数控刀具材质及应用
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现代的切削工具材料经历了从碳素工具钢到高速 钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷刀具和超硬 刀具材料的一百多年的发展历史。
3
刀具材料分类
现代切削刀具材料
工具钢
高速钢
碳
合来自百度文库
素
金
工
工
具
具
钢
钢
硬质合金
普
涂
通
层
硬
硬
质
质
合
合
金
金
陶瓷
金 属 陶 瓷
非 金 属 陶 瓷
超硬材料 CBN PCD
CVD
PVD
4
刀具材料分类
7
分类与性能
硬质合金的种类很多，其分类主要有二种： 1．按使用条件，即被切削材料分类； 2．按成分分类。
根据被切削材料种类的分类。国际标准化组织 （ISO）根据ISO513-1975（E）规定，切削用硬质 合金按用途分为P、K、M三类：P类主要用于加 工钢件，包括铸钢；K类主要用于加工铸铁、有 色金属和非金属材料；M类用于加工钢（包括奥 氏体钢、锰钢等）及铸铁、有色金属等。
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WC-Co硬质合金 WC-Co（YG）类硬质合金主要用于加工铸铁、有
色金属和非金属材料。 YG类合金有较高的抗弯强度和冲击韧性（与YT类
比较），这可减小切削时的崩刃。 YG类合金的导热性较好，有利于切削热从刀尖散
走，降低刀尖温度，避免刀尖过热软化。 加工有色金属及其合金时，由于在熔化温度下有色
8
分类与性能
根据成分分类。我国常用硬质合金按其化学成分及 用途可分为三类：
1．钨钴类（WC-Co）硬质合金；这类硬质合金的硬质相是 WC，粘结相是Co，其代号为YG，相当于ISO标准的K类。
2．钨钛钴类（WC-TiC-Co）硬质合金；这类硬质合金的硬质 相除WC外，还加有TiC，粘结相也是Co，其代号为YT， 相当于ISO标准的P类。
数控刀具材质与应用
王以任 2011-12-2
1
目录
简介 刀具材料分类 内容
➢ 硬质合金刀片 ➢ 表面涂层
PVD涂层刀片 CVD涂层刀片
➢ 金属陶瓷刀片 ➢ 非金属陶瓷刀片 ➢ 超硬材料刀片
2
简介
刀具材料的发展简史
人类发展的历史也是人类使用工具的历史。在远 古时代所谓的切削是指“去除加工”，以石头为 工具。随后发展了青铜和铁制工具。
这类合金兼有WC-TiC-Co及WC-TaC-Co合金的大部 分最佳性能，它既可用于加工钢料（主要用途）， 又可用于加工铸铁和有色金属，故常被称为通用合 金（代号YW）。
这类合金通常用于加工各种高合金钢、耐热合金和 各种合金铸铁、特硬铸铁等难加工材料。
14
2.表面涂层
15
涂层——表面工程技术的重要分枝
用以改变材料表面特性的技术，可以追朔到远古，三千多年前中国的 大漆、二千多年前秦始皇墓中的青铜剑表面改性层(秦始皇墓二号坑出 土的19把青铜剑光亮如新、锋利如初，经分析，表面有一层厚约为 l0um的含铬的氧化层)就是明证。油漆、电镀、涂层这些古典防护技术， 随着科学技术的进步都在逐步的发展之中，而当电子束、离子束、激 光束这些近代技术于60－70年代进入表面技术领域，并发挥其特有的 功能，则使表面技术发生了飞跃的进步，既推动了许多工业部门的飞 速发展，又形成了自己的体系，80年代初出现了表面工程的新概念， 当时的英国热处理学会，l 984年更名为热处理与表面工程学会，出版 了第一本国际性的表面工程杂志，有关表面改性、薄膜、涂层、表面 工程的学术会议、像雨后春笋，蓬勃发展，国际上出现了表面工程研 究热潮，表面工程技术成为80年代世界上10项关键技术之一，进入90 年代，其发展势头渐进，各国竞相把表面工程列入研究发展规划。
3．钨钛钽（铌）钴类（WC-TiC-TaC（NbC）-Co）硬质合金； 这类硬质合金是在YT合金成分中添加有TaC（NbC）而成， 其代号为YW，相当于ISO标准的M类。
