硬质合金与超硬工具材料
刀具材料硬质合金讲解
刀具材料硬质合金讲解硬质合金，又称硬质合金材料，是一种由钨碳化物（WC）为主体相和金属钴（Co）为粘结相的复合材料。
它的硬度高、耐磨性好，被广泛应用于切削工具、矿山工具、冲压模具以及其他领域。
硬质合金的制备工艺可以分为粉末冶金法和熔化法两种。
粉末冶金法是将金属钴和碳化物粉末按一定的比例混合，通过冷压成型、热压烧结等工艺得到坯体，然后进行加热处理，最终得到硬质合金制品。
熔化法则是将金属钴和碳化物的粉末合并熔化，然后通过流动法或者静态法进行冷却，将熔融液体凝固成坯体，再进行后续的热处理。
硬质合金材料的主要成分是钨碳化物，其具有极高的硬度和耐磨性。
钨碳化物是一种具有立方晶型的化合物，它的硬度仅次于金刚石，可达到1800-2200Hv，比普通的钢材硬度高出几十倍甚至几百倍。
钨碳化物的高硬度是由于其分子中的碳原子与钨原子的电子云结合较强，使得晶体中的键能增加，导致材料硬度提高。
此外，钨碳化物还具有良好的耐磨性和高温稳定性，可以在高温和恶劣条件下保持较好的性能。
金属钴是硬质合金材料的粘结相，其作用是将钨碳化物颗粒固定在一起，增加材料的韧性和机械强度。
金属钴具有较好的塑性和延展性，能够填充在钨碳化物颗粒之间形成胶结，形成一个整体的材料结构。
钴的比重较大，能够增加硬质合金的密度，提高材料的质量和强度。
硬质合金的性能不仅与材料成分有关，还与其微观结构和制备工艺有关。
一般来说，硬质合金的颗粒尺寸越细，颗粒分布均匀，材料的性能越优良。
制备工艺中，烧结温度、冷却速度、固溶处理等因素也会对硬质合金的性能产生影响。
硬质合金的主要应用是制造切削工具。
由于硬质合金具有高硬度和耐磨性，能够在高速、大负荷的切削条件下保持较好的切削性能，所以被广泛应用于钻头、铣刀、切割刀片等工具的制造。
此外，硬质合金还可以用来制造矿山工具，如岩钻、岩头等。
它的硬度使得这些工具能够在岩石或者土壤中进行高效的钻孔和破碎。
硬质合金还可以用于制造冲压模具，在高强度的冲压工艺中具有较好的耐磨性和抗变形性能。
目前常用的切削刀具的材料
目前常用的切削刀具的材料
切削刀具是机械加工中不可或缺的一种工具，广泛应用于机床加工、模具加工、数控
加工等领域。
根据不同的工件材料和加工工艺，切削刀具的材料也存在多种选择。
目前常
用的切削刀具的材料有以下几种。
1.高速钢
高速钢是一种高合金的不锈钢，主要组成成分为碳素、钨、钒、铬、锰等元素。
由于
高速钢具有良好的热稳定性和耐磨性，因此被广泛应用于各种机械加工领域，如车削、铣削、钻削、刨削等。
高速钢刀具的优点是成本低、加工效率高，但脆性大，容易发生断裂。
2.硬质合金
硬质合金是由钨、钴、铁等金属粉末按一定比例混合，经加压、烧结而成。
硬质合金
具有高硬度、高强度、良好的耐磨性和抗腐蚀等特点，因此被广泛应用于切削领域。
硬质
合金刀具的优点是硬度高、耐磨性好，但成本较高。
3.陶瓷
陶瓷刀具是指由氧化铝、氮化硅等陶瓷材料制成的刀具。
陶瓷刀具具有高硬度、高耐
磨性、耐高温等特点，被广泛应用于高硬度材料如铸铁、钢铁等的加工中。
陶瓷刀具的优
点是切削自锐性好、耐磨性强、耐高温，但成本高，易破碎。
4.CBN
5.PCD
PCD是聚晶金刚石的简称，由人造金刚石微晶粉末，与金属粉末经高温高压处理而成。
PCD刀具具有高硬度、高耐磨性、良好的导热性和稳定性等特点，在加工铸铁、铝合金、
钛合金等材料中效果较好。
PCD刀具的优点是硬度高、耐磨性好，但成本较高。
总之，随着工艺的不断发展，切削刀具的材料也不断有新的材料涌现，未来的切削刀
具将更加科技化和高效化。
硬质合金与超硬工具材料
➢ Chengchang Jia, Lan Sun, Hua Tang, Xuanhui Qu，Hot Pressing of Nanometer WCCo Powder，International Journal of Refractory Metals and Hard Materials，accepted and to be published in 2006
制备TiC-WC复式碳化物的方法
用三氧化钨、二氧化钛、炭黑的混合料在1700～2000℃温度下于氢气 中进行碳化，直接得到TiC-WC固溶体。由于三氧化钨、二氧化钛、 炭黑的体积较大，所以采用该方法难以有效地利用炉子的工作空间。 所得复式碳化物的游离碳较高。
分别制备出WC 和TiC，然后在1600～1800℃温度下于氢气中制取复 式碳化物。该方法工序较多，而且一般又不容易制得纯度较高的碳化 钛。
压制与成形
普通模压成形由于操作简单、适用范围广、适用于大批量生产，所以仍 然是目前硬质合金生产中所采用的主要成形方法。现代先进的压机实现 了高精度、高速度和自动化，装备有自动拣制品的机械手和自动监控装 置。而且，所使用的模具也在不断改进。
振动压制成形的主要特点是可大幅度地降低压制压力，获得比普通模压 更加均匀的压坯密度分布，制造形状复杂的制品等。
→ 干燥 → 制粒 → 成型 → 脱脂预烧 → 烧脂 → 成品
加工
气氛： H2、H2+N2、真空 真空特点：密度、硬度、显微结构、切削
硬质合金材料
硬质合金材料
硬质合金材料，又称硬质合金，是一种由钨、钴、钛、钼等金属粉末以及少量
粘结剂混合压制而成的坚硬材料。
它具有高硬度、耐磨、耐腐蚀、高强度和高熔点等特点，因此在机械加工、矿山工具、石油钻采、军工等领域有着广泛的应用。
