刀具材料应具备的性能
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据化学成分，可分为钨系、钨钥系和钥系高速钢;根据制造方 法，可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。 (1)普通高速钢普通高速钢工艺性能好，切削性能可满足一 般工程材料的常规加工要求。
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第二节 常见刀具材料
(2)高性能高速钢高性能高速钢是在普通型高速钢中增加 C,V，添加Co, Al等合金元素的新钢种。其常温硬度可达67 一70HRC，耐磨性和耐热性有显著提高，能用于不锈钢、 耐热钢和高强度钢等难加工材料的切削加工。
(3) 冶金高速钢粉末冶金高速钢是把高频感应炉熔炼好的高 速钢钢水置于保护气罐中，用高压隋性汽体(如氢气)雾化成 细小的耀日丈，然后用高温、高压压制、烧结而成。它克服 了一般熔炼方法产生的粗大共晶偏析，热处理变形小，韧性、 硬度较高，耐磨性好。用它制成的刀具，可切削各种难加工 材料。
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第三节 其他刀具材料
3.复合氮化硅Si3N4一TiC一Co陶瓷 这类陶瓷是将硅粉氮化、球磨后，添加助烧剂，置于模腔内
热压烧结而成。 氮化硅陶瓷最大的特点是能进行高速切削，车削灰铸铁、球
墨铸铁、可锻铸铁等材料效果更为明显。氮化硅陶瓷适合于 精车、半精车、精铣或半精铣;还可用于精车铝合金，达到以 车代磨。
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第三节 其他刀具材料
3.复合金刚石刀片 这类刀片是在硬质合金基体上烧结一层约0. 5mm厚的聚晶
金刚石。复合金刚石刀片强度较好，允许切削断面较大，也 能间断切削，可多次重磨使用。 金刚石刀具主要用于非铁金属及其合金进行精密加工、超精 加工，还能切削高硬度非金属材料，如压缩木材、陶瓷、刚 玉、玻璃等的精加工，以及难加工的复合材料的加工。 二、立方氮化硼(cBN) 立方氮化硼是六方氮化硼的同素异构体，是人类已知的硬度 仅次于金刚石的物质。 立方氮化硼刀片可用机械夹固或焊接的方法固定在刀杆上， 也可以将立方氮化硼与硬质合金压制在一起成为复合刀片。
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第二节 常见刀具材料
7.钢结硬质合金 钢结硬质合金的代号为YE。它以WC,TiC作硬质相(占
30% ~40%)，以高速钢(或合金钢)作黏结相(占 60%~70%)。
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第三节 其他刀具材料
一、金刚石 金刚石是碳的同素异构体。它的硬度极高，接近于10
000HV(硬质合金仅为1 300一1 800HV )，是目前已知 的最硬材料。 1.天然单晶金刚石刀具 单晶金刚石结晶界面有一定的方向，不同的晶面上硬度与耐 磨性有较大的差异，刃磨时需选定某一平面，否则影响刃磨 与使用质量。 2.人造聚晶金刚石 聚晶金刚石是将人造金刚石微晶在高温高压下再烧结而成， 可制成所需形状尺寸，镶嵌在刀杆上使用。由于其抗冲击强 度提高，可选用较大切削用量。
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第二节 钨、铬、钒、相等合金元素的高
合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具 材料中最高的。 1.高速钢的特点 高速钢是加入了W,Mo,Cr,V等合金元素的高合金工具钢， 其合金元素W,Mo,Cr,V等与C化合形成高硬度的碳化物，使 高速钢步埔书独子的耐磨J性。W和C的原子鬓洽力很强，提 高了马氏体受热时的;封脾稳定性，使钢在550℃一600℃ 时仍能保持高硬度，增加了钢的热硬性。Mo的作用与W基 本相同，并能细化碳化物晶粒，提高钢中碳化物的均匀性，
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第三节 其他刀具材料
三、陶瓷 陶瓷具有很高的高温硬度和耐磨性，在1 200℃高温时仍具
有较好的切削性能，其化学稳定性好，在高温下不易氧化， 与金属亲合力小，不易发生豁结和扩散。 1.高纯氧化铝Al2O3陶瓷 这类陶瓷的主要成分是Al2O3 ，加入微量Mg0(用于细化晶 粒)，经冷压烧结而成。为92 ~94HRA，抗弯强度为0. 392~0. 491 GPa。 2.复合氧化铝Al2O3一TiC陶瓷 这类陶瓷是在Al2O3基体中添加TiC, Ni, W和Co等合金元 素，经热压烧结而成，硬度为93~94HRA，抗弯强度为0. 586~0.785 GPa。
