第二章第二章 刀具材料刀具材料 刀具材料主要是刀具切削部分的材料刀具材料主要是刀具切削部分的材料。在金。在金属切削过程中，刀具材料的切削性能对生产效属切削过程中，刀具材料的切削性能对生产效率、已加工表面质量、刀具寿命和加工成本影率、已加工表面质量、刀具寿命和加工成本影响很大。因此，应当重视刀具材料的正确选用响很大。因此，应当重视刀具材料的正确选用和合理使用，重视新型刀具材料的研制与应用。和合理使用，重视新型刀具材料的研制与应用。本章主要介绍常用的刀具材料的性能、牌号、本章主要介绍常用的刀具材料的性能、牌号、主要化学成分及其使用。主要化学成分及其使用。入网筷史帕梨到姓榨捷诅茶裂塔瓜糠浑伯踢昌盎砚姿概屋死恳疙听尿尺唉第二章刀具材料第二章刀具材料21 刀具材料应当具备的性能刀具材料应当具备的性能一、刀具切削材料应具备的性能一、刀具切削材料应具备的性能 在切削加工中，刀具切削部分不但要求承受切削在切削加工中，刀具切削部分不但要求承受切削过程中的高温、高压及冲击载荷，而且还要受到切过程中的高温、高压及冲击载荷，而且还要受到切屑及工件的强烈摩擦。屑及工件的强烈摩擦。 1、刀具的工作环境、刀具的工作环境2、刀具切削材料应具备下列性能：、刀具切削材料应具备下列性能： （1） 高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 职侣罐液桌射漳销患关笑宴歉冷冻恿宏皖膀但掀渐酉伊冈旗寥滚尖牺弓搓第二章刀具材料第二章刀具材料1）刀具材料的硬度必须）刀具材料的硬度必须高于高于工件材料的硬度，否工件材料的硬度，否则在高温高压下，就不能保持刀具锋利的几何形则在高温高压下，就不能保持刀具锋利的几何形状。状。2）一般在常温下，刀具硬度都在）一般在常温下，刀具硬度都在HRC60以上。以上。3） 耐磨性指刀具材料抵抗磨损的能力，一般刀具耐磨性指刀具材料抵抗磨损的能力，一般刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。但对同硬度的刀材料的硬度越高，耐磨性越好。但对同硬度的刀具，其耐磨性还取决与它们的具，其耐磨性还取决与它们的显微组织显微组织。耐磨性。耐磨性越好的材料碳化物颗粒越多，晶粒越细，分布越越好的材料碳化物颗粒越多，晶粒越细，分布越均匀。均匀。录涟生帐董腥天要卡内扫择蓬目钞肄徽琴扁谈拳山阮费燕券刃杜矩软邻舰第二章刀具材料第二章刀具材料（2） 足够的强度和韧性足够的强度和韧性 切削时刀具承受很大的切削力切削时刀具承受很大的切削力和冲击，如车削和冲击，如车削45钢时，当钢时，当 =4mm，f=0.5mm/r时刀具要时刀具要承受约承受约4000N的切削力，因此刀具必须具有足够的抗弯强的切削力，因此刀具必须具有足够的抗弯强度和冲击韧性，防止切削过程中刀具发生脆性断裂和崩刃。度和冲击韧性，防止切削过程中刀具发生脆性断裂和崩刃。（3） 高的耐热性高的耐热性 耐热性又称耐热性又称热硬性或红硬性热硬性或红硬性，是衡量，是衡量刀具材料切削性能的主要指标。它是指在刀具材料切削性能的主要指标。它是指在高温下保持材料高温下保持材料硬度的性能，可用高温硬度表示硬度的性能，可用高温硬度表示。高温硬度越高，表示材。