首先，硬质合金材料的硬度非常高，通常在HRA80以上，有的甚至可以达到HRA90以上。
这种超高硬度使得硬质合金材料成为了加工硬质材料的理想选择，
比如加工钢铁、合金钢、铸铁、不锈钢等材料时，硬质合金刀具能够保持锋利，不易磨损，从而提高了加工效率和加工质量。
其次，硬质合金材料具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。
在高速切削、重载切削等
恶劣工况下，硬质合金刀具能够保持较长时间的使用寿命，不易出现断裂、磨损等现象。
同时，硬质合金材料也具有良好的耐腐蚀性，能够在恶劣的工作环境下保持稳定的性能，延长使用寿命。
另外，硬质合金材料还具有高强度和高熔点的特点。
这使得硬质合金材料在高
温高压的环境下仍能保持稳定的性能，不易发生变形、断裂等现象。
因此，在矿山工具、石油钻采、军工等领域有着广泛的应用。
总的来说，硬质合金材料以其高硬度、耐磨、耐腐蚀、高强度和高熔点的特点，在机械加工、矿山工具、石油钻采、军工等领域有着广泛的应用前景。
未来，随着科学技术的不断进步，硬质合金材料的性能将得到进一步提升，应用领域也将不断扩大，为人类的生产生活带来更多的便利和效益。
刀具材料的种类
刀具材料的种类刀具作为工业生产和日常生活中常用的工具，其材料的选择至关重要。
不同的刀具材料具有不同的特性和适用范围，因此在选择刀具材料时需要考虑到具体的使用环境和需求。
下面将介绍几种常见的刀具材料及其特点。
1. 高速钢。
高速钢是一种含有较高合金元素的钢，具有优异的耐磨性、热硬性和耐热性。
因此，高速钢常被用于制造高速切削工具，如铣刀、钻头和刨刀等。
在高速切削加工中，刀具需要承受高温和高速度的摩擦，而高速钢正是能够满足这些要求的理想材料。
2. 硬质合金。
硬质合金，又称硬质合金钢，是一种由钨、钴、碳等元素合金化而成的材料。
硬质合金具有极高的硬度和耐磨性，因此常被用于制造切削工具和磨料工具。
硬质合金刀具在加工硬质材料时具有良好的切削性能，能够大大提高加工效率和工件质量。
3. 不锈钢。
不锈钢是一种耐腐蚀性能较好的钢铁材料，具有优异的耐磨性和切削性能。
不锈钢刀具常被用于食品加工、医疗器械制造等领域，因其不会产生金属污染，能够确保加工物料的质量和卫生安全。
4. 陶瓷。
陶瓷刀具是近年来发展起来的一种新型刀具材料，具有极高的硬度和耐磨性，而且不易产生刀痕和切屑。
陶瓷刀具在加工高硬度、脆性材料时表现出色，能够实现高精度、高效率的加工。
5. 钛合金。
钛合金是一种轻质、高强度的金属材料，具有优异的耐腐蚀性和耐热性。
钛合金刀具常被用于航空航天、汽车制造等领域，能够满足对材料强度和耐热性要求较高的加工需求。
总结。
不同的刀具材料具有不同的特点和适用范围，选择合适的刀具材料对于提高加工效率、改善加工质量具有重要意义。
在实际应用中，需要根据具体的加工要求和环境条件选择合适的刀具材料，以确保刀具的使用效果和寿命。
希望本文介绍的刀具材料种类能够对您有所帮助。
硬质合金刀具材料基础知
硬质合金刀具材料基础知硬质合金刀具材料是一种曾经被广泛使用的工具材料，以其优良的力学性能和耐磨性能而深受青睐。
它由金属材料和金属间化合物相组成，通常有较高的硬度、强度和热稳定性。
在本文中，将介绍硬质合金刀具材料的基本知识。
硬质合金刀具材料一般由钨、钛、钽、钴等金属作为基体组成，添加少量的碳、氮、铬等元素以及其他微量添加剂进行合金化。
其中，主要的金属间化合物是钨碳化物(WC)和钨钛碳化物(WT)。
这两种化合物具有极高的硬度和抗磨擦性，从而使硬质合金刀具材料具有出色的切削性能。
硬质合金刀具材料的制备主要通过粉末冶金工艺进行。
首先，将金属粉末和碳化物粉末按照一定的比例混合均匀，然后通过压制成型，最后进行高温烧结得到硬质合金材料。
这一制备方法能够保证材料的均匀性和致密性，从而提高了刀具的性能。
硬质合金刀具材料的主要性能包括硬度、抗弯强度、抗磨擦性和热稳定性。
其中，硬度是硬质合金刀具材料的最重要的性能指标，一般在HRA 或HRB的硬度等级中进行表示。
硬质合金刀具材料的硬度通常在60-90HRA之间，比普通钢材高出数倍。
抗弯强度是指硬质合金刀具材料在受到外力作用时不发生弯曲的能力，一般在1500-3000MPa之间。
抗磨擦性是指硬质合金刀具材料在切削过程中能够保持较好的切削性能，从而延长其使用寿命。
热稳定性是指在高温环境下硬质合金刀具材料的稳定性能，一般通过热膨胀系数和热导率来进行评估。
硬质合金刀具材料具有广泛的应用领域，主要用于金属切削加工、石油钻探、煤矿采掘等。
在金属切削加工中，硬质合金刀具材料能够在高速和重负荷下保持切削效果，更高效地完成切削任务。
在石油钻探领域，硬质合金刀具材料具有优异的耐磨性和抗热稳定性，能够适应复杂的地质环境。
在煤矿采掘中，硬质合金刀具材料能够在高硬度的岩石中进行切削，提高采掘效率并减少能量消耗。
总之，硬质合金刀具材料是一种重要的工具材料，具有优异的力学性能和耐磨性能，能够满足各种切削加工和采矿应用的要求。
刀具材料的种类很多，常用的材料有工具钢、硬质合金、陶瓷和超硬
刀具材料的种类很多，常用的材料有工具钢、硬质合金、陶瓷和超硬1、碳素工具钢碳素工具钢是指碳的质量分数为0.65％～1.35％的优质高碳钢。
用做刀具的牌号一般是T10A和T12A。
常温硬度60～64HRC。
当切削刃热至200～250℃时，其硬度和耐磨性就会迅速下降，从而丧失切削性能。