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第二节 常见刀具材料
从而提高钢的韧性。V与C的结合力比W的更强，以稳定的 VC形式存在，且VC晶粒细小，分布均匀，硬度很高，V使 钢的热硬性提高的作用比W哪虽烈。W和V的碳化物在高温 时有力地起到阻止晶粒长大的作用。
2.高速钢的种类 高速钢根据切削性能，可分为普通高速钢和高性能高速钢;根
第二节 常见刀具材料
二、硬质合金
硬质合金的发展很快，现已成为主要的刀具材料之一。目前 车削刀具大都采用硬质合金，其他刀具采用硬质合金的也日 益增多，如硬质合金端铣刀、立铣刀、镬刀、拉刀、铰刀等。
1.钨钻类(YG类)硬质合金 YG类硬质合金相当于ISO标准的K类，主要由WC和Co组
成，其常温硬度为88 ~91 HRA，切削温度可达 800℃~900 ℃ ，常用的牌号有YG3,YC,6,YG8等。YG 类硬质合金的抗弯强度和冲击韧度较好，不易崩刃，适合切 削脆性材料，如铸铁。YG类硬质合金的刃磨性较好，刃口可 以磨得较锋利，同时导热系数较大，可以用来加工不锈钢和 高温合金钢等难加工材料、非铁金属及纤维层压材料。
第二章 刀具材料
第一节 刀具材料应具备的性能 第二节 常见刀具材料 第三节 其他刀具材料
第一节 刀具材料应具备的性能
一、硬度、耐磨性和耐热性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，
这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在 60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削 条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组 织的稳定性。 二、足够的强度和韧性 这是满足刀刃在承受重载荷及机械冲击时不致破损的需要。 切削时，刀具切削部分要承受很大的切削力、冲击和振动， 为避免崩刃和折断，刀具材料应具有‘足够的强度和韧性。
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第二节 常见刀具材料
6.涂层硬质合金 涂层硬质合金采用韧性较好的基体和硬度、耐磨性极高的表
层，通过化学气相沉积(CVD)等方法实行表面涂层，是20 世纪的重大技术进展，较好地解决了刀具的硬度、耐磨性与 强度、韧性之间的矛盾，因而具有良好的切削性能。 涂层材料主要有TiC,TiN,Al2O3及其他复合材料。TiC涂层 具有很高的硬度与耐磨性，抗氧化性也好，切削时能产生氰 化钦薄膜，降低摩擦系数，减少刀具磨损。TiN涂层在高温 时能形成氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗豁结性能好， 能有效地降低切削温度。
第二节 常见刀具材料
2.钨钻钦类硬质合金 YT类硬质合金相当于ISO标准的P类，主要由WC, TiC和
Co组成，其常温硬为89~93 HRA，切削温度可达 800℃~1000 ℃ ，常用的牌号有YT5 , YTlS , YT30等。 YT类硬质合金中加入TiC，使其硬度、耐热性、抗豁结性和 抗氧化能力均有所增加，从而提高了刀具的切削速度和刀具 耐用度。 3.钨钻钦担类硬质合金 W类硬质合金相当于ISO标准的M类，它是在普通硬质合金 中加入了TaC或NbC等稀有难熔金属碳化物，从而提高了硬 质合金的韧性和耐磨性，使其具有较好的综合切削性能。
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第一节 刀具材料应具备的性能
三、良好的工艺性能和经济性 这是为了便于使用和推广的需要。刀具材料具有良好的工艺
性能，可以进行锻、轧、焊接、切削加工和磨削、热处理等， 方便制造加工，满足各种加工的需要。 四、良好的导热性和较小的膨胀系数 这是提高加工精度的需要。在其他条件相同的情况下，刀具 材料的导热系数越大，则由刀具传出的热量越多，有利于降 低切削温度、提高刀具耐用度。 五、稳定的化学性能和良好的抗猫结性能 这是提高刀具抗化学磨损的需要。刀具材料的化学性能稳定， 在高温、高压下，才能保持良好的抗扩散、抗氧化的能力。
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第二节 常见刀具材料
4.碳化钦基类《YN类)硬质合金 YN类硬质合金相当于ISO标准的P类，又称为金属陶瓷，它是
以TiC为主要成分，以Ni和Mo为豁结剂的硬质合金，具有很高 的硬度，与工件材料的亲和力较小，可采用较高的切削速度。 因此，它适用于高速精加工普通钢、工具钢和淬火钢。 5.超细晶粒硬质合金 这是一种高硬度、高强度兼备的硬质合金，具有‘硬质合金的 高硬度和高速钢的高强度。因此，这类合金可用于间断切削， 特别是难加工材料的间断切削;加工难加工材料时，其刀具耐用 度可比普通硬质合金高3~10倍;这类合金适用于高速钢刀具耐 用度不够，一般硬质合金又易崩刃的场合，对于切断和端面车 削这类切削速度变化范围很宽的加工也是很适宜的。