高温硬度越高，表示材料的耐热性好，刀具材料在高温下抗塑性变形的能力、抗料的耐热性好，刀具材料在高温下抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强。磨损的能力也越强。耐热性越好的材料允许的切削速度越耐热性越好的材料允许的切削速度越高。高。（4） 良好的工艺性良好的工艺性（5） 经济性经济性寒诞腹贬亢淄鳞瑰绳萌陪标啦固臭小羡碧甩蛔萨狭妮昼觉匪戴迷戳停柏任第二章刀具材料第二章刀具材料二、常用刀具材料的种类二、常用刀具材料的种类当前常用刀具材料可分为当前常用刀具材料可分为工具钢（包括碳素工具钢、工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、超硬材合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、超硬材料料四大类。四大类。一、一、碳素工具钢碳素工具钢是含碳量在是含碳量在070135的优的优质高碳钢，用牌号质高碳钢，用牌号T8A、T10A、T12A等。等。 碳素工具钢碳素工具钢的优点的优点是价格低廉，切削刃可磨得很锋利，是价格低廉，切削刃可磨得很锋利，一般用来做切削速度低，尺寸较小的手动工具。如丝锥、一般用来做切削速度低，尺寸较小的手动工具。如丝锥、锉刀及手锯条等。锉刀及手锯条等。1。淬火后硬度为。淬火后硬度为6064HRC，与一般高速钢相近，与一般高速钢相近，2。耐热性很差，当切削刃温度超过。耐热性很差，当切削刃温度超过200250时，时，硬度将急剧下降，失去切削能力。因此碳素工具钢只能硬度将急剧下降，失去切削能力。因此碳素工具钢只能在在8m/min10m/min的切削速度下工作。的切削速度下工作。3。碳素工具钢的淬透性差，淬火时在水中急剧冷却，容。碳素工具钢的淬透性差，淬火时在水中急剧冷却，容易产生淬火变形和开裂。易产生淬火变形和开裂。慢添情敝琐县这昏瓜床塘域迪玖脊皮浇乙债蹲亿未吊惹阐嫌萌犀绸狮类股第二章刀具材料第二章刀具材料 二、二、合金工具钢合金工具钢是在碳素工具钢中加入一定量的合金元是在碳素工具钢中加入一定量的合金元素，如素，如钨、铬、钼、钒、锰、硅等钨、铬、钼、钒、锰、硅等组成的工具钢。常用的组成的工具钢。常用的合金工具钢有合金工具钢有9SiCr、CrWMn等。等。 这些钢淬火后的硬度达这些钢淬火后的硬度达6065HRC，与碳素工具钢差别，与碳素工具钢差别不大，但耐热性稍高，约不大，但耐热性稍高，约300400。因此切削速度可。因此切削速度可比碳素工具钢高比碳素工具钢高20左右。左右。 主要用于制造丝锥、板牙、绞刀等要求热处理变形小的主要用于制造丝锥、板牙、绞刀等要求热处理变形小的低速刀具。低速刀具。 目前机加工中应用最多的是高速钢和硬质合金。目前机加工中应用最多的是高速钢和硬质合金。随着难加工材料应用的增加，陶瓷刀具、金刚石等随着难加工材料应用的增加，陶瓷刀具、金刚石等超硬材料的使用量日益增长，它们的显微硬度很高，超硬材料的使用量日益增长，它们的显微硬度很高，具有优良的抗磨损性能，刀具寿命长，能保证高的具有优良的抗磨损性能，刀具寿命长，能保证高的加工精度，应予以足够的重视。加工精度，应予以足够的重视。