碳素工具钢多用于制造低速手用工具，如锉刀、手用锯条等。
2、合金工具钢为了改善碳素工具钢的性能，常在其中加入适量合金元素如锰、铬、钨、硅和钒等，从而形成了合金工具钢。
常用牌号有9SiCr、GCrl5、CrWMn等。
合金工具钢与碳素工具钢相比，其热处理后的硬度相近，而耐热性和耐磨性略高，热处理性也较好。
但与高速钢相比，合金工具钢的切削速度和使用寿命又远不如高速钢，使其应用受到很大的限制。
因此，合金工具钢一般仅用于取代碳素工具钢，作一些低速、手动刀具，如手用丝锥、手动铰刀、圆板牙、搓丝板等。
3、高速钢高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。
高速钢主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性，且耐热性和淬透性良好，其允许的切削速度是碳素工具钢和合金工具钢的两倍以上。
高速钢刃磨后切削刃锋利，故又称之为“锋钢”和“白钢”。
高速钢是一种综合性能好、应用范围较广的刀具材料，常用来制造结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀。
拉刀、齿轮刀具等。
高速钢按其用途和性能不同，可分普通高速钢和高性能高速钢；按其化学成分不同，又可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢。
1) 普通高速钢是指加工一般金属材料用的高速钢。
常用牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。
① W18Cr4V属钨系高速钢，它具有性能稳定，刃磨及热处理工艺控制方便等优点，但因钨价较高，且使用寿命短故使用较少。
② W6Mo5Cr4V2属钨钼系高速钢，它的碳化物分布均匀，抗弯强度，冲击韧度和高温塑性都比W18Cr4V好，但磨削工艺略差。
因其使用寿命长、价格低，故被广泛使用。
2) 高性能高速钢是在普通高速钢中再加入一些合金元素，以进一步提高它的耐热性、耐磨性。
铣削加工中的刀具材料选择
铣削加工中的刀具材料选择铣削加工是现代制造业中不可或缺的一部分，在汽车、航空、家电、通讯等领域中扮演着重要的角色。
而刀具材料的选择则直接关系到铣削加工的效率、质量和成本。
本文将详细介绍铣削加工中的刀具材料选择，以便读者更好地了解它的重要性和影响。
一、刀具材料的种类刀具材料按照其物理和化学性质的不同，可以分为硬质合金、高速钢、陶瓷、PCD和CBN五种类型。
1、硬质合金（WC）硬质合金最大的特点是硬度高，在磨削和抗磨损等方面表现出色。
它主要由钨钴碳和钨钴钛碳等复合材料构成。
在加工锻件、不锈钢、镍基合金等材料时，尤为适用。
2、高速钢（HSS）高速钢是一种由钼、钴、钢和其他元素制成的合金材料，它也是铣削加工中最常用的刀具材料之一。
高速钢刀具具有良好的切削性和强度，在适当的条件下可以进行高速切削。
但是在加工难加工材料时容易断刃和变形。
3、陶瓷陶瓷刀具是一种无机非金属材料，它具有高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性等特点。
陶瓷刀具适用于加工高硬度、脆性材料，例如钢化玻璃、陶瓷、石英和高分子材料等。
4、PCD聚晶金刚石（PCD）刀具是一种由聚晶金刚石颗粒和金属粉末制成的高强度复合材料，它的硬度比陶瓷还要高。
PCD刀具适用于铣削加工铝合金、纤维强化塑料、合成材料、铜等材料的高效率切削。
5、CBN晶体立方氮化硼（CBN）刀具是一种由晶体立方氮化硼和金属粉末制成的材料，它的热稳定性非常好，在高温和高速切削中表现优异，适用于铣削加工高温合金、镍合金、钢等难加工材料。
二、刀具材料选择的依据正确的刀具材料选择可以极大地提高加工效率和产品品质。
因此在选择刀具材料时，需要考虑如下因素。
1、被加工材料的性质材料的硬度、塑性和耐热性等性质，直接影响了刀具材料的选择。
例如硬质合金适用于加工材料硬度较大的材料，高速钢适用于加工硬度适中的材料，而陶瓷和PCD适用于加工高硬度、脆性材料等。
2、切削工况切削速度、冷却液、进给量、切削深度等切削条件，对刀具材料选择有重要的影响。
数控刀具分类知识点
数控刀具分类知识点数控刀具是指在数控机床上使用的切削工具，它是实现数控加工的关键装备之一。
数控刀具的分类是非常重要的，它能够帮助我们更好地选择合适的刀具，提高加工效率和质量。
下面将介绍数控刀具的常见分类。
一、按用途分类 1. 铣削刀具：用于进行铣削加工，可分为立铣刀、球头铣刀、T型铣刀、齿轮铣刀等。
2.钻削刀具：用于进行钻削加工，可分为钻头、铰刀、扩孔器等。
3.车削刀具：用于进行车削加工，可分为外圆车刀、内圆车刀、螺纹车刀等。
4.刨削刀具：用于进行刨削加工，可分为平面刨刀、柄式刨刀等。
5.镗削刀具：用于进行镗削加工，可分为精密镗刀、钻孔镗刀等。
6.切槽刀具：用于进行切槽加工，可分为直槽刀、侧切刀、T型切槽刀等。
二、按切削方式分类 1. 全切削刀具：刀具切削全部工件，例如铣刀、钻头等。
2.单齿切削刀具：每次只有一个刃口参与切削，例如车削刀具。
3.多刃齿切削刀具：每次有多个刃口参与切削，例如铣刀。
三、按刀具材料分类 1. 高速钢刀具：使用高速钢材料制造的刀具，适用于中低强度工件的加工。
2.硬质合金刀具：使用硬质合金材料制造的刀具，具有优异的耐磨性和硬度，适用于高硬度工件的加工。
