刀具材质及加工参数

生氧化钛膜，减小摩擦及刀具磨损。
2 、 TiN 涂层：在高温时能产生氧化膜，与铁基材料摩擦系数
较小，抗粘结性能好，并能有效降低切削温度。
3 、 TiC—TiN 复合涂层：第一层涂 TiC ，与刀具基体粘牢不易 脱落。第二层涂TiN,减少表面层与工件间的摩擦。 4 、 TiC-Al203 复合涂层：第一层涂 TiC, 与刀具基体粘牢不易 脱落。第二层涂Al203可使刀具表面具有良好的化学稳定性和 抗氧化性能。 目前单涂层刀片已很少应用，大多采用TiC-TiN复合涂层 或TiC-Al2O3-TiN三复合涂层。
上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而制成的。
涂层 硬质合 金 一般采 用 化学气 相 沉积法 ， 沉积温度 在
1000℃左右；涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法， 沉
积温度在500℃左右。 常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等。 涂层厚度：硬质合金为4～5 μm，表层硬度可达HV2500～ 4200； 高速钢为2 μm， 表层硬度可达HRC 80。
二、金刚石（C） 应用：目前主要用于磨具及磨料，可用于加工硬质合 金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材 料，可用于加工硬质合金、陶瓷等硬度达 65 ～ 70HRC 的材 料。也可用于加工高硬度的非金属材料，如石材、压缩木 材、玻璃等，还可加工有色金属，如铝硅合金材料以及复 合难加工材料的精加工或超精加工。 用作刀具材料时，多用于在高速下精细车削或镗削有色金 属及非金属材料。加工铝合金、铜合金时，切速可达 800～3800 m／min。
2.5 其它刀具材料
一、 陶瓷
※陶瓷：以氧化铝（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）为基体 再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。 特点： 优点：硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有良好的化学 稳定性和抗氧化性，与金属的亲合力小、抗粘结和抗扩 散能力强； 缺点：是脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃， 所以使用范围受到限制； 应用：可用于钢、铸铁类零件的车削、铣削加工。高速 切削加工的精加工阶段。
2、WC-TiC-Co类硬质合金（YT）P类 除WC外，还含5%～30%的TiC。硬度和耐磨性提高， 但抗弯 强度，特别是冲击韧性显著降低。其硬度为 HRA 89.15 ～ 92.5 ， 其抗弯强度则为0.9～1.4 GPa(90～140 kgf／mm2)。
牌号：有 YT5 、 YT14 、 YT15 、 YT30 等，数字为 TiC 的含量百分 数，其相应的钴含量为 10% 、 8% 、 6% 、 4% ， TiC 含量提高， Co 含量降低， 特点：此类合金有较高的硬度和耐磨性，特别有高的耐热性， 抗粘结扩散能力和抗氧化能力好；但抗弯强度、磨削性和导热 系数下降，低温脆性大、韧性差。 应用：适于加工钢料。不宜用于加工不锈钢和钛合金。因YT中 的钛元素和工件中的钛元素之间的亲合力会产生严重粘刀现象， 在高温切削及摩擦系数大的情况下会加剧刀具磨损。
高速钢按用途分为通用型高速钢和高性能高速钢；按制造工 艺不同分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。
一、 通用型高速钢
1 、钨系高速钢： W18Cr4V 。含 W 18% 、 Cr 4% 、 V 1% 。有较好
的综合性能， 在 600℃时其高温硬度为 HRC48.5 ，刃磨和热处
理工艺控制较方便，可以制造各种复杂刀具。 2、钨钼系高速钢：W6Mo5Cr4V2。 含W 6%、Mo 5%、Cr4%、V2%。 碳化物分布细小、均匀，具有良好的机械性能，抗弯强度比 W18Cr4V 高 10% ～ 15% ，韧性高 50% ～ 60% 。可做尺寸较大、承受 冲击力较大的刀具；热塑性特别好， 更适用于制造热轧钻头 等；磨加工性也好。 目前各国广为应用。
2.1 刀具材料应具备的性能
1.高的硬度和耐磨性：
2.足够的强度和韧性： 3.高的耐热性： 4.良好的热物理性能和耐热冲击性能： 5.良好的工艺性：
6.良好的经济性：
上述性能中有些是相互矛盾的 ( 如硬度越高，耐磨性越 好的材料的韧性和抗破损能力就越差，耐热性好的材料 韧性也较差)。 实际工作中，应根据具体的切削对象和条件，选择最 合适的刀具材料。
二、 金刚石
※金刚石：碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转 化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。
特点： 优点：硬度高，耐磨性好，刀具耐用度比硬质合金可提 高几倍到几百倍。切削刃口锋利，刃部表面摩擦系数较 小，不易产生粘结或积屑瘤，加工冷硬现象较少，很适 于精密加工。 缺点：热稳定性差，切削温度不宜超过700～800℃；强 度低、脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强 烈的化学亲合力，不能用于加工钢铁材料。
3、WC-TiC-TaC－Co类硬质合金（YW）M类 在YT类中加入TaC(NbC) 可提高其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、高温硬度和抗氧 化能力、耐磨性等。常用的牌号有YW1和YW2。
