機(jī)械制造--刀具材料

1、1.3 1.3 常用刀具材料常用刀具材料 金屬切削過(guò)程除了要求刀具具有適當(dāng)?shù)膸缀谓饘偾邢鬟^(guò)程除了要求刀具具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)外，還要求刀具材料對(duì)工件要有良好的切削參數(shù)外，還要求刀具材料對(duì)工件要有良好的切削性能。性能。 刀具切削性能的優(yōu)劣，不僅取決于刀具切削刀具切削性能的優(yōu)劣，不僅取決于刀具切削部分的幾何參數(shù)，還取決于刀具切削部分所選配部分的幾何參數(shù)，還取決于刀具切削部分所選配的刀具材料。的刀具材料。 金屬切削過(guò)程中的加工質(zhì)量、加工效率、加金屬切削過(guò)程中的加工質(zhì)量、加工效率、加工成本，在很大程度上取決于刀具材料的合理選工成本，在很大程度上取決于刀具材料的合理選擇。因此，擇。因此，材料、結(jié)構(gòu)和幾何形

2、狀是構(gòu)成刀具切材料、結(jié)構(gòu)和幾何形狀是構(gòu)成刀具切削性能評(píng)估的三要素。削性能評(píng)估的三要素。1. 1. 刀具材料應(yīng)具備的性能刀具材料應(yīng)具備的性能（1 1）高的硬度和耐磨性）高的硬度和耐磨性（2 2）足夠的強(qiáng)度和韌性）足夠的強(qiáng)度和韌性（3 3）高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性）高的耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性（4 4）良好的工藝性良好的工藝性（5 5）良好的經(jīng)濟(jì)性良好的經(jīng)濟(jì)性 2. 2. 常用刀具材料常用刀具材料工具鋼工具鋼包括碳素工具鋼、包括碳素工具鋼、合金工具鋼和合金工具鋼和高高速鋼。速鋼。硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金有鎢鈷類硬質(zhì)合金、有鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金

3、。合金。陶瓷陶瓷超硬刀具材料超硬刀具材料 推廣使用新型刀具推廣使用新型刀具材料如涂層刀具、立方材料如涂層刀具、立方氮化硼等。氮化硼等。 1 1高速鋼高速鋼它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。合金鋼。熱處理后硬度可達(dá)熱處理后硬度可達(dá)62626666HRC, HRC, 抗彎強(qiáng)度約抗彎強(qiáng)度約3.33.3GPaGPa，有較高的熱穩(wěn)定性有較高的熱穩(wěn)定性 、耐磨性、耐磨性 。切削溫度在。切削溫度在500500650650C C時(shí)仍能進(jìn)行切削。時(shí)仍能進(jìn)行切削。由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造

4、結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。各類高速鋼刀具按用途可分為：按用途可分為：通用高速鋼和高性能高通用高速鋼和高性能高速鋼。速鋼。按制造工藝可分為按制造工藝可分為: : 熔煉高速鋼、粉末熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學(xué)成份可分為按基本化學(xué)成份可分為: : 鎢系和鉬系。鎢系和鉬系。 （1 1）高速鋼的分類）高速鋼的分類 （2 2）常用高速鋼的牌號(hào)與性能）常用高速鋼的牌號(hào)與性能v通用型高速鋼通用型高速鋼 W18Cr4V(18-4-1)W18

5、Cr4V(18-4-1)由于鎢價(jià)高，熱塑由于鎢價(jià)高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國(guó)內(nèi)外已很少采用。性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國(guó)內(nèi)外已很少采用。W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2是國(guó)內(nèi)外廣泛使用的牌號(hào)是國(guó)內(nèi)外廣泛使用的牌號(hào)。v高性能高速鋼高性能高速鋼 高性能高速鋼是指在通用型高速鋼高性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達(dá)中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達(dá)67677070HRCHRC，耐磨性與熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高?？梢杂糜诩庸つ湍バ耘c熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高?？梢杂糜诩庸げ讳P鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。不銹鋼、高溫

6、合金、耐熱鋼和高強(qiáng)度鋼等難加工材料。v粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼 粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮?dú)忪F化熔融的高速鋼鋼水而得到細(xì)小的高速鋼粉末，純氮?dú)忪F化熔融的高速鋼鋼水而得到細(xì)小的高速鋼粉末，然后再熱壓鍛軋制成。適用于制造精密刀具、大尺寸然后再熱壓鍛軋制成。適用于制造精密刀具、大尺寸( (滾刀、滾刀、插齒刀插齒刀) )刀具、復(fù)雜成形刀具、拉刀等。刀具、復(fù)雜成形刀具、拉刀等。硬質(zhì)合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。硬質(zhì)合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造；大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造；硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點(diǎn)的金屬

7、碳化物硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點(diǎn)的金屬碳化物( (碳化碳化鎢鎢WCWC、碳化鈦碳化鈦TiCTiC、碳化鉭碳化鉭TaCTaC、碳化鈮碳化鈮NbCNbC等等) )和金和金屬粘結(jié)劑屬粘結(jié)劑( (CoCo、MoMo、NiNi等等) )用粉末冶金工藝制成。用粉末冶金工藝制成。硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為89899393HRA(HRC 7482)HRA(HRC 7482)，化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達(dá)80080010001000C C。硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高5 51010倍