3.陶瓷刀具：使用陶瓷材料制造的刀具，具有高硬度、高耐磨性和耐高温等特点，适用于高速、高温加工。
4.超硬材料刀具：使用金刚石或立方氮化硼等超硬材料制造的刀具，具有极高的硬度和耐磨性，适用于超硬工件的加工。
四、按刀具结构分类 1. 固定刀具：刀具刃口固定，例如铣刀。
2.可转位刀具：刀具刃口可通过转位换刃，例如车削刀具。
3.模块化刀具：刀具刃口和刀柄分离，可通过更换不同的刀柄和模块实现不同加工要求，例如钻头。
五、按刀具形状分类 1. 平面刀具：刀具刃口平面，例如铣刀。
2.圆柱刀具：刀具刃口形状为圆柱，例如钻头。
3.圆锥刀具：刀具刃口形状为圆锥，例如铰刀。
4.锥度刀具：刀具刃口形状为锥度，例如车削刀具。
综上所述，数控刀具的分类是多方面的，从用途、切削方式、材料、结构和形状等方面进行分类可以帮助我们更好地选择合适的刀具，提高加工效率和质量。
【2017年整理】硬质合金分类与用途
硬质合金分类与用途硬质合金分类及用途，直到国家标准正式发布之前，国内相关书本、杂志、资料中表述没有严格规范，通常按合金成份进行分类，用途表述则比较分散。
分类碳化钨基硬质合金：包括WC—Co、WC—TaC—Co、WC—TiC—Co、WC—TiC—TaC—Co、WC—Ti—TaC—NbC—Co等合金，这些合金均以碳化钨为主成份。
碳化钛基或碳氮化钛基硬质合金：通常以TiC或Ti（C、N）为基础成份，以Ni—Mo作粘结剂而组成的一种硬质合金。
这类硬质合金近几年又有许多新的进展，如含Ta、W等重金属元素的多元复式碳化物固溶体加入研制高性能Ti（C、N）基金属陶瓷等。
碳化铬基硬质合金：以Cr3C2为基，以Ni或Ni—W等作粘结剂而组成的硬质合金，通常用来作耐磨耐腐蚀零件，近几年还大量用于装饰品部件如表链等。
钢结硬质合金：以TiC或 WC为基，钢作粘结剂而组成的一种硬质合金，是一种可进行机加工和热处理的合金，是介于传统硬质合金与合金钢之间的一种工程材料。
涂层硬质合金：通常指在韧性的碳化钨基硬质合金基体上通过化学气相沉积或物理涂层方法，涂上几微米厚的TiC、TiN、Ti（C、N）、Al2O3之类的硬质化合物而生产的。
用途硬质合金具有一系列优良性能，用途十分广泛，随着时间推移用途还在不断扩大，主要用途分述如下：切削工具：硬质合金可用作各种各样的切削工具。
我国切削工具的硬质合金用量约占整个硬质合金产量的三分之一，其中用于焊接刀具的占78%左右，用于可转位刀具的占22%左右。
而数控刀具用硬质合金仅占可转位刀具用硬质合金的20%左右，此外还有整体硬质合金钻头，整体硬质合金小园锯片，硬质合金微钻等切削工具。
地质矿山工具：地质矿山工具同样是硬质合金的一大用途。
我国地矿用硬质合金约占硬质合金生产总量的25%，主要用于冲击凿岩用钎头，地质勘探用钻头、矿山油田用潜孔钻、牙轮钻以及截煤机截齿、建材工业冲击钻等。
模具：用作各类模具的硬质合金约占硬质合金生产总量的8%，有拉丝模、冷镦模、冷挤压模、热挤压模、热锻模、成形冲模以及拉拔管芯棒，如长芯棒、球状蕊棒、浮动蕊棒等，近十几年轧制线材用各类硬质合金轧辊用量增速很快，我国轧辊用硬质合金已占硬质合金生产总量的3%。
硬质合金的发展及现状现代工程材料
硬质合金的发展及现状现代工程材料硬质合金（Hardmetal）是一种以钨（W）或钨-钴（WC-Co）为主要成分的复合材料，由于其优异的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，被广泛应用于现代工程材料中。
它的发展历史可以追溯到20世纪初，经过了一个世纪的发展，硬质合金已经成为了重要的产业和技术领域。
硬质合金最早被用于制造切割工具，如刀片和铣刀。
由于其高硬度和耐磨性，硬质合金刀具在切削过程中具有较高的切削速度和较长的使用寿命，可以大大提高生产效率和降低生产成本。
随着机械化工业的快速发展，对切削工具的需求不断增加，硬质合金也得到了快速的发展。
硬质合金的应用范围迅速拓展，不仅用于切削工具，还广泛应用于钻头、研磨头、车削刀具、轧辊等领域。
此外，硬质合金还用于制造粉末冶金模具、矿山工具、石油钻头、喷嘴、零件和齿轮等。
随着科学技术的不断进步，硬质合金的材料性能得到了进一步的提高，可用于更多的领域。
目前，硬质合金的发展已经进入了一个相对成熟的阶段。
在复杂环境和高温高压等恶劣条件下，硬质合金仍然能够保持较好的性能，这使得它在航天、能源、化工等领域得到了广泛应用。
同时，随着技术的不断进步，新型硬质合金材料的研发也得到了重视。
例如，针对特定应用需求，人们研制出了超硬合金（如氮化硼、碳化硅等）和纳米硬质合金等新材料。
这些材料具有更高的硬度和耐磨性，可以满足更苛刻的工况要求。
对于硬质合金的未来发展，人们普遍认为，其应用领域将会进一步拓展。
随着科技进步和制造业的转型升级，对于工程材料性能的要求也会不断提高。
硬质合金作为一种优异的工程材料，将会在诸多领域发挥更重要的作用。
同时，随着新材料、新技术的不断涌现，硬质合金也将不断进一步优化和发展，以满足各种工程需求。
综上所述，硬质合金作为一种优秀的现代工程材料，已经取得了显著的发展成就。
它在切削工具、钻头、研磨头等领域得到了广泛应用，并且在航天、能源、化工等领域中也获得了重要地位。
未来，硬质合金的发展前景广阔，将会在更多领域中发挥重要作用，并且随着科技的进步，它的材料性能将会不断得到提高和优化。
常用刀具材料分类、特点及应用
