刀具材料：硬质合金
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上海大学
（2）售前售后服务不完善。 （3）小作坊生产方式仍占很大比重。 （4）高速加工被普遍认为是提高产量、降低制造成本
的加工技术。 就现在的发展形势看，刀具材料进入硬质合金为
代表的发展时代。与高速钢相比，硬质合金具有更好 的性能和更高的切削效率，它和超硬材料一起，是实 现现代切削技术高效加工的重要保证。企业想要快速 发展，就应该进行行业结构调整，加快生产基地的进 程建设。
以上四种硬质合金的主要成分都是WC，故统称为 WC 基硬质合金。
⑤碳化钛基类硬质合金（YN）
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上海大学
·
2.4新型硬质合金 1）细晶粒、超细晶粒硬质合金
2-8
特点：使用细晶
粒，加抑制剂，
采用新进的烧结
超 细
工艺，多用于YG
Hale Waihona Puke Baidu
晶 粒
类合金，可以较
整 体
大提高硬度、耐
硬 质
磨性、抗弯强度
合 金
6
上海大学
2-1 各类刀具材料的物理力学性能
7
上海大学
2-2 常用硬质合金刀具材料的性能
8
上海大学
2-3 各类刀具材料的硬度与韧性
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上海大学
2-4 钨钢可拆卸式刀片
2-5 3mm钨钢整体硬质合金铣刀
10
上海大学
2.2切削用硬质合金的分类及牌号
2-6 切削工具用硬质合金分类
11
2-7
上海大学
和韧性。
涂 层
可用于加工高硬
精 密
度难加工材料。
铣
刀
15
上海大学
2）涂层硬质合金
2-10
特点：它将韧性材
料和耐磨性材料通过
涂层有机的结合在一
硬 质
起，可以使寿命提高
合 金
2~5倍
涂
层
刀
具
16
3）高速钢基硬质合金
2-11 高速钢基硬质合金铣刀
上海大学
特点：以TiC或WC为 硬质相，以高速钢为 联接相，用粉末冶金 方法制成，性能介于 高速钢与硬质合金之 间。
工 件 成 本 比 例 图
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4-1
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3）质量与服务落后等原因造成国产硬质合金 刀具市场占有率低
中国已经成为世界上最大的机床消费国，从刀具 产值来看，硬质合金刀具的产量近年持续增长，而高 速钢刀具开始呈现下降趋势。硬质合金的进出口量均 显着增长，主要的出口对象为亚洲，其次为欧洲，然 后为北美及其他地区。 分析案例：国产硬质合金可转位刀具的市场占有率低 于进口刀具，主要原因有： （1）产品质量意识不强。
硬 质 合 金 的 牌 号
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2.3常用硬质合金分类 ISO将切削用硬质合金分为三类： K类：主要成分为WC-CO，对应我国YG类 P类：主要成分WC-TiC-CO，对应我国YT类 M类：主要成分WC-TaC(NbC)-CO，对应我国的YW类
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我国对切削用硬质合金的分类： ①钨钴类硬质合金（YG）（WC+CO ） ②钨钛钴类硬质合金（YT）（ WC-TiC-CO） ③钨钽（铌）钴类硬质合金（YA）（ WC-TaC(NbC)-CO ） ④钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW）（ WC-TiC-Ni-Mo ）
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5.参考文献
[1] 金属切削原理及刀具，武文革、辛志杰 [2]机械制造技术基础，熊良山、严晓光、张福润 [3] 高性能硬质合金刀具材料的研究与开发，吴冲浒、
2）一线品牌有瑞典山德维克Sandvik,以色列依斯卡 ISCAR,美国肯纳金属Kenna Metal等;二线品牌有日本 三菱,中国株洲钻石牌,德国瓦尔特等,三线品牌有台湾, 韩国以及国内的自贡长城牌,株洲精诚牌,清河金刚牌
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3）超细晶硬质合金( 晶粒度≤0.5 μm) 性能优异，制备 技术相对成熟，是高性能的硬质合金刀具材料。
可用于制造钻头、 铣刀等复杂刀具。
但其导热性差， 容易过热，切削时要 充分冷却，不适于高 速切削
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3.新型硬质合金研究情况
1）高速、高效、高精度是当今数控切削加工技术发展 的方向; 而高速切削是一项复杂的系统工程，涉及机床 刀具和材料等诸多领域的集成和创新。高档数控机床 是基础，高性能刀具是关键，硬质合金材料为刀具性 能的提高提供了物质保障。
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2.1硬质合金的性能特点
硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、 TiC等）微粉和金属黏结剂（Co、Ni、Mo等）经高压成形 ，并在1500℃左右的高温下烧结而成的粉末冶金制品。