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第二节 常见刀具材料
(2)高性能高速钢高性能高速钢是在普通型高速钢中增加 C,V，添加Co, Al等合金元素的新钢种。其常温硬度可达67 一70HRC，耐磨性和耐热性有显著提高，能用于不锈钢、 耐热钢和高强度钢等难加工材料的切削加工。
(3) 冶金高速钢粉末冶金高速钢是把高频感应炉熔炼好的高 速钢钢水置于保护气罐中，用高压隋性汽体(如氢气)雾化成 细小的耀日丈，然后用高温、高压压制、烧结而成。它克服 了一般熔炼方法产生的粗大共晶偏析，热处理变形小，韧性、 硬度较高，耐磨性好。用它制成的刀具，可切削各种难加工 材料。
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第三节 其他刀具材料
3.复合氮化硅Si3N4一TiC一Co陶瓷 这类陶瓷是将硅粉氮化、球磨后，添加助烧剂，置于模腔内
热压烧结而成。 氮化硅陶瓷最大的特点是能进行高速切削，车削灰铸铁、球
墨铸铁、可锻铸铁等材料效果更为明显。氮化硅陶瓷适合于 精车、半精车、精铣或半精铣;还可用于精车铝合金，达到以 车代磨。
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第三节 其他刀具材料
3.复合金刚石刀片 这类刀片是在硬质合金基体上烧结一层约0. 5mm厚的聚晶
金刚石。复合金刚石刀片强度较好，允许切削断面较大，也 能间断切削，可多次重磨使用。 金刚石刀具主要用于非铁金属及其合金进行精密加工、超精 加工，还能切削高硬度非金属材料，如压缩木材、陶瓷、刚 玉、玻璃等的精加工，以及难加工的复合材料的加工。 二、立方氮化硼(cBN) 立方氮化硼是六方氮化硼的同素异构体，是人类已知的硬度 仅次于金刚石的物质。 立方氮化硼刀片可用机械夹固或焊接的方法固定在刀杆上， 也可以将立方氮化硼与硬质合金压制在一起成为复合刀片。
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第二节 常见刀具材料
7.钢结硬质合金 钢结硬质合金的代号为YE。它以WC,TiC作硬质相(占
30% ~40%)，以高速钢(或合金钢)作黏结相(占 60%~70%)。
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第三节 其他刀具材料
一、金刚石 金刚石是碳的同素异构体。它的硬度极高，接近于10
000HV(硬质合金仅为1 300一1 800HV )，是目前已知 的最硬材料。 1.天然单晶金刚石刀具 单晶金刚石结晶界面有一定的方向，不同的晶面上硬度与耐 磨性有较大的差异，刃磨时需选定某一平面，否则影响刃磨 与使用质量。 2.人造聚晶金刚石 聚晶金刚石是将人造金刚石微晶在高温高压下再烧结而成， 可制成所需形状尺寸，镶嵌在刀杆上使用。由于其抗冲击强 度提高，可选用较大切削用量。
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第二节 钨、铬、钒、相等合金元素的高
合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具 材料中最高的。 1.高速钢的特点 高速钢是加入了W,Mo,Cr,V等合金元素的高合金工具钢， 其合金元素W,Mo,Cr,V等与C化合形成高硬度的碳化物，使 高速钢步埔书独子的耐磨J性。W和C的原子鬓洽力很强，提 高了马氏体受热时的;封脾稳定性，使钢在550℃一600℃ 时仍能保持高硬度，增加了钢的热硬性。Mo的作用与W基 本相同，并能细化碳化物晶粒，提高钢中碳化物的均匀性，
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第三节 其他刀具材料
三、陶瓷 陶瓷具有很高的高温硬度和耐磨性，在1 200℃高温时仍具
有较好的切削性能，其化学稳定性好，在高温下不易氧化， 与金属亲合力小，不易发生豁结和扩散。 1.高纯氧化铝Al2O3陶瓷 这类陶瓷的主要成分是Al2O3 ，加入微量Mg0(用于细化晶 粒)，经冷压烧结而成。为92 ~94HRA，抗弯强度为0. 392~0. 491 GPa。 2.复合氧化铝Al2O3一TiC陶瓷 这类陶瓷是在Al2O3基体中添加TiC, Ni, W和Co等合金元 素，经热压烧结而成，硬度为93~94HRA，抗弯强度为0. 586~0.785 GPa。
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第二节 常见刀具材料