应用：既可用于加工铸铁及有色金属，也可加工钢。因而又
有通用硬质合金之称。含钴量高时强度和冲击韧度高，可用
于粗加工和断续切削；含钴量低，耐磨性、耐热性好，用于
2.1 刀具材料应具备的性能
为了完成切削，除了要求刀具具有合理的角度和适当 的结构外，刀具的材料是切削的重要基础。 在切削过程中，刀具在强切削力和高温下工作，同时 与切屑和工件表面都产生剧烈的摩擦，因此工作条件极为 恶劣。为使刀具具有良好的切削能力，必须选用合适的材 料，刀具材料对加工质量、生产率和加工成本影响极大。
1.碳素工具钢：碳素工具钢淬火后具有较高的硬度 HRC≈61~65 ，而且价格低廉。但这种材料的耐热性较差 250~300℃ ，并且淬火时容易产生变形和裂纹。常用于 制造手工工具和一些形状较简单的低速刀具。
C= 0.7~1.4%；T8、T10、T10A、T12等，
2.合金工具钢：在碳素工具钢的基础上，加入适量的合金 元素（如Cr，Si，W，Mn等）。与碳素工具钢相比，其热 处理变形有所减少，耐热性也有所提高350~400℃ 。 常用于制造手工工具和一些形状较简单的低速刀具（如 拉刀、丝锥、扳牙）。 HRC≈61~68 目前,生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多。 碳素工具钢(如T10A、 T12A)、合金工具钢(如9SiCr、 CrWMn)因耐热性差， 仅用于一些手工或切削速度较低的
第二章 刀具材料
有关刀具的一组“名言”
工欲善其事，必先利其器 再先进的机床没有刀具尤如一堆废铁 机床、刀具和工件组成的切削加工系统中，刀
具是最活跃的因素
三分手艺，分刀具
有关刀具材料的一组“名言”
好钢用在刀刃上
刀具材料的每一次进步几乎都给机械加工业带来一
次革命 机床与刀具材料交替进展，成为切削技术不断向前 发展的历史规律 金属切削的发展史，从某种意义上说，可归结为刀
具材料的发展史
刀具种类 1.刀具分类： (1)按加工方式和具体用途，可分为车刀、孔加工刀具、铣 刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀 具和磨具等几大类型。 (2)按所用材料性质，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、 陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具和金刚石刀具等; (3)按结构形式，可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和 复合刀具等; (4)按是否标准化，可分为标准刀具和非标准刀具等。
ISO将切削用的WC基硬质合金分为三类（P、K、M）
1、WC-Co类硬质合金（YG） K类
由 WC 和 Co 组 成 。 硬 度 为 HRA89 ～ 91.5 ， 抗 弯 强 度 为
1.1～1.5 GPa (110～150 kgf／mm2)。有粗晶粒、中晶粒、
细晶粒、超细晶粒之分。一般为中晶粒组织， 牌号： YG6 、 YG8 、 YG3X 、 YG6X ，其中数字是含钴量的百 分数，X代表细晶粒。含钴少时硬度高，耐热、耐磨性好， 但脆性增加。反之抗弯强度和冲击韧度高。 特点：细晶粒硬质合金在含钴量相同时比中晶粒的硬度、耐 磨性要高些，但抗弯强度、韧性则低些。 应用：较适于加工短切屑的硬、脆铸铁、有色金属和非金属 材料。含钴量高的用于粗加工。
三、粉末冶金高速钢
粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢钢水
而得到细小的高速钢粉末，然后再热压锻轧制成。
特点：有效地解决了一般熔炼高速钢时铸锭产生粗大碳化物共 晶偏析的问题，而得到细小均匀的结晶组织，使之具有良好的 机械性能。其强度和韧性分别是熔炼高速钢的 2倍和2.5～3倍； 磨削加工性好；物理、机械性能高度各向同性，淬火变形小； 耐磨性提高20%～30%。 适用于制造精密刀具、大尺寸(滚刀、插齿刀)刀具、复杂成形 刀具、拉刀等
2.3 硬质合金 一、硬质合金的特点
硬质合金由难熔金属碳化物(如WC、 TiC)和金属粘结剂(如 Co)经粉末冶金法制成。 特点：硬质合金的硬度、耐磨性、 耐热性都很高。 硬度可达
HRA 89～93，在800～1000℃还能承担切削， 耐用度较高速钢
高几十倍。当耐用度相同时，切削速度可提高 4～ 10 倍。强度 和韧性小于高速钢，仅为 0.9 ～ 1.5 GPa(90 ～ 150 kgf ／ mm) 、 工艺性差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。适于制造高 速切削刀具。大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；
涂层刀具特点： 优点：高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力；有低的摩擦系数， 可降低切削时的切削力及切削温度，可提高刀具耐用度
( 提高硬质合金刀具耐用度 1 ～ 3 倍， 高速钢刀具耐用度
2～10倍)。 缺点：锋利性、 韧性、 抗剥落性、抗崩刃性差及成本昂 贵的问题。
1 、 TiC 涂层：硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削时能产
常用的刀具材料 碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、 金刚石、立方氮化硼等。
刀具材料的分类：
工具钢：碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢；
硬质合金：普通硬质合金、细颗粒硬质合金 、微颗粒硬 质合金；有钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钽