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分类与性能
ISO 分类
P类
P01,P10,P20,
P30,P40
M类
M10,M20,
M30,M40
K类
K01,K05,K10,
K20,K30,K40
用途 钢材加工
化学成分 WC+TiC+Co
难加工材料如 WC+TiC+Ta（Nb）C+Co 不锈钢加工 铸铁及有色金 WC+Co+（TaC） 属加工
10
应用
硬质合金的应用主要有三大领域，即切 削刀具、矿用刀片和异型材料；各类硬质 合金因其成分和性能的不同，有着不同的 应用领域。
金属及其合金不会与WC产生熔解或熔解速度非常慢， 即使在熔化温度下也不产生化学相互作用，因此， YG类合金能成功地加工有色金属及其合金。
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WC-TiC-Co硬质合金
WC-TiC-Co（YT）类硬质合金适于加工塑性 材料如钢材。
YT类合金具有较高的硬度，特别是有较高 的耐热性，在高温时的硬度和抗压强度比YG 类合金高，抗氧化性能好。另外，在加工钢 材时，YT类合金有很高的耐磨性。
YT类硬质合金的导热性较差，切削时传入 刀具的热量较少，大部分的热量集中在切屑 中，切屑受强热后会发生软化，因而有利于 切屑过程的顺利进行。
13
WC-TaC（NbC）-Co硬质合金 在WC-TiC-Co硬质合金中加入适当的TaC，可提高
其抗弯强度（显著增加刀刃强度）、疲劳强度和冲 击韧性，提高耐热性、高温硬度、高温强度和抗氧 化能力，提高其耐磨性，增加抗月牙洼磨损和抗后 刀面磨损能力。
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涂层定义
涂层可定义为用物理的、化学的、或者其他方法，在金属 或非金属基体表面形成的具有一定厚度、不同于基体材料 且具有一定的强化、防护或特殊功能的覆盖层。 上述涂层定义涉及下列应搞清楚的问题。 (1）涂层应有“一定厚度”，这个厚度是多少? (2)涂层是“不同于基体材料”的一个覆盖层，应是一种什 么材料? (3)涂层是怎样形成的?即涂层形成机制如何? (4)涂层是如何“附着”在基体上，即涂层与基体的结合机 制如何? (5)涂层要有的“一定功能”是什么功能? (6)涂层与表面改性是什么关系?
5
1.硬质合金刀片
6
硬质合金
硬质合金是指由一种或多种难熔金属的碳化物（如碳化钨、 碳化钛等）作为硬质相，用金属粘结剂作为粘结相，经粉 末冶金技术制造的材料。
作为切削刀具用的硬质合金，常用的碳化物有碳化钨 （WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）、碳化铌 （NbC）等，常用的粘结剂有钴（Co）、镍（Ni）、铁 （Fe）。硬质合金的强度主要取决于钴的含量。由于硬质 合金具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温和膨 胀系数小等优点，因此在工业部门中得到了越来越广泛的 应用，已成为最优良的工具材料之一。
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刀具材料分类
现代切削刀具材料
工具钢
高速钢
碳
合来自百度文库
素
金
工
工
具
具
钢
钢
硬质合金
普
涂
通
层
硬
硬
质
质
合
合
金
金
陶瓷
金 属 陶 瓷
非 金 属 陶 瓷
超硬材料 CBN PCD
CVD
PVD
4
刀具材料分类
7
分类与性能
硬质合金的种类很多，其分类主要有二种： 1．按使用条件，即被切削材料分类； 2．按成分分类。
