刀具的材质

• 材料硬度
低於 40 HRc
• 加工型式
半精 &精加工
• 速度&進給量
中等速度 (與Al2O3接近) 小的走刀量
陶瓷
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
①高温度,高耐酸化性优秀 ②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。
H（种）
H01～H30
高硬度材
HRC40以上标准（烧结材）
※分类记号的数値越小,耐摩耗性越优秀、记号越大耐欠损性越优秀。
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550600℃，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2￣5倍。
M种
WC+Co+TiC+(TaC）
WC+TiC・TaC （2～15%）
K种
WC+Co
WC
硬质合金刀片的制作方法 材料工程
調合
加工工程
Vacuum
研削
粉砕・调整
Air
烧成 ＣＶ Ｄ
造粒
成形
ＰＶＤ
金属陶瓷
金属陶瓷(CERMET)是陶瓷(CERAMIC)和金属（METAL）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』。
脆化(劣化)層
× 容易发生(根据母材可软化)
○ 很难发生
CVD vs PVD
CVD
塗層溫度 基體軔性 圖層殘餘應力 切削刃口的幾何設計 1000 CO 減小 張力 倒圓
PVD
500 CO 與不塗層相同 壓力 峰利或倒圓
CVD
常見的Al2O3 可有較厚的塗層
PVD
絕緣塗層 很難附著 大多數是單層
为什么用PVD涂层
主成分 WC+Co+TiC+(TaC） WC+Co+TiC+(TaC）
使用用途的大分类 钢 不锈钢
K（种）
K01～K40
WC+Co
铸铁
3-2．硬质合金的组织
Ti、Ta硬质姿态(灰色)
W的硬质姿态(白
记号
主成分
硬質相
组织结构例
P种
WC+Co+TiC+(TaC）
WC+TiC・TaC （10～30%）
Co姿态
• • • • • • 不易損壞 塗層無細縫 細小的顆粒和光滑的塗層表面 在加工時較小磨擦的熱 保持基體的強度 能塗在鋒利的刃口上
PVD 涂层刀具的应用
• 特別適用於銑削,螺紋,割槽,切斷,和精車的應用 • 典型的加工工件材料:碳鋼,合金鋼,淬火鋼,不銹鋼,高溫合 金,鎳基合金
塗層厚度
• 最佳化的厚度提供最大的生產能力 太薄的塗層:塗層效果只能維持短 時間 太厚的塗層:塗層脫落 能起作用的塗層厚度: 2-20 um CVD塗層:點型厚度在 10 um PVD塗層:點型厚度在 2-5 um
耐氧化性
○ △ △
耐摩耗性
○ ◎ ◎
（TiN，TiC，TiCN，TiAlN，Al2O3 etc)
TiAlN
Al2O3
2300～2500
2200～2400
◎
◎
○
○
涂层的特长 ＜涂层膜的特征＞
(GPa) 40 TiC 30 硬 度 TiCN
■ TiC / TiCN：硬度高
20 10
TiN
TiAlN
Al2O3 （参考：酸化物）
耐摩耗性好 （机械性摩耗）
（参考：超硬母材）
■ Al2O3 / TiAlN：耐高温性强
0
200
400 600 800 氧化开始温度（℃）
1000
抗氧化性好 （热的摩耗）
涂层的方法
CVD法（化学涂层法）
反应炉
PVD法（物理涂层法）
电子柱 反応气 (C2H2、N2) 制品 (刀片) 真空泵
电热器
成膜样式
耐酸化 抵抗上限 温度(℃)
TiC 3100 3225 1150
炭化钨
NbC 2435 3650 1050
钴 （金属）
TiN 1950 3000 1250
炭化钽
※红色框内 为金属陶瓷 的主成分
サーメッ ト
硬度(HV) 融点(℃)
耐酸化 抵抗上限 温度(℃)
WC 1780 2900 650
Co 250 1493 300
刀具基体材料分类
刀具基体材料
工具钢
硬质合金
陶瓷
超硬材料
碳素工具钢
普通颗粒硬质合金
细颗粒硬质合金
超细颗粒硬质合金
氧化物陶瓷
立方氮化硼
合金工具钢
高速工具钢 钨基硬质合金
氮化物陶瓷
混合陶瓷
金刚石
钛基硬质合金 普通高速钢
高性能高速钢 低合金高速钢
粉末冶金高速钢
刀具材质的分类和使用用途
记号
P（种） M（种） K（种） N（种） S（种）
立方氮化硼 (CBN)
立方氮化硼(CBN)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。
由硼素(B)＋氮素(N)构成、 ・奥氏体系不锈钢 硬度仅次于钻石 (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
（KBN系列）
・CBN：Cubic Boron Nitride(立方晶氮化硼素)的略称。
抗化學性磨損
碳化鈦-氮化鈦 金屬陶瓷
PVD塗層 硬質合金 非塗層 硬質合金
抗熱衝擊
不能用在粗車 或 銑削
PVD塗層 硬質合金
非塗層 硬質合金
