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1、切削刀具的材质1青苗辅导高硬度高硬度Hardness Hardness 高耐磨性高耐磨性 Wear resistanceWear resistance足够的强度与冲击韧性足够的强度与冲击韧性 Strength & ToughnessStrength & Toughness高耐热性高耐热性 Hot hardnessHot hardness 化学稳定性化学稳定性Chemical stability and inertnessChemical stability and inertness良好的工艺性能和经济性良好的工艺性能和经济性economicseconomics刀具材料应具备的基本性能刀具材料
2、应具备的基本性能 Characteristics of cutting tools2青苗辅导刀具材料的发展及现状刀具材料的发展及现状Introduction使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m/min左右；20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分切削速度提高到每分钟几十米；钟几十米；3 30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度提高，使切削速度提高到每分钟一千米以上到每分钟一千米以上；被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。3青苗辅导刀具基体材料分类刀具基体材料分类4青苗辅导记记号号分分类记类记号号使用用
3、途使用用途的的大分大分类类钢材钢材代表例代表例P P（种种）P01P01P50P50钢炭素钢（S15C）、合金钢（SCM435）M M（种种）M01M01M40M40不锈钢耐热钢奥氏体系不锈钢（SUS304）K K（种种）K01K01K40K40铸铁灰铸铁（FC200）、球墨铸铁(FCD450）N N（种种）N01N01N30N30非铁材料铝、铜S S（种种）S01S01S30S30难削材钛合金（Ti-6A-4V）NI基合金H H（种种）H01H01H30H30高硬度材HRC40以上标准（烧结材）刀刀具具材质的材质的分分类和类和使用使用用途用途分类记号的数値越小,耐摩耗性越优秀、记号越大耐欠损
4、性越优秀。5青苗辅导高速钢HSS(High Speed Steel)高速钢是一种含钨、钼、铬、钒等合金元素较多的合金工具钢，有良好的综合性能。热处理后硬度为HRC62-65，耐热性为550-600，强度和韧性和，特别适用于制造复杂刀具。受耐热温度限制，不适宜高速切削。 我国常用的高速钢牌号有我国常用的高速钢牌号有W6Mo5Cr4V2和W6Mo3Cr4V.W2Mo9Cr4VCo8(M48)是引进的高速钢品牌，用于难加工材料和较高速度切削。在高速钢刀具上涂上2到5微米的TiN薄膜，刀具寿命可提高25倍。6青苗辅导记号记号分类记分类记号号主成分主成分使用用途使用用途的的大分大分类类P P（种种）P0
5、1P01P50P50WC+Co+TiC+(TaC）钢M M（种种）M01M01M40M40WC+Co+TiC+(TaC）不锈钢K K（种种）K01K01K40K40WC+Co铸铁3.3.硬硬质合金质合金通常情况下，在炭化钨（ WC ）的粉末里、混入钴（Co）等粉末、两者烧结而成的合金称之为 超硬合金 （超硬） 。以WC-Co的超硬合金为基础、按不同的使用用途来添加TiC和TaC等炭化物。一般情况下,通过TiC和TaC 等的添加、耐热性提高。7青苗辅导3-23-2硬硬质合金的合金的组织P P种种M M种种K K种种 WC+Co+TiC+(TaC）WC+Co+TiC+(TaC）WC+CoWC+Ti
6、CTaC（1030%）WC+TiCTaC（215%）WC记号号主成分主成分硬質相硬質相组织结构构例例Ti、Ta硬质姿态(灰色)W的硬质姿态(白色)Co姿态(黒色)8青苗辅导VacuumVacuumAirAir調合調合粉砕粉砕调整调整造粒造粒 成形成形烧烧烧烧成成成成研削研削材料工程材料工程加工工程加工工程硬质合金刀片的制作方法9青苗辅导金属陶瓷金属陶瓷金属陶瓷(CERMET)是陶瓷(CERCERAMIC)和金属（METMETAL）的合成语。一般的金属陶瓷硬质相中的主成分是钛（Ti）、钽（Ta)、铌（Nb）的炭化物、炭氮化物、及氮化物.炭化钨（WC）的成分较少的材料。陶瓷+金属瓷金CERCERA