常用刀具材料分类、特点及应用机自12-2班120401140203赵海燕常用刀具材料分类、特点及应用刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。
1、刀具材料应具备的性能金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度，即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。
因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。
1.1 高的硬度和耐磨性硬度是刀具材料应具备的基本特性。
刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。
耐磨性是材料抵抗磨损的能力。
一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。
组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越高。
但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度，而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。
1.2 足够的强度和韧性要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程中通常要出现的冲击和振动的条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。
1.3 高的耐热性耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。
它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。
1.4 导热性好刀具材料的导热性越好，切削热越容易从切削区散走，有利于降低切削温度。
刀具材料的导热性用热导率表示。
热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。
1.5 具有良好的工艺性和经济性既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。
2、常用刀具的种类、牌号及主要性能刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等五大类。
常用刀具材料的主要性能及用途见表常用刀具材料的主要性能种类常用牌号硬度HRC（HRA）抗弯强度（GPa）热硬性（°C）工艺性能用途碳素工具钢T8A、T10A、T12A60～64（81～83）2.45～2.75200～250可冷热加工成形，刃磨性能好用于手动工具，如锉刀、锯条、錾子等合金工具钢9siCr、CiWMn60～65（81～84）2.45～2.75250～300可冷热加工成形，刃磨性能好，热处理变形小用于低速成形刀具，如丝锥、板牙、铰刀等高速钢W9Mo3Cr4V、W6Mo5CrV263～69（82～87）3.43～4.41550～600可冷热加工成形，刃磨性能好，热处理变形小用于机动复杂的中速刀具，如钻头、铣刀、齿轮刀具等硬质合金（YG类）K类（YT类）P类（YW类）M类69～81（89～93）1.08～2.16800～1100粉未冶金成形，只能磨削加工不能热处理，多镶片使用，较脆用于机动简单的高速切削刀具，如车刀、刨刀、铣刀刀片陶瓷SG4、AT6（93～94）1500～2100HV0.4～1.1151200压制烧结成形，只能磨削加工，不需热处理，脆性略大于硬质合金多用于车刀，适宜精加工连续切削立方碳化硼（CBN）FD、LBN-Y7300～7400HV0.57～0.811200～1500高温高压烧结成形，硬度高于陶瓷，极脆，可用金刚石砂轮磨削，不需用于加工高硬度、高强度材料（特别是铁族材料）热处理人造金刚石10000HV0.42～1.0700～800硬度高于CBN，极脆用于有色金属的高精度、低粗糙度切削，也用于非金属精密加工，不切削铁族金属3、常用道具的介绍高速钢普通高速钢普通高速钢指用来加工一般工程材料的高速钢，常用的牌号有：（1）W18Cr4V（简称W18）。
硬质合金与超硬工具材料分解
碳化钨的形成
碳化钨形成的总化学反应式是W+C=WC，钨粉碳 化过程是通过含碳的气体进行的。 影响碳化钨粒度的因素很多，主要是钨粉原始颗 粒的大小。一般地，钨粉颗粒越粗，所得到的碳 化钨的颗粒也较粗。钨粉的表面状态、混合料中 的碳含量对碳化钨的粒度也有一定的影响。而碳 化物度对碳化钨颗粒大小的影响并不显著。特别 是对于粗颗粒的钨粉，提高碳化物度几乎不能使 碳化钨的颗粒长大。
混合料的制均匀，并进一步磨细。 硬质合金成品的性能，很大程度上取决于混合料 的制备。 球磨机是制备混合料的主要设备。球磨的各项工 艺参数对混合料的质量有明显的影响。工艺参数 的选择包括：转速为接近60%的临界转速；加入 适量的液体介质（酒精、苯、丙酮等）；使用硬 质合金球，球的直径为5～10mm，球料比为2.5： 1～5：1，装球量为40%～60%；球磨时间为24～ 48小时，细晶硬质合金可增加到72小时或更长。