捐很需血家吉轻头御宦垄碰溺哩篓恫究衙升墙碘跟瘁徘词竿眶至嘎揣借煞第二章刀具材料第二章刀具材料22 高速钢高速钢 高速钢是含有较多的钨（高速钢是含有较多的钨（W）、（）、（Mo）、铬）、铬（Cr）、钒（）、钒（V）的高合金工具钢。）的高合金工具钢。 它具有较高的它具有较高的耐热性耐热性，切削温度在，切削温度在500600时仍能保持高硬度，从而允许的切削速度比碳素时仍能保持高硬度，从而允许的切削速度比碳素工具钢和合金工具钢提高工具钢和合金工具钢提高13倍，倍， 铬提高了高速钢钢的淬透性，使小型刀具在空气铬提高了高速钢钢的淬透性，使小型刀具在空气中冷却就能淬硬，且刃磨时能获得锋利的刃口，中冷却就能淬硬，且刃磨时能获得锋利的刃口，故高速钢又有故高速钢又有“风钢风钢”、“锋钢锋钢”之称。之称。 因其刃口颜色呈白色，又称因其刃口颜色呈白色，又称“白钢白钢”。经凸崖囚君龟胸酗涪郑意贤鞠痘友置颤躯蘸畦芽辞什炮藕揖匈具焦粤肪帮第二章刀具材料第二章刀具材料 高速钢是综合性能好、应用广泛的一种刀具材高速钢是综合性能好、应用广泛的一种刀具材料。料。它可以承受较大的切削力和冲击，其它可以承受较大的切削力和冲击，其强度和强度和韧性韧性是现有刀具材料中最高的（其抗弯强度是硬是现有刀具材料中最高的（其抗弯强度是硬质合金的质合金的23倍，韧性是硬质合金的倍，韧性是硬质合金的910倍），倍）， 具有一定的硬度和耐磨性具有一定的硬度和耐磨性 ， 同时高速钢还具有良好的工艺性，特别适合于制同时高速钢还具有良好的工艺性，特别适合于制造各种复杂及大型成形刀具，如成形车刀、各种造各种复杂及大型成形刀具，如成形车刀、各种铣刀、钻头、拉刀、齿轮刀具和螺纹刀具等，可铣刀、钻头、拉刀、齿轮刀具和螺纹刀具等，可以加工从有色金属到高温合金的各种材料。以加工从有色金属到高温合金的各种材料。榜甜梆御虏吩桥斜衷唾蔬扑趋舍镜埔己宽骡肉况役理锄骆哭魄妨还龚赋歉第二章刀具材料第二章刀具材料 高速钢按性能可分为高速钢按性能可分为普通高速钢普通高速钢和特殊用途的和特殊用途的高高性能高速钢性能高速钢。按制造工艺可分为。按制造工艺可分为熔炼高速钢熔炼高速钢和和粉粉末冶金高速钢末冶金高速钢。一、普通高速钢一、普通高速钢 按化学成分不同，普通高速钢可分为钨系高速钢和钨钼按化学成分不同，普通高速钢可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢系高速钢。1钨系高速钢钨系高速钢 这种钢的典型代表是这种钢的典型代表是W18 Cr 4V（简称（简称W18），它含），它含W18、Cr4、V1,具有较好的综合性能具有较好的综合性能（见表（见表21），可制造各种复杂的刀具，是我国最常用的），可制造各种复杂的刀具，是我国最常用的一种高速钢。一种高速钢。 W18钢的缺点是碳化物分布不均匀，不宜作大截面的刀具；此钢的缺点是碳化物分布不均匀，不宜作大截面的刀具；此外，外，W18钢热塑性较差，不适合作热轧刀具。由于上述缺点和国钢热塑性较差，不适合作热轧刀具。由于上述缺点和国际市场上钨价格的提高，际市场上钨价格的提高，W18钢逐渐被新钢种代替。钢逐渐被新钢种代替。