7、MICAMIC+METMETALALCERMETCERMETiC，TaC，NbCTiN，TiCN+Co，Ni10青苗辅导金属陶瓷的特长金属陶瓷的特长1)耐摩损性优秀 与超硬相比高温硬度高炭化钛炭化硼氮化钛TiCTiCNbCNbCTiNTiN硬度硬度(HV)(HV)310024351950融点融点()()322536503000耐酸化耐酸化抵抗上限抵抗上限温度温度()()115010501250 炭化物、氮化物的特征红色框内为金属陶瓷的主成分黒色黒色陶瓷陶瓷(Al(Al2 2O O3 3-TiC-TiC系系) )金属陶瓷的优势金属陶瓷的优势与超硬相比，更能实现高速切削金属陶瓷的高温硬度炭化钨钴（
8、金属）炭化钽WCWCCoCoTaCTaC硬度硬度(HV)(HV)17802501800融点融点()()290014933800耐酸化耐酸化抵抗上限抵抗上限温度温度()()650300105011青苗辅导2）和被削材（Fe）的亲和性低 很难发生铁屑积瘤金属陶瓷金属陶瓷硬硬质合金质合金【积屑瘤】被削材的一部变质硬化、附着在切刃上。对精加工面尺寸和工具寿命有影响。金属陶瓷的优势金属陶瓷的优势能得到很好光泽的精加工面能得到高精度 / 高品位的精加工面铁屑积屑瘤发生的比较铁屑积屑瘤发生的比较12青苗辅导抗化學性磨損抗化學性磨損碳化鈦碳化鈦-氮化鈦氮化鈦 金屬陶瓷金屬陶瓷 非塗層非塗層硬質合金硬質合金PV
9、D塗層塗層硬質合金硬質合金13青苗辅导抗抗 熱熱 衝衝 擊擊PVD塗層塗層硬質合金硬質合金 非塗層非塗層硬質合金硬質合金碳化鈦碳化鈦-氮化鈦氮化鈦 金屬陶瓷金屬陶瓷冷卻液冷卻液不能用在粗車不能用在粗車 或或 銑削銑削14青苗辅导刀具刀具寿寿命命長的刀具壽命在於精加工長的刀具壽命在於精加工,半精加工半精加工被加工工件材料被加工工件材料低低 & 中碳鋼中碳鋼,易削鋼易削鋼,不銹鋼不銹鋼 & 長屑的球莫鑄鐵長屑的球莫鑄鐵材料硬度材料硬度低於低於 40 HRc加工型式加工型式半精半精 &精加工精加工速度速度&進給量進給量中等速度中等速度 (與與Al2O3接近接近) 小的走刀量小的走刀量碳化鈦碳化鈦-氮
10、化鈦金氮化鈦金属属陶瓷陶瓷应应用提示用提示15青苗辅导 陶瓷陶瓷各種工具材料的高温硬度黒色黒色陶瓷陶瓷(Al(Al2 2O O3 3-TiC-TiC系系) )一般是指把Al2O3（三氧化铝）或Si3N4（氮化硅）为主原料加上微量的金属氧化物及碳化物而烧结成的材料。 陶瓷工具的特长陶瓷工具的特长高温度,高耐酸化性优秀适于高速切削【陶瓷刀具的应用】铸铁的高速加工高硬度材的精加工（ Al2O3+TiC）但是 、要实现高于陶瓷以上的高速切削、長寿命加工时,推荐使用CBN工具。16青苗辅导 CBN CBN CBN CBN的特长的特长CBN是高硬度材，耐摩耗性优秀。适合于高硬度材和烧结金属的精加工和铸铁的
11、高速加工。材种用途针对切削热的安定性构成元素和硬度不適用被削材CBNCBN（KBN系列）高硬度材切削 (SCM,SKD等高 硬度淬火的材料)铸铁的高速切削1000以下无急剧強烈变化由硼素(B)氮素(N)构成、硬度仅次于钻石奥氏体系不锈钢 (SUS304,SUS316等)亚铁监系不锈钢 (SUS405,SUS430等)耐热合金 (因科镍等)硬质镀铬钢软铁(SS41,S45C等)CBN：Cubic Boron Nitride(立方晶氮化硼素)的略称。 CBN,就是在高温高压下对立方晶氮化硼烧结而成的多結晶CBN（立方晶氮化硼）工具。17青苗辅导立方氮化硼 (CBN)立方氮化硼立方氮化硼(CBN)(
12、CBN)是纯人工合成的材料是纯人工合成的材料。它是由六方晶体氮化硼CBN微粉与少量粘结相(Co、Ni或TiN、TiC或Al2O3)在高温高压下烧结而成。氮化硼有很高的硬度(仅次于金刚石)和耐热性(1300、1500度)，优良的化学稳定件(远优于金刚石)和导热性，低的摩擦系数。PCBN与Fe族元素亲和性很低，所以它是高速切削黑色金属较理想的刀具材料。但在高温时易与水发生反应，所以一般用于干切削。适于精加工淬硬钢，冷硬铸铁，高温合金、硬质合金等难加工材料。18青苗辅导金刚石金刚石所谓的钻石工具，就是把合成钻石粒子在高温高圧下进行烧结，然后与超 硬合金融合而成的多結晶钻石（PCD）。钻石工具的特长钻