8、倍 。 2 2硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金鎢鈷類（鎢鈷類（WC+CoWC+Co）；）；YG KYG K鎢鈦鈷類（鎢鈦鈷類（WC+TiC+CoWC+TiC+Co）；）；YT PYT P添加稀有金屬碳化物類（添加稀有金屬碳化物類（WC+TiC+TaC+WC+TiC+TaC+（NbCNbC）+Co+Co）；）；YW MYW M（1 1）硬質(zhì)合金的分類）硬質(zhì)合金的分類 （2 2）常用硬質(zhì)合金的牌號(hào)及其性能）常用硬質(zhì)合金的牌號(hào)及其性能v鎢鈷類硬質(zhì)合金鎢鈷類硬質(zhì)合金 代號(hào)為代號(hào)為YGYG。合金中含鈷量愈高，韌性合金中含鈷量愈高，韌性愈好，適合于粗加工，反之用于精加工。愈好，適合于粗加工，反之用于精加工。YG(K)YG

9、(K)類硬質(zhì)合金，類硬質(zhì)合金，適合于加工脆性金屬材料。適合于加工脆性金屬材料。v鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金 代號(hào)為代號(hào)為YTYT。合金中合金中TiCTiC含量提高，含量提高，CoCo含量就低，其硬度、耐磨性和耐熱性進(jìn)一步提高，但抗彎強(qiáng)含量就低，其硬度、耐磨性和耐熱性進(jìn)一步提高，但抗彎強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、特別是沖擊韌性明顯下降，適合于精加工。度、導(dǎo)熱性、特別是沖擊韌性明顯下降，適合于精加工。v鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金 代號(hào)為代號(hào)為YWYW。它在它在YT(P)YT(P)類硬質(zhì)類硬質(zhì)合金中加入合金中加入TaCTaC或或NbCNbC，它既適用于加工脆性材料，又適用于它既適用于加工脆

10、性材料，又適用于加工塑性材料。加工塑性材料。各類硬質(zhì)合金鋼刀具3 3涂層刀具材料涂層刀具材料在韌性較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。常用的涂層材料有TiC、TiN、Al203及其復(fù)合材料等, 涂層厚度隨刀具材料不同而異。（1 1）TiCTiC涂層涂層 硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時(shí)能產(chǎn)生氧化鈦膜，減小摩擦及刀具磨損。（2 2）TiNTiN涂層涂層 在高溫時(shí)能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性能好，并能有效降低切削溫度。（3 3）TiCTiCTiNTiN復(fù)合涂層復(fù)合涂層第一層涂TiC，與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂Ti

11、N,減少表面層與工件間的摩擦。（4 4）TiC-AlTiC-Al2 20 03 3復(fù)合涂層復(fù)合涂層第一層涂TiC, 與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能。 目前單涂層刀片已很少應(yīng)用，大多采用目前單涂層刀片已很少應(yīng)用，大多采用TiC-TiNTiC-TiN復(fù)合涂層或復(fù)合涂層或TiC-AlTiC-Al2 2O O3 3-TiN-TiN三復(fù)合涂層。三復(fù)合涂層。4 4其它刀具材料其它刀具材料以氧化鋁或以氮化硅為基體以氧化鋁或以氮化硅為基體再添加少量金屬，在高溫下燒再添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成的一種刀具材料。結(jié)而成的一種刀具材料。其優(yōu)點(diǎn)是硬度高，耐磨性

12、、其優(yōu)點(diǎn)是硬度高，耐磨性、耐高溫性能好，有良好的化學(xué)耐高溫性能好，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，與金屬的穩(wěn)定性和抗氧化性，與金屬的親合力小。親合力小。其缺點(diǎn)是脆性大、抗彎強(qiáng)度其缺點(diǎn)是脆性大、抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，易崩刃，所低，沖擊韌性差，易崩刃，所以使用范圍受到限制；以使用范圍受到限制；可用于鋼、鑄鐵類零件的車可用于鋼、鑄鐵類零件的車削、銑削加工。削、銑削加工。（1 1）陶瓷刀具材料）陶瓷刀具材料 （2 2）金剛石刀具材料）金剛石刀具材料 碳的同素異形體，在高溫、高壓下由石墨轉(zhuǎn)碳的同素異形體，在高溫、高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成，是目前人工制造出的最堅(jiān)硬物質(zhì)?；?，是目前人工制造出的最堅(jiān)硬物質(zhì)。也

13、可用于加工高硬度的非金屬材料，如石材、也可用于加工高硬度的非金屬材料，如石材、壓縮木材、玻璃等，還可加工有色金屬，如鋁壓縮木材、玻璃等，還可加工有色金屬，如鋁硅合金材料以及復(fù)合難加工材料的精加工或超硅合金材料以及復(fù)合難加工材料的精加工或超精加工。精加工。缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差，強(qiáng)度低、脆性大，缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差，強(qiáng)度低、脆性大，對(duì)振動(dòng)敏感，只宜微量切削，與鐵有強(qiáng)烈對(duì)振動(dòng)敏感，只宜微量切削，與鐵有強(qiáng)烈的化學(xué)親合力，不能用于加工鋼材。的化學(xué)親合力，不能用于加工鋼材。（3 3）立方氮化硼）立方氮化硼立方氮化硼（立方氮化硼（CBNCBN）是一種人工合成是一種人工合成的新型刀具材料。的新型刀具材料。它有很高的硬度及耐磨性，熱穩(wěn)定性它有很高的硬度及耐磨性，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性大，與鐵系金屬在好，化學(xué)惰性大，與鐵系金屬在13001300時(shí)不易起化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)熱性好，摩擦系時(shí)不易起化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)熱性好，摩擦系數(shù)低。數(shù)低。因此可用于高溫合金、冷硬鑄