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1、第二章 刀 具 材 料,主要内容 一、概述 二、高速钢 三、硬质合金 四、陶瓷 五、超硬刀具材料,第二章 刀具材料,第一节 概 述 一、刀具材料应具有的性能 1高的硬度 常温硬度62HRC以上，并要求保持较好的高耐热性。 2.足够的强度和韧性 为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性。,3高的耐磨性 耐磨性表示抵抗磨损的能力，它是刀具材料机械性能、组织结构和化学性能的综合反映。 4好的导热性5良好的工艺性和经济性 锻造性能、磨削性能、热处理性能等二、刀具材料类型 1、工具钢 包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢 2、硬质合金 3、陶瓷 4、超硬刀具材料,三、刀体材料刀体一般均用
2、普通碳钢或合金钢制作 尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选用合金工具钢或整体高速钢制作机夹、可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头，可转位铣刀等的刀体可用合金工具钢制作 对于一些尺寸较小、刚度较差的精密孔加工刀具，如小直径镗刀、铰刀，为保证刀体有足够的刚度，宜选用整体硬质合金制作，以提高刀具寿命和加工精度,第二节 高速钢高速钢是含有W、Mo、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。,一、通用型高速钢 （含碳量0.70.9%，6266 HRC）1、钨系高速钢 W18Cr4V优点：具有较好的综合性能。因含钒量少，刃磨工艺性好。淬火时过热倾向小，热处理控制较容易。缺点：缺点是碳化物分布不均匀，不宜做大截面
3、的刀具；热塑性较差；钨价高 2、钨钼系高速钢 W6Mo5Cr4V2优点：因一份Mo可代替两份W，这就能减少钢中的合金元素，降低钢中碳化物的数量及分布的不均匀,性，有利提高热塑性、抗弯强度与韧性。加入3-5质量分数的钼，可改善刃磨工艺性。因此6-5-4-2的高温塑性及韧性胜过18-4-1，故可用于制造热轧刀具如扭制麻花钻等。W9M03Cr4V其抗弯强度与韧性均比6-5-4-2好。高温热塑性好，而且淬火过热、脱碳敏感性小，有良好的切削性能。,二、高生产率高速钢 （增加碳量钒量，添加钴铝等,常温硬度6570HRC）1、高钒高速钢 耐磨性提高，刃磨难度加大2、钴高速钢高温硬度和抗氧化能力得到提高，因此
4、能适用于较高的切削速度。3、铝高速钢高温硬度、热塑性与韧性得到提高,三、粉末冶金高速钢是通过高压惰性气体或高压水雾化高速钢水而得到的细小的高速钢粉末，然后压制或热压成形，再经烧结而成的高速钢优点：1)由于可获得细小均匀的结晶组织(碳化物晶粒25m)，从而完全避免了碳化物的偏析，提高了钢的硬度与强度 2)由于物理力学性能各向同性，可减少热处理变形与应力，因此可用于制造精密刀具。,3)由于钢中的碳化物细小均匀，使磨削加工性得到显著改善，含钒量多者，改善程度就更显著。4)粉末冶金高速钢提高了材料的利用率缺点： 成本高 四、涂层高速钢高速钢刀具的表面涂层是采用物理气相沉积(PVD)方法，在适当的高真空
5、度与温度环境下进行气化的钛离子与氮反应，在阳极刀具表面上生成TiN。特点：硬度可高达2200HV，有较高的热稳定性，与钢的摩擦系数较低。切削力、切削温度约下降,25，切削速度、进给量、刀具寿命显著提高。典型涂层：TiC、TiCN、TiAlN、A1TiN、TiAlCN、DLC(diamend-like coating金刚石类涂层)、CBC(carbon-based coating硬质合金基类涂层)。,第三节 硬质合金一、硬质合金组成与性能金属碳化物(WC、TiC、TaC、 NbC等)金属粘接剂 (Co、Ni等) 高压成形后，高温烧结而成。硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于 高速钢 抗弯强度