13、石是高硬度物质，耐摩耗性优秀、高速切削加工成为可能。在铝合金黄銅等的非鉄金属加工，高速加工和超硬陶瓷玻璃纤维塑料的加工上发挥其性能。材種用途针对切削热的安定性构成元素和硬度不适用被削材(不适合加工的材料)PCDPCD(多结晶钻石)非铁金属切削 (铝,铝合金，铜,紫铜,钛,钛合金等)非金属切削 (玻璃纤维,塑料等)600程度上变成CO2及C由炭素(C)构成、地球上最硬材质鉄鋼 (SS41,S45C,FC,FCD等)耐熱合金 (因科镍等)不锈钢PCD：Polycrystalline diamond(多结晶钻石)的略称。不能用于一般钢和铸铁等鉄系材料的切削。19青苗辅导刀具的涂层刀具的涂层硬质硬质母
14、材母材（超硬合金（超硬合金和瓷金和瓷金） 涂层母材硬度（Hv）弯曲强度(MP)超硬WC-(TiC)-Co1300-16001500-2300瓷金TiC(N)-Ni/Co1500-18001300-1700膜种硬度(Hv)耐氧化性耐摩耗性TiN20002400TiC32003800TiCN30003500TiAlN23002500Al2O322002400硬质母材的特征（参考值）涂层涂层膜的特征（参考值）涂层材料（TiN，TiC，TiCN，TiAlN，Al2O3etc) 为使产品表面受到保护和到达变硬的目的、对各种材料进行表面渡膜。 切削工具的场合、在超硬合金和瓷金的硬质母材上渡上涂层材料。 通
15、过表面的渡膜、工具的高速切削和長寿命化变成可能。20青苗辅导 TiCTiC / TiCN/ TiCN：硬度高耐摩耗性耐摩耗性好好（机械性机械性摩耗）摩耗） AlAl2 2O O3 3 / TiAlN/ TiAlN：耐高温性强抗氧化性好抗氧化性好（热热的摩耗）的摩耗）涂层的特长涂层的特长涂层涂层膜膜的特征的特征氧氧化化开始开始温度（温度（）200 400 600 800 1000200 400 600 800 10000 010203040(GPa)硬硬度度Al2O3（参考：酸化物）（参考：酸化物）TiAlNTiNTiCNTiC（参考：超硬母材）（参考：超硬母材）21青苗辅导CVDCVD法（化学
16、法（化学涂层涂层法）法）PVDPVD法（物理法（物理涂层涂层法）法）成膜成膜样式样式处理处理温度温度90090011001100400400600600付付着状态着状态( (全面均一全面均一) ) ( (不在不在固定部分固定部分) )密着强度密着强度( (比比CVDCVD低低) )成膜物成膜物质质TiNTiN、TiCNTiCN、TiCTiCAlAl2 2O O3 3TiNTiN、TiCNTiCN、TiCTiC、TiAlNTiAlN脆化脆化( (劣化劣化) )層層容易发生容易发生( (根据根据母材母材可软化可软化) )很难发生很难发生涂层的涂层的方法方法H2CH4N2排気反应炉电热器制品(刀片)
17、TiCl4防臭阀真空泵电源反応气(C2H2、N2)排気真空泵电子柱制品(刀片)离子涂层原料(Ti)22青苗辅导CVD vs PVD塗層溫度塗層溫度基體軔性基體軔性圖層殘餘應力圖層殘餘應力切削刃口的幾何設計切削刃口的幾何設計1000 CO500 COCVDPVD減小減小張力張力倒圓倒圓與不塗層相同與不塗層相同壓力壓力峰利或倒圓峰利或倒圓CVDPVD常見的常見的Al2O3可有較厚的塗層可有較厚的塗層絕緣塗層絕緣塗層很難附著很難附著大多數是單層大多數是單層23青苗辅导不易損壞不易損壞塗層無細縫塗層無細縫細小的顆粒和光滑的塗層表面細小的顆粒和光滑的塗層表面在加工時較小磨擦的熱在加工時較小磨擦的熱保持基
18、體的強度保持基體的強度能塗在鋒利的刃口上能塗在鋒利的刃口上为什么为什么用用PVD涂层涂层特別適用於銑削特別適用於銑削,螺紋螺紋,割槽割槽,切斷切斷,和精車的應用和精車的應用典型的加工工件材料典型的加工工件材料:碳鋼碳鋼,合金鋼合金鋼,淬火鋼淬火鋼,不銹鋼不銹鋼,高溫合高溫合金金,鎳基合金鎳基合金PVD 涂层涂层刀具刀具的应用的应用24青苗辅导塗塗 層層 厚厚 度度最佳化的厚度提供最大的生產能力最佳化的厚度提供最大的生產能力太薄的塗層太薄的塗層:塗層效果只能維持短塗層效果只能維持短時間時間太厚的塗層太厚的塗層:塗層脫落塗層脫落能起作用的塗層厚度能起作用的塗層厚度: 2-20 umCVD塗層塗層:點型厚度在點型厚度在 10 umPVD塗層塗層:點型厚度在點型厚度在 2-5 um25青苗辅导根据工件根据工件硬度硬度选择刀具材质选择刀具材质65 RC60 RC55 RC45 RC35 RC225 BHN175 BHNCarbidePVDCoatedCarbideCVDCoatedCarbideCermetAluminaCeramicCBN26青苗辅导
