高速钢 高性能高速钢是在普通高速钢成分中再添加一些C、V、
Co(钴)、Al(铝)等合金元素，进一步提高耐热性能和耐磨性。 这类高速钢刀具的耐用度为普通高速钢的1.5～3倍。
应用：加工不锈钢、耐热钢、钛合金及高强度钢等难加 工材料。
(1) 钴高速钢(W2Mo9Cr4VCo8，简称M42)。这是一种 含Co超硬高速钢，常温硬度达67HRC～69HRC，具有良好 的综合性能。Co能提高高温硬度，相应地提高了切削速度， 因V含量不高，可磨性良好。
总之，高速钢的切削性能比工具钢好得多，而可加工性 能又比硬质合金好得多。
应用：高速钢仍是世界各国制造复杂、精密和成形刀具 的基本材料，是应用最广泛的刀具材料之一。
常用高速钢材料的分类与性能及应用 分类：普通高速钢、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。
1. 普通高速钢 特点：工艺性能好，具有较高的硬度、强度、耐磨性和
第二章 刀具材料
金属切削加工的历史与发展
刀具材料发展概况 刀具材料的发展及现状 了解 刀具材料的基本性能
掌握
刀具材料的分类及性能
一 金属切削加工的历史与发展
金属切削加工的历史也是工件材 料和刀具材料的发展历史
什么是切削？
【1‐1】
撞击 断裂
摩擦
强烈冲击 高温高热
什么是切削？
【1‐1】
(2) 钨钼系高速钢。它是以Mo代替部分W发展起来的一 种高速钢，典型牌号是W6Mo5 Cr4V2(简称M2)，含碳量为 0.8%～0.9%，含W6%、Mo5%、Cr4%、V2%。
与W18Cr4V相比，优点是碳化物含量相应减少，而且颗 粒细小分布均匀，因此抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性都略 有提高，适于制造尺寸较大、承受冲击力较大的刀具(如滚 刀、插刀)；又因Mo的存在，使其热塑性非常好，故特别适 于轧制或扭制钻头等热成形刀具。其主要缺点是可磨削性略 低于W18Cr4V。