6、低、脆性大，抗冲击振动性能差,二、普通硬质合金分类、牌号与使用性能,分类,K (YG) 类 P (YT)类 M(YW)类,短切屑铸铁，非铁材料与非金属材料 WC+ Co,加工长切屑的以钢为代表的塑性材料WC+ TiC+ Co,钢材、铸铁等有色金属非金属WC+ TiC+ TaC(NbC)+ Co,常用硬质合金牌号及应用范围,三、细晶粒、超细晶粒合金,普通硬质合金中为几个微米,细晶粒合金平均粒度在1.5m左右,超细晶粒合金粒度在0.21m之间，其中绝大多数在0.5m以下,特点：硬度与强度，抗弯强度，高温硬度都比同样成分的合金高,WC粒度,使用场合：1)高硬度、高强度的难加工材料； 2)难加工材料的
7、间断切削，如铣削等； 3)低速切削的刀具，如切断刀、小钻头、成形刀等； 4)要求有较大前角、后角，较小刀尖圆弧半径的能进行薄层切削的精密刀具，如铰刀、拉刀等刀具。,四、钢结硬质合金是由WC、TiC作硬质相，高速钢作粘结相，通过粉末冶金工艺制成。特点： 可以锻造、切削加工、热处理与焊接。淬火后硬度高于高生产率高速钢，强度、韧性胜过硬质合金。 应用场合：可用于制造模具、拉刀、铣刀等形状复杂的工具或刀具。,五、涂层硬质合金 采用化学气相沉积(CVD)工艺和真空溅射等方法，在硬质合金表面涂覆一层或多层(513m)难熔金属碳化物。,TiC涂层,具有很高的硬度与耐磨性，抗氧化性也好，切削时能产生氧化钛薄膜
8、，降低摩擦系数，减少刀具磨损 ，切削速度可提高40左右 ，适合于精车 。抗弯强度低，涂层易崩裂 。,TiN涂层,TiC-TiN复合涂层,切削温度低，抗月牙洼及后刀面磨损能力比TiC涂层刀片强 ，抗热振性能也较好，适合切削钢与易粘刀的材料 。与基体结合强度不及TiC涂层，而且涂层厚时易剥落,TiC-A12O3 复合涂层,Al2O3使表面层具有良好的化学稳定性与抗氧化性能。,第四节 陶 瓷 一、陶瓷刀具的特点（硬、脆、价格低）陶瓷刀具是以氧化铝(Al2O3)或以氮化硅(Si3N4)为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。 1)有高硬度与高耐磨性，常温硬度达9195HRA，超过硬质合金
9、。 2)有高的耐热性，1200C下硬度为80HRA，强度韧性降低较少。3)有高的化学稳定性。 4)有较低的摩擦系数，切屑不易粘刀，不易产生积屑瘤。 5)强度与韧性低。强度只有硬质合金的12。,6)热导率低，仅为硬质合金的1215，热胀系数比硬质合金高10一30，这就使陶瓷刀抗热冲击性能较差。二、陶瓷刀具的种类与应用特点,氧化铝-碳化物系陶瓷,这类陶瓷是将一定量的碳化物(一般多用TiC)添加到Al2O3中，并采用热压工艺制成，称混合陶瓷或组合陶瓷。,TiC的质量分数达30左右时即可有效地改善刀具的性能。,混合陶瓷适合在中等切削速度下切削难加工材料,氮化硅基陶瓷,氮化硅基陶瓷是将硅粉经氮化、球磨后
10、添加助烧剂置于模腔内热压烧结而成。,性能特点是：1)硬度高，达到18001900HV，耐磨性好。2)耐热性、抗氧化性好，达12001300C。3)氮化硅与碳和金属元素化学反应较小，摩擦系数也较低。,最大特点：能进行高速切削，速度可达500600m/min，而且只要机床条件许可，还可进一步提高速度,氮化硅陶瓷适宜于精车、半精车，精铣或半精铣,第五节 超硬刀具材料一、金刚石(最硬、耐磨性好，耐热性较差 800)1天然单晶金刚石刀具 主要用于非铁材料及非金属的精密加工。不可自由刃磨 2人造聚晶金刚石 人造金刚石是通过合金触媒的作用，在高温高压下由石墨转化而成。人造聚晶金刚石是将人造金刚石微晶在高温高
11、压下再烧结而成，可制成所需形状尺寸，镶嵌在刀杆上使用。可自由刃磨,3金刚石烧结体 是在硬质合金基体上烧结一层约0.5mm厚的聚晶金刚石。金刚石烧结体强度较好，允许切削断面较大，也能间断切削，可多次重磨使用。,金刚石刀具的主要优点,1)有极高的硬度与耐磨性。2)有很好的导热性，较低的热膨胀系数。3)刃面粗糙度较小，刃口非常锋利,缺点,1)耐热度低只有700800C2)易与铁亲和，故不宜加工钢铁材料。,二、立方氮化硼(CBN) （热稳定性和化学惰性大大优于金刚石） 是由六方氮化硼(白石墨)在高温高压下转化而成的。,优点,1)有很高的硬度与耐磨性，达到35004500HV，仅次于金刚石。2)有很高的热稳定性，1300C时不发生氧化，与大多数金属、铁系材料都不起化学作用。3)有较好的导热性，与钢铁的摩擦系数较小。4)抗弯强度与断裂韧性介于陶瓷与硬质合金之间。,能对淬硬钢、冷硬铸铁进行粗加工与半精加工。同时还能高速切削高温合金、热喷涂材料等难加工材料。,