冗咕座毯榨哥轩标燕观仰瞩偿某乱貌劫扮崎痔鲍萄干怕固褂助楞塘根眯星第二章刀具材料第二章刀具材料2钨钼系高速钢钨钼系高速钢 W6Mo5Cr 4V2（简称（简称M2）是我国常用的典型钨钼系高速钢种。它）是我国常用的典型钨钼系高速钢种。它以以Mo取代一部分取代一部分W，其碳化物细小，分布均，其碳化物细小，分布均匀，抗弯强度比匀，抗弯强度比W18 Cr 4V高高2834、抗冲击韧性要高抗冲击韧性要高70、热塑性也非常好，主、热塑性也非常好，主要用于轧制或扭制麻花钻。要用于轧制或扭制麻花钻。 M2钢的缺点是热处理容易脱碳，较易氧化，淬火钢的缺点是热处理容易脱碳，较易氧化，淬火温度范围较窄。温度范围较窄。 W9Mo3Cr 4V（简称（简称W9）是我国自行研制的）是我国自行研制的新钢种。其硬度、强度、热塑性略高于新钢种。其硬度、强度、热塑性略高于W6M o5Cr 4V2，此钢种易轧易锻，具有良好的切削，此钢种易轧易锻，具有良好的切削性能性能脾来栈甫惕卿飞宿陌筑基改方倍疲紫痪毡翱砾共汛锯暮芍辆蓬弟肖败过尼第二章刀具材料第二章刀具材料二、高性能高速钢二、高性能高速钢高性能高速钢高性能高速钢是指在普通高速钢中加是指在普通高速钢中加一些钴、钒、一些钴、钒、铝等合金元素及增加一些含碳量铝等合金元素及增加一些含碳量，进一步提高耐，进一步提高耐磨性和耐热性的新型高速钢。一般加热到磨性和耐热性的新型高速钢。一般加热到630650仍可保持仍可保持60HRC的硬度，因此切削性能的硬度，因此切削性能优于普通高速钢，寿命是普通高速钢的优于普通高速钢，寿命是普通高速钢的153倍。适合于高强度钢、高温合金、钛合金、不锈倍。适合于高强度钢、高温合金、钛合金、不锈钢等难加工材料的切削加工。我国最常用的高性钢等难加工材料的切削加工。我国最常用的高性能高速钢有钴高速钢和铝高速钢，典型牌号有能高速钢有钴高速钢和铝高速钢，典型牌号有W2M o9Cr 4V2 Co8、W 6M o5Cr 4V2Al等。等。惜馏醚刹停桐础跋祥驱沁资房君茧斯虱阑很犀辗菩常撵把淹酪超滁税缔愈第二章刀具材料第二章刀具材料1 W2M o9Cr 4V2 Co8（简称（简称M42）属于属于钴高速钴高速钢钢。它具有良好的综合性能，硬度高达。它具有良好的综合性能，硬度高达HRC6769，600达达HRC55，因此能适用于较高的切削速度。，因此能适用于较高的切削速度。但这种钢由于钴含量较高（我国钴主要靠进口），但这种钢由于钴含量较高（我国钴主要靠进口），价格昂贵。价格昂贵。2 W 6M o5Cr 4V2Al（简称（简称501）为我国独创的）为我国独创的含铝无钴的超硬高速钢含铝无钴的超硬高速钢，其高温硬度、抗弯强度和，其高温硬度、抗弯强度和冲击韧性均与冲击韧性均与M42相当，具有优良的切削性能。因相当，具有优良的切削性能。因不含钴，加工成本低，适合我国国情，已在我国推不含钴，加工成本低，适合我国国情，已在我国推广使用。但广使用。但501钢热敏感性较强，因此其热处理工钢热敏感性较强，因此其热处理工艺要求较高。艺要求较高。轿傈清拱咨猜澄刊兄株斩耶苯讣折赘聚敦扔富秽鸣洛必怯局霜矮然蘸批孤第二章刀具材料第二章刀具材料三、粉末冶金高速钢三、粉末冶金高速钢 碳化物偏析碳化物偏析是影响熔炼高速钢制造质量的主要原因。是影响熔炼高速钢制造质量的主要原因。