硬质合金 hardmetal;cemented carbide
由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制 成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和 韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的 高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变， 在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作刀具材料， 如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有 色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也 可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工 的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的 数百倍。
4.2 WC硬质合金 4.2.1 WC与复式碳化物的制造 W+C→WC TiO2+3C→TiC+2CO WC-TiC 影响粒度的因素：温度、时间、余料粒度 4.2.2 WC基硬质合金的制造工艺与性能 生产工艺 WC + CO or → 湿磨 → 过滤 → 干燥 → 过筛 → 掺胶 WC、TiC+CO （汽油） 喷雾干燥 → 干燥 → 制粒 → 成型 → 脱脂预烧 → 烧脂 → 成品 加工
超硬刀具与硬质合金在切削加工中的应用
超硬刀具与硬质合金在切削加工中的应用硬质合金是目前金属切削加工中最常用的刀具材料之一。
它是用具有高耐热性和高耐磨性的难熔的金属碳化物（WC、TiC等）粉末作基体，以金属Co等为粘结剂，经高压压制后烧结而成的粉末冶金制品。
其特点是：硬度高，耐磨性好，硬度可达到74～82HRC；化学稳定性和热稳定性好，具有较高的耐热性，能耐850～1000℃；因而允许使用的切削速度可达100～300m/min，硬质合金的切削性能良好，因此得到广泛的应用。
但硬质合金的抗弯强度低，冲击韧性不好，工艺性能较差；使用中很少制成整体刀具，一般制成各种形状的刀片焊接或夹固在刀体上。
硬质合金的分类及应用硬质合金按化学成分可分为以下几类：钨钴类硬质合金（YG）、钨钛钴类硬质合金（YT）、钨钛钽（铌）钴类（YW）、碳化钛基类（YN）。
其特点和用途见下表。
类型特点用途YG能在较高硬度时获得较高的抗弯强度，特别适合于在较低切削速度下工作重要用于加工铸铁、有色合金及绝缘材料等YT随着TiC含量提高和Co含量降低，与YG类相比，硬度和耐磨性提高，韧性降低因抗弯强度和冲击韧性比较低，不适合加工脆性材料，如铸铁，重要用于加工塑性材料，如钢材YW加入了TaC（或NbC），提高了抗弯强度、疲乏强度、冲击韧性和高温硬度与强度既可用于加工铸铁及难加工材料，也可用于加工一般钢材，常称为通用型硬质合金YN硬度很高，耐磨性、耐热性和抗氧化本领高，化学稳定性好，抗弯强度和韧性稍差可用于加工钢，也可用于加工铸铁，特别适合高速精加工合金钢、淬硬钢，不适于重切削随着制造技术的飞速进展，先进制造技术的不断产生和应用，对机械产品的制造精度、加工质量、生产效率都提出了更高的要求；高速切削、超精密加工、绿色制造均要求刀具具有高的硬度、耐磨性和红硬性。
因而超硬刀具在现代制造加工中渐渐地被开发应用。
例如：用硬质合金刀具加工花岗岩时，在几秒钟内刀刃就被坚硬的花岗岩摧毁；再用聚晶金刚石刀具加工时，刀刃就可以保持完好。
钨钢 硬质合金 高速工具钢 合金工具钢
钨钢硬质合金合金工具钢高速工具钢钨钢含钨的钢材钨钢制品中约含钨18%钨钢属于硬质合金，又称之为钨钛合金。
硬度为维氏10K，仅次于钻石。
正因如此，钨钢的产品（常见的有钨钢手表），具有不易被磨损的特性。
常用于车床刀具、冲击钻钻头、玻璃刀刀头、瓷砖割刀之上，坚硬不怕退火，但质脆。
属于稀有金属之列。
钨钢烧结成型就是将粉末压制成坯料，再进烧结炉加热到一定温度（烧结温度），并保持一定的时间（保温时间），然后冷却下来，从而得到所需性能的钨钢材料。
硬质合金硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（N i）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。
ⅣB、ⅤB、ⅥB族金属的碳化物、氮化物、硼化物等，由于硬度和熔点特别高，统称为硬质合金。
下面以碳化物为重点来说明硬质含金的结构、特征和应用。
ⅣA、ⅤA、ⅥA族金属与碳形成的金属型碳化物中，由于碳原子半径小，能填充于金属品格的空隙中并保留金属原有的晶格形式，形成间充固溶体。
在适当条件下，这类固溶体还能继续溶解它的组成元素，直到达到饱和为止。
因此，它们的组成可以在一定范围内变动（例如碳化钛的组成就在TiC0.5～TiC之间变动），化学式不符合化合价规则。
当溶解的碳含量超过某个极限时（例如碳化钛中Ti︰C＝1︰1），晶格型式将发生变化，使原金属晶格转变成另一种形式的金属晶格，这时的间充固溶体叫做间充化合物。
金属型碳化物，尤其是ⅣB、ⅤB、ⅥB族金属碳化物的熔点都在3273K以上，其中碳化铪、碳化钽分别为4160K和4150K，是当前所知道的物质中熔点最高的。