硬质合金的硬度高达 89～94HRA，耐磨性很好，能切 削淬火钢等硬度高的材料。
硬质合金的耐热性为 800～1000 ℃，切削速度可达 100 m/min 以上，但其抗弯强度低、韧性差、怕冲击和振动， 制造工艺性差。
（厦门金鹭特种合金有限公司和国家钨材料工程技术中 心）
4）硬质合金涂层刀具： （ CVD和PVD技术）
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4.硬质合金刀具市场情况
1）我国机床刀具目前的年销售额大约为145亿元，其中 硬质合金刀具所占的比重不足25%，但国内制造业所 需的硬质合金刀具已经占据刀具的50%以上。
2）一个工件成本构成：
3
切削速度（m/min）
上海大学
2000 1000
500 200 100
50
20 碳素工具钢
10
聚晶金刚石 （PCD）
陶瓷 TiAlN涂层 硬质合金 涂层硬质合金
WC-TiC系硬质合金
聚晶立方 氮化硼 （PCBN） DLC涂层 硬质合金
TiC-TiN金属陶瓷
WC系硬质合金
高速钢
合金工具钢
1800
1850
1900
1950
图10 刀具材料的发展与切削加工高速化的关系
2000 年代
1-1刀具材料的发展情况
4
2.硬质合金
上海大学
随着工业的发展需求，工具钢（碳素工具 钢、合金工具钢、高速钢）已经不能满足行业 对高效率加工、高质量加工和难加工材料的加 工要求，因此20世纪20到30年代行业领域发明 了钨钴钛类硬质合金。
上海大学
刀具材料—硬质合金
机电工程与自动化学院
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1.刀具材料
1.1刀具材料的定义
在金属切削加工过程中刀具切削部分直接负 担切削工作，所以刀具材料通常是指刀具切 削部分的材料
1.2刀具材料的影响作用
生产率高低，刀具消耗，加工成本，加工精 度，表面质量等等
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1.3刀具材料应具备的性能 1）高的硬度和良好的耐磨性 2）足够的强度和韧性 3）高的耐热性 4）良好的热物理性和耐热冲击性能 5）良好的工艺性 6）经济性
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（2）售前售后服务不完善。 （3）小作坊生产方式仍占很大比重。 （4）高速加工被普遍认为是提高产量、降低制造成本
的加工技术。 就现在的发展形势看，刀具材料进入硬质合金为
代表的发展时代。与高速钢相比，硬质合金具有更好 的性能和更高的切削效率，它和超硬材料一起，是实 现现代切削技术高效加工的重要保证。企业想要快速 发展，就应该进行行业结构调整，加快生产基地的进 程建设。
以上四种硬质合金的主要成分都是WC，故统称为 WC 基硬质合金。
⑤碳化钛基类硬质合金（YN）
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2.4新型硬质合金 1）细晶粒、超细晶粒硬质合金
2-8
特点：使用细晶
粒，加抑制剂，
采用新进的烧结
超 细
工艺，多用于YG
Hale Waihona Puke Baidu
晶 粒
类合金，可以较
整 体
大提高硬度、耐
硬 质
磨性、抗弯强度
合 金
6
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2-1 各类刀具材料的物理力学性能
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2-2 常用硬质合金刀具材料的性能
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2-3 各类刀具材料的硬度与韧性
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2-4 钨钢可拆卸式刀片
2-5 3mm钨钢整体硬质合金铣刀
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2.2切削用硬质合金的分类及牌号
2-6 切削工具用硬质合金分类
11
2-7
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和韧性。
涂 层
可用于加工高硬
精 密
度难加工材料。
铣
刀
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2）涂层硬质合金
2-10
特点：它将韧性材
料和耐磨性材料通过
涂层有机的结合在一
硬 质
起，可以使寿命提高
合 金
2~5倍
涂
层
刀
具
16
3）高速钢基硬质合金
2-11 高速钢基硬质合金铣刀
上海大学
特点：以TiC或WC为 硬质相，以高速钢为 联接相，用粉末冶金 方法制成，性能介于 高速钢与硬质合金之 间。
工 件 成 本 比 例 图
20
4-1
上海大学
3）质量与服务落后等原因造成国产硬质合金 刀具市场占有率低
中国已经成为世界上最大的机床消费国，从刀具 产值来看，硬质合金刀具的产量近年持续增长，而高 速钢刀具开始呈现下降趋势。硬质合金的进出口量均 显着增长，主要的出口对象为亚洲，其次为欧洲，然 后为北美及其他地区。 分析案例：国产硬质合金可转位刀具的市场占有率低 于进口刀具，主要原因有： （1）产品质量意识不强。