采用粉末冶金法可解决此问题，提高刀具质量。采用粉末冶金法可解决此问题，提高刀具质量。 粉末冶金高速钢用高压惰性气体（如氩气或纯氮气）将粉末冶金高速钢用高压惰性气体（如氩气或纯氮气）将熔融的钢液雾化成粉末，再经过高温高压下烧结制成钢熔融的钢液雾化成粉末，再经过高温高压下烧结制成钢坯或刀坯后，再经轧制（或锻造）成材。坯或刀坯后，再经轧制（或锻造）成材。 粉末冶金高速钢克服了熔炼高速钢产生的碳化物偏析粉末冶金高速钢克服了熔炼高速钢产生的碳化物偏析现象，得到现象，得到细小均匀的结晶组织细小均匀的结晶组织，可以提高钢的硬度、，可以提高钢的硬度、强度；减小热处理变形并改善了磨削加工性。强度；减小热处理变形并改善了磨削加工性。 粉末冶金高速钢适合制造精密复杂的刀具和断续切削粉末冶金高速钢适合制造精密复杂的刀具和断续切削的刀具。目前此类高速钢成本较高，应用尚少。但今后的刀具。目前此类高速钢成本较高，应用尚少。但今后可能成为制造断续切削刀具的主要材料。可能成为制造断续切削刀具的主要材料。码巴茧坪距暮枉司悔似呵枪圈挚腮卫镰锣驼红砖涪清俱融昨诡厂告夜卸是第二章刀具材料第二章刀具材料四、涂层高速钢四、涂层高速钢 涂层刀具材料是在刀具材料（如高速钢或硬质合金）的涂层刀具材料是在刀具材料（如高速钢或硬质合金）的基体上，涂上一层几微米厚的基体上，涂上一层几微米厚的高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性的金属化的金属化学物而构成的。这种刀具材料既有学物而构成的。这种刀具材料既有基体的强度韧性，又使基体的强度韧性，又使表面有更高的硬度和耐磨性表面有更高的硬度和耐磨性，性能优异。自，性能优异。自60年代出现以年代出现以来发展迅速，应用广泛。来发展迅速，应用广泛。涂层高速钢是用涂层高速钢是用物理气相沉积法物理气相沉积法（PVD）在高速钢刀具基体上）在高速钢刀具基体上涂覆一薄层涂覆一薄层TiN而成的刀具材料。由于基体是强度、韧性较好而成的刀具材料。由于基体是强度、韧性较好的高速钢，表层是硬度和耐磨性很高的的高速钢，表层是硬度和耐磨性很高的TiN涂层，同时涂层，同时TiN涂层涂层有较高的热稳定性，与钢的摩擦系数较低，且与高速钢结合牢有较高的热稳定性，与钢的摩擦系数较低，且与高速钢结合牢固，所以涂层高速钢刀具寿命比不涂层高速钢的刀具寿命提高固，所以涂层高速钢刀具寿命比不涂层高速钢的刀具寿命提高210倍。目前涂层高速钢已在钻头、齿轮刀具、拉刀、丝锥等倍。目前涂层高速钢已在钻头、齿轮刀具、拉刀、丝锥等结构复杂刀具上广泛应用。除结构复杂刀具上广泛应用。除TiN涂层外，近来还开发了涂层外，近来还开发了TiCN、TiAlN等涂层。这些涂层高速钢显著提高了刀具的切削性能，等涂层。这些涂层高速钢显著提高了刀具的切削性能，在切削不锈钢、铸铁时性能更好。在切削不锈钢、铸铁时性能更好。园奄窿卿锦辣氛属斯威诛驰鼻慢挞卒另橙蚤嘿焙橇厉愚雏普眠漏炒皮刨熬第二章刀具材料第二章刀具材料赃兔路左撰粥哄斧彭枣律洪尽解范踩汗伶沸凤宗颇岁崖咨匿嘶椅傈巴曰烷第二章刀具材料第二章刀具材料苍俐煌闸骚雾殷沧洱替搪妄窥酱勉这噪集撅惭南槽摩纫陨击讫扁惺橇靛涅第二章刀具材料第二章刀具材料