大多数碳化物的硬度很大，它们的显微硬度大于1800kg•mm2（显微硬度是硬度表示方法之一，多用于硬质合金和硬质化合物，显微硬度1800kg•mm2相当于莫氏一金刚石一硬度9）。
许多碳化物高温下不易分解，抗氧化能力比其组分金属强。
碳化钛在所有碳化物中热稳定性最好，是一种非常重要的金属型碳化物。
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烧结
是硬质合金生产的重要工序，制品强化，达到最终要求的物理-力学性 能。
典型的液相烧结，可分为3个阶段。 第一阶段通常是指1000℃以下的烧结，主要在烧结炉的预热带进行。
该阶段所发生的主要变化有：压坯中残余应力的逐渐消失；吸附的水 分及粘结剂的挥发；钴粉表面氧化膜的还原等。
第二阶段的烧结温度为1380～1490℃，保温时间为30～120min。钴与 碳化钨能够形成低熔点共晶体，出现液相是该阶段的主要特征。由于 液相的出现，该阶段的主要变化有：碳化物逐渐溶解于液相；粉末颗 粒由于液相的表面张力作用而逐渐相互靠拢；颗粒与颗粒之间以及颗 粒与液相之间的接触紧密程度增加。
制备TiC-WC复式碳化物的方法
用三氧化钨、二氧化钛、炭黑的混合料在1700～2000℃温度下于氢气 中进行碳化，直接得到TiC-WC固溶体。由于三氧化钨、二氧化钛、 炭黑的体积较大，所以采用该方法难以有效地利用炉子的工作空间。 所得复式碳化物的游离碳较高。
分别制备出WC 和TiC，然后在1600～1800℃温度下于氢气中制取复 式碳化物。该方法工序较多，而且一般又不容易制得纯度较高的碳化 钛。
冷等静压成形是将硬质合金混合料装入天然橡胶、聚氯乙烯等薄膜制的 包套中，密封后装入高压容器，施以均衡的液体压力。可以制备接近成 形品尺寸的制品，加工量小，制品的成形率高且密度均匀，烧结后可以 得到接近理论密度的制品。能够以廉价的模具费用和加工费用制备复杂 形状的制品。压坯强度高，能够进行机加工，从而降低生产成本。
成形
1）成形前的物料准备
为了减少成形时的摩擦阻力，提高粉末的压制性 能，需要在粉末中添加润滑剂。常用的润滑剂有 汽油合成橡胶溶液、汽油石蜡溶液、酒精甘油溶 液、酒精乙二醇溶液等。
采用自动压机成形时，由于压坯的重量是依靠模 腔的容积控制的，所以为了改善物料的流动性， 使其均匀地进入模腔，并保证压坯重量的一致性， 应该对物料进行制粒。
4.2.3 超细晶粒WC-Co硬质合金 1.概述 <1μm 性能
Relative density（ %）
1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70
900
Hot pressing SPS
1000
1100
1200
Sintering temperature (.C)
1300
特点：
1、硬度、耐磨性、HRA94, 600℃超高速钢 1000℃常温 钢硬度
2、强度、σb600MPa,900℃>1000MPa 3、E：400-700GPa
4、耐磨、耐蚀、耐酸碱
5、线膨胀系数小
硬质合金 hardmetal;cemented carbide
由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制 成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和 韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的 高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变， 在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作刀具材料， 如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有 色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也 可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工 的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的 数百倍。
压制与成形
普通模压成形由于操作简单、适用范围广、适用于大批量生产，所以仍 然是目前硬质合金生产中所采用的主要成形方法。现代先进的压机实现 了高精度、高速度和自动化，装备有自动拣制品的机械手和自动监控装 置。而且，所使用的模具也在不断改进。
振动压制成形的主要特点是可大幅度地降低压制压力，获得比普通模压 更加均匀的压坯密度分布，制造形状复杂的制品等。
角形的WC晶粒被Co 粘结相包围
制备钨粉的方法
制备钨粉的方法有：三氧化物还原法、蓝色氧化钨还原法。 三氧化物还原法可分为一次还原法（直接还原法）和二次
还原法。一次还原法就是直接将三氧化物还原成金属钨； 二次还原法是先将三氧化物还原成褐色的二氧化钨，然后 再进一步将的二氧化钨还原成金属钨。 钨的氧化物还原成金属钨的过程经历不同的反应转变阶段。 WO3→WO2.9→WO2.72→WO2→W 在这些转变阶段中，物料不仅颜色发生变化，而且晶体形 态也发生很大变化。 在还原过程中，微量杂质对钨粉特性具有影响，还原工艺 条件对钨粉的质量骑着决定性的作用。其中还原温度是决 定钨粉粒度的关键因素。应该根据钨粉颗粒长