从而提高钢的韧性。V与C的结合力比W的更强，以稳定的 VC形式存在，且VC晶粒细小，分布均匀，硬度很高，V使 钢的热硬性提高的作用比W哪虽烈。W和V的碳化物在高温 时有力地起到阻止晶粒长大的作用。
2.高速钢的种类 高速钢根据切削性能，可分为普通高速钢和高性能高速钢;根
第二节 常见刀具材料
二、硬质合金
硬质合金的发展很快，现已成为主要的刀具材料之一。目前 车削刀具大都采用硬质合金，其他刀具采用硬质合金的也日 益增多，如硬质合金端铣刀、立铣刀、镬刀、拉刀、铰刀等。
1.钨钻类(YG类)硬质合金 YG类硬质合金相当于ISO标准的K类，主要由WC和Co组
成，其常温硬度为88 ~91 HRA，切削温度可达 800℃~900 ℃ ，常用的牌号有YG3,YC,6,YG8等。YG 类硬质合金的抗弯强度和冲击韧度较好，不易崩刃，适合切 削脆性材料，如铸铁。YG类硬质合金的刃磨性较好，刃口可 以磨得较锋利，同时导热系数较大，可以用来加工不锈钢和 高温合金钢等难加工材料、非铁金属及纤维层压材料。
第二章 刀具材料
第一节 刀具材料应具备的性能 第二节 常见刀具材料 第三节 其他刀具材料
第一节 刀具材料应具备的性能
一、硬度、耐磨性和耐热性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，
这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在 60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削 条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组 织的稳定性。 二、足够的强度和韧性 这是满足刀刃在承受重载荷及机械冲击时不致破损的需要。 切削时，刀具切削部分要承受很大的切削力、冲击和振动， 为避免崩刃和折断，刀具材料应具有‘足够的强度和韧性。
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第二节 常见刀具材料
6.涂层硬质合金 涂层硬质合金采用韧性较好的基体和硬度、耐磨性极高的表
层，通过化学气相沉积(CVD)等方法实行表面涂层，是20 世纪的重大技术进展，较好地解决了刀具的硬度、耐磨性与 强度、韧性之间的矛盾，因而具有良好的切削性能。 涂层材料主要有TiC,TiN,Al2O3及其他复合材料。TiC涂层 具有很高的硬度与耐磨性，抗氧化性也好，切削时能产生氰 化钦薄膜，降低摩擦系数，减少刀具磨损。TiN涂层在高温 时能形成氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗豁结性能好， 能有效地降低切削温度。
第二节 常见刀具材料
2.钨钻钦类硬质合金 YT类硬质合金相当于ISO标准的P类，主要由WC, TiC和
Co组成，其常温硬为89~93 HRA，切削温度可达 800℃~1000 ℃ ，常用的牌号有YT5 , YTlS , YT30等。 YT类硬质合金中加入TiC，使其硬度、耐热性、抗豁结性和 抗氧化能力均有所增加，从而提高了刀具的切削速度和刀具 耐用度。 3.钨钻钦担类硬质合金 W类硬质合金相当于ISO标准的M类，它是在普通硬质合金 中加入了TaC或NbC等稀有难熔金属碳化物，从而提高了硬 质合金的韧性和耐磨性，使其具有较好的综合切削性能。
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第一节 刀具材料应具备的性能
三、良好的工艺性能和经济性 这是为了便于使用和推广的需要。刀具材料具有良好的工艺
性能，可以进行锻、轧、焊接、切削加工和磨削、热处理等， 方便制造加工，满足各种加工的需要。 四、良好的导热性和较小的膨胀系数 这是提高加工精度的需要。在其他条件相同的情况下，刀具 材料的导热系数越大，则由刀具传出的热量越多，有利于降 低切削温度、提高刀具耐用度。 五、稳定的化学性能和良好的抗猫结性能 这是提高刀具抗化学磨损的需要。刀具材料的化学性能稳定， 在高温、高压下，才能保持良好的抗扩散、抗氧化的能力。
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第二节 常见刀具材料
4.碳化钦基类《YN类)硬质合金 YN类硬质合金相当于ISO标准的P类，又称为金属陶瓷，它是
以TiC为主要成分，以Ni和Mo为豁结剂的硬质合金，具有很高 的硬度，与工件材料的亲和力较小，可采用较高的切削速度。 因此，它适用于高速精加工普通钢、工具钢和淬火钢。 5.超细晶粒硬质合金 这是一种高硬度、高强度兼备的硬质合金，具有‘硬质合金的 高硬度和高速钢的高强度。因此，这类合金可用于间断切削， 特别是难加工材料的间断切削;加工难加工材料时，其刀具耐用 度可比普通硬质合金高3~10倍;这类合金适用于高速钢刀具耐 用度不够，一般硬质合金又易崩刃的场合，对于切断和端面车 削这类切削速度变化范围很宽的加工也是很适宜的。