硬 质 合 金 的 牌 号
12
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2.3常用硬质合金分类 ISO将切削用硬质合金分为三类： K类：主要成分为WC-CO，对应我国YG类 P类：主要成分WC-TiC-CO，对应我国YT类 M类：主要成分WC-TaC(NbC)-CO，对应我国的YW类
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我国对切削用硬质合金的分类： ①钨钴类硬质合金（YG）（WC+CO ） ②钨钛钴类硬质合金（YT）（ WC-TiC-CO） ③钨钽（铌）钴类硬质合金（YA）（ WC-TaC(NbC)-CO ） ④钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW）（ WC-TiC-Ni-Mo ）
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上海大学
5.参考文献
[1] 金属切削原理及刀具，武文革、辛志杰 [2]机械制造技术基础，熊良山、严晓光、张福润 [3] 高性能硬质合金刀具材料的研究与开发，吴冲浒、
2）一线品牌有瑞典山德维克Sandvik,以色列依斯卡 ISCAR,美国肯纳金属Kenna Metal等;二线品牌有日本 三菱,中国株洲钻石牌,德国瓦尔特等,三线品牌有台湾, 韩国以及国内的自贡长城牌,株洲精诚牌,清河金刚牌
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3）超细晶硬质合金( 晶粒度≤0.5 μm) 性能优异，制备 技术相对成熟，是高性能的硬质合金刀具材料。
可用于制造钻头、 铣刀等复杂刀具。
但其导热性差， 容易过热，切削时要 充分冷却，不适于高 速切削
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3.新型硬质合金研究情况
1）高速、高效、高精度是当今数控切削加工技术发展 的方向; 而高速切削是一项复杂的系统工程，涉及机床 刀具和材料等诸多领域的集成和创新。高档数控机床 是基础，高性能刀具是关键，硬质合金材料为刀具性 能的提高提供了物质保障。
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2.1硬质合金的性能特点
硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、 TiC等）微粉和金属黏结剂（Co、Ni、Mo等）经高压成形 ，并在1500℃左右的高温下烧结而成的粉末冶金制品。
硬质合金的硬度高达 89～94HRA，耐磨性很好，能切 削淬火钢等硬度高的材料。
硬质合金的耐热性为 800～1000 ℃，切削速度可达 100 m/min 以上，但其抗弯强度低、韧性差、怕冲击和振动， 制造工艺性差。
（厦门金鹭特种合金有限公司和国家钨材料工程技术中 心）
4）硬质合金涂层刀具： （ CVD和PVD技术）
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4.硬质合金刀具市场情况
1）我国机床刀具目前的年销售额大约为145亿元，其中 硬质合金刀具所占的比重不足25%，但国内制造业所 需的硬质合金刀具已经占据刀具的50%以上。
2）一个工件成本构成：
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切削速度（m/min）
上海大学
2000 1000
500 200 100
50
20 碳素工具钢
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聚晶金刚石 （PCD）
陶瓷 TiAlN涂层 硬质合金 涂层硬质合金
WC-TiC系硬质合金
聚晶立方 氮化硼 （PCBN） DLC涂层 硬质合金
TiC-TiN金属陶瓷
WC系硬质合金
高速钢
合金工具钢
1800
1850
1900
1950
图10 刀具材料的发展与切削加工高速化的关系
2000 年代
1-1刀具材料的发展情况
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2.硬质合金
上海大学
随着工业的发展需求，工具钢（碳素工具 钢、合金工具钢、高速钢）已经不能满足行业 对高效率加工、高质量加工和难加工材料的加 工要求，因此20世纪20到30年代行业领域发明 了钨钴钛类硬质合金。
上海大学
刀具材料—硬质合金
机电工程与自动化学院
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上海大学
1.刀具材料
1.1刀具材料的定义
在金属切削加工过程中刀具切削部分直接负 担切削工作，所以刀具材料通常是指刀具切 削部分的材料
1.2刀具材料的影响作用
生产率高低，刀具消耗，加工成本，加工精 度，表面质量等等
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1.3刀具材料应具备的性能 1）高的硬度和良好的耐磨性 2）足够的强度和韧性 3）高的耐热性 4）良好的热物理性和耐热冲击性能 5）良好的工艺性 6）经济性