复式碳化物
在制造含TiC的硬质合金时，TiC通常是以 TiC-WC固溶体（复式碳化物）的形式加入。 这主要是由于工业碳化钛一般含有较多的氧 （氮），而且TiC与TiO的晶格类型相同，并 容易形成连续固溶体。如果碳化钛直接加入 合金混合料中，形成固溶体时由于碳原子置 换TiC晶格中的氧原子和氮原子而析出CO和 N2气体，阻碍合金的正常收缩，增大合金的 孔隙度。
4. 硬质合金与超硬工具材料
4.1 概述
硬质合金是指一种或多种难熔金属的碳化物（WC、TiC等） 作为硬质相，用过渡族金属（Co等）作为粘结相，采用粉 末冶金技术制备的多相材料。作为切削刀具用的硬质合金， 常用的碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等，常用的粘结相 有Co、Ni、Fe等。硬质合金的强度主要取决于粘结相的含 量。
4.2 WC硬质合金 4.2.1 WC与复式碳化物的制造
W+C→WC
TiO2+3C→TiC+2CO WC-TiC 影响粒度的因素：温度、时间、余料粒度 4.2.2 WC基硬质合金的制造工艺与性能 生产工艺
WC + CO or → 湿磨 → 过滤 → 干燥 → 过筛 → 掺胶
WC、TiC+CO （汽油） 喷雾干燥
分类
按照被加工材料可以分为：
P类：主要用于加工钢件（包括铸钢）； K类：主要用于加工铸铁； M类：主要用于加工钢（包括奥氏体钢、锰钢）、铸铁、
有色金属。按照成分可以Fra bibliotek为： WC-Co硬质合金，硬质相是WC，粘结相是Co，代号为 YG；
WC-TiC-Co硬质合金，硬质相是WC与TiC，粘结相是Co， 代号为YT；
Papers
➢ Chengchang JIA, Hua TANG,, Xuezhen MEI, et al, Spark Plasma Sintering on Nanometer Scale WC-Co Powder, Materials Letters, 2005,59(4); 2566~2569
混合料的制备
使碳化物与粘结相粉末混合均匀，并进一步磨细。 硬质合金成品的性能，很大程度上取决于混合料 的制备。
球磨机是制备混合料的主要设备。球磨的各项工 艺参数对混合料的质量有明显的影响。工艺参数 的选择包括：转速为接近60%的临界转速；加入 适量的液体介质（酒精、苯、丙酮等）；使用硬 质合金球，球的直径为5～10mm，球料比为2.5： 1～5：1，装球量为40%～60%；球磨时间为24～ 48小时，细晶硬质合金可增加到72小时或更长。
超细晶粒硬质合金
超细晶粒硬质合金得到了越来越广泛的采用。Kennametal 公司推出的新牌号KC5525、KC5510也采用了晶粒细化的 高钴硬质合金基体，拥有钴含量达10%的超级细化晶粒的 硬质合金基体，配以高铝含量的TiAlN PVD涂层，使刀具 在断续切削时具有很高的刃口韧性的同时，又具有极强的 抗热变形能力。ISCAR公司推出的用于整体硬质合金立铣 刀的“AL-TEC”涂层系列牌号，同样采用了超细晶粒硬质 合金基体，配以高铝含量TiAlN(PVD)涂层，使其在铣削加 工硬度高达60～62HRC的淬硬钢时，与原有的IC903牌号 相比，刀具寿命提高150%。Valenite公司的用于铸铁高速 车削加工的VP1595牌号，也是在超细晶粒硬质合金基体 上，采用MT-CVD涂覆18μm厚的TiCN/Al2O3/TiC涂层，后 刀面则涂覆了一层灰色的TiC，以便于观察刀具刃口的磨 损情况和刀片转位，该牌号在粗加工球墨铸铁时，加工效 率比其它K05～K10牌号提高50%。
→ 干燥 → 制粒 → 成型 → 脱脂预烧 → 烧脂 → 成品
加工
气氛： H2、H2+N2、真空 真空特点：密度、硬度、显微结构、切削
耐用度、但强度下降，有利于排除，改善 润湿法
注意：
①Co的挥发、损失 1550℃，1h，6%→降至 4 5 6
0：1 1 10mmHg←压力 ②脱碳，表面氧化物被C还原气氛中的O 添加剂：TaC，WC-Co硬质合金的组织，多
碳化钨的形成
碳化钨形成的总化学反应式是W+C=WC，钨粉碳 化过程是通过含碳的气体进行的。
影响碳化钨粒度的因素很多，主要是钨粉原始颗 粒的大小。一般地，钨粉颗粒越粗，所得到的碳 化钨的颗粒也较粗。钨粉的表面状态、混合料中 的碳含量对碳化钨的粒度也有一定的影响。而碳 化物度对碳化钨颗粒大小的影响并不显著。特别 是对于粗颗粒的钨粉，提高碳化物度几乎不能使 碳化钨的颗粒长大。
➢ Lan Sun, Chengchang Jia, Hua Tang, Research on Two Sintered Technology of NANOMETER WC-Co Powder, Materials Science Frum, 534-536, (2007), 593-596
➢ Chengchang Jia, Lan Sun, Hua Tang, Xuanhui Qu，Hot Pressing of Nanometer WCCo Powder，International Journal of Refractory Metals and Hard Materials，accepted and to be published in 2006