冷卻液
碳化鈦-氮化鈦 金屬陶瓷
碳化鈦-氮化鈦金属陶瓷
应用提示
• 刀具寿命
長的刀具壽命在於精加工,半精加工
• 被加工工件材料
低 & 中碳鋼,易削鋼,不銹鋼 & 長屑的球莫鑄鐵
3.硬质合金
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。
记号 P（种） M（种）
分类记号 P01～P50 M01～M40
切削刀具的材质
刀具材料应具备的基本性能 Characteristics of cutting tools
高硬度Hardness 高耐磨性 Wear resistance 足够的强度与冲击韧性 Strength & Toughness 高耐热性 Hot hardness 化学稳定性Chemical stability and inertness 良好的工艺性能和经济性economics
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 ・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) 针对切削热的安定性 600℃程度上变成CO2及 C 构成元素和硬度 不适用被削材 (不适合加工的材料)
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 钟几十米； 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 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。
TaC 1800 3800 1050
金属陶瓷的优势
・与超硬相比，更能实现高速切削
2）和被削材（Fe）的亲和性低 ■铁屑积屑瘤发生的比较
很难发生铁屑积瘤
金属陶瓷
硬质合金
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
【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。
根据工件硬度选择刀具材质
CBN 65 RC 60 RC 55 RC 45 RC PVD Coated Carbide Carbide 225 BHN 175 BHN Alumina Ceramic
CVD Coated Carbide
Cermet
35 RC
陶瓷 CERAMIC
+ +
金属 METAL Co，Ni
＝ 瓷金 ＝ CERMET
ＴiC，TaC，NbC + TiN，TiCN
金属陶瓷的特长 1)耐摩损性优秀 ■金属陶瓷的高温硬度 与超硬相比高温硬度高
■炭化物、氮化物的特征
炭化钛 黒色陶瓷(Al2O3-TiC系) 炭化硼 氮化钛
硬度(HV) 融点(℃)
分类记号
P01～P50 M01～M40 K01～K40 N01～N30 S01～S30
使用用途的大分类
钢 不锈钢・耐热钢 铸铁 非铁材料 难削材
钢材代表例
炭素钢（S15C）、合金钢（SCM435） 奥氏体系不锈钢（SUS304） 灰铸铁（FC200）、球墨铸铁(FCD450） 铝、铜 钛合金（Ti-6Aｌ-4V）・NI基合金
サーメッ ト 黒色陶瓷(Al2O3-TiC系)
■各種工具材料的高温硬度
CBN
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。
CBN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 铁的高速加工。
材种 用途 ・高硬度材切削 (SCM,SKD等高 硬度淬火的材 料) ・铸铁的高速切削 针对切削热的安定性 1000℃以下 无急剧強烈变化 构成元素和硬度 不適用被削材
■硬质母材的特征（参考值）
硬质母材 （超硬合金和瓷金） 母材 硬度（Hv） 弯曲强度(MP)
超硬
瓷金
来自百度文库
WC-(TiC)-Co
TiC(N)-Ni/Co
1300-1600
1500-1800
1500-2300
1300-1700
涂层
■涂层膜的特征（参考值）
膜种
TiN TiC TiCN
涂层材料
硬度(Hv)
2000～2400 3200～3800 3000～3500
PCD
(多结晶钻石)
由炭素(C)构成、地球 ・鉄鋼 上最硬材质 (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。
刀具的涂层
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。 通过表面的渡膜、工具的高速切削和長寿命化变成可能。
CH4 N2
制品 (刀片)
排気 离子
涂层原料 (Ti) 400～600℃ × (不在固定部分) × (比CVD低) TiN、TiCN、TiC、TiAlN
真空泵 H2 处理温度 付着状态 密着强度 成膜物质
TiCl4
防臭阀 900～1100℃ ○ (全面均一) ○
排気
电源
TiN、TiCN、TiC Al2O3