根据被切削材料种类的分类。国际标准化组织 （ISO）根据ISO513-1975（E）规定，切削用硬质 合金按用途分为P、K、M三类：P类主要用于加 工钢件，包括铸钢；K类主要用于加工铸铁、有 色金属和非金属材料；M类用于加工钢（包括奥 氏体钢、锰钢等）及铸铁、有色金属等。
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WC-Co硬质合金 WC-Co（YG）类硬质合金主要用于加工铸铁、有
色金属和非金属材料。 YG类合金有较高的抗弯强度和冲击韧性（与YT类
比较），这可减小切削时的崩刃。 YG类合金的导热性较好，有利于切削热从刀尖散
走，降低刀尖温度，避免刀尖过热软化。 加工有色金属及其合金时，由于在熔化温度下有色
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分类与性能
根据成分分类。我国常用硬质合金按其化学成分及 用途可分为三类：
1．钨钴类（WC-Co）硬质合金；这类硬质合金的硬质相是 WC，粘结相是Co，其代号为YG，相当于ISO标准的K类。
2．钨钛钴类（WC-TiC-Co）硬质合金；这类硬质合金的硬质 相除WC外，还加有TiC，粘结相也是Co，其代号为YT， 相当于ISO标准的P类。
数控刀具材质与应用
王以任 2011-12-2
1
目录
简介 刀具材料分类 内容
➢ 硬质合金刀片 ➢ 表面涂层
PVD涂层刀片 CVD涂层刀片
➢ 金属陶瓷刀片 ➢ 非金属陶瓷刀片 ➢ 超硬材料刀片
2
简介
刀具材料的发展简史
人类发展的历史也是人类使用工具的历史。在远 古时代所谓的切削是指“去除加工”，以石头为 工具。随后发展了青铜和铁制工具。
这类合金兼有WC-TiC-Co及WC-TaC-Co合金的大部 分最佳性能，它既可用于加工钢料（主要用途）， 又可用于加工铸铁和有色金属，故常被称为通用合 金（代号YW）。
这类合金通常用于加工各种高合金钢、耐热合金和 各种合金铸铁、特硬铸铁等难加工材料。
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2.表面涂层
15
涂层——表面工程技术的重要分枝
用以改变材料表面特性的技术，可以追朔到远古，三千多年前中国的 大漆、二千多年前秦始皇墓中的青铜剑表面改性层(秦始皇墓二号坑出 土的19把青铜剑光亮如新、锋利如初，经分析，表面有一层厚约为 l0um的含铬的氧化层)就是明证。油漆、电镀、涂层这些古典防护技术， 随着科学技术的进步都在逐步的发展之中，而当电子束、离子束、激 光束这些近代技术于60－70年代进入表面技术领域，并发挥其特有的 功能，则使表面技术发生了飞跃的进步，既推动了许多工业部门的飞 速发展，又形成了自己的体系，80年代初出现了表面工程的新概念， 当时的英国热处理学会，l 984年更名为热处理与表面工程学会，出版 了第一本国际性的表面工程杂志，有关表面改性、薄膜、涂层、表面 工程的学术会议、像雨后春笋，蓬勃发展，国际上出现了表面工程研 究热潮，表面工程技术成为80年代世界上10项关键技术之一，进入90 年代，其发展势头渐进，各国竞相把表面工程列入研究发展规划。
3．钨钛钽（铌）钴类（WC-TiC-TaC（NbC）-Co）硬质合金； 这类硬质合金是在YT合金成分中添加有TaC（NbC）而成， 其代号为YW，相当于ISO标准的M类。
9
分类与性能
ISO 分类
P类
P01,P10,P20,
P30,P40
M类
M10,M20,
M30,M40
K类
K01,K05,K10,
K20,K30,K40
用途 钢材加工
化学成分 WC+TiC+Co
难加工材料如 WC+TiC+Ta（Nb）C+Co 不锈钢加工 铸铁及有色金 WC+Co+（TaC） 属加工
10
应用
硬质合金的应用主要有三大领域，即切 削刀具、矿用刀片和异型材料；各类硬质 合金因其成分和性能的不同，有着不同的 应用领域。
金属及其合金不会与WC产生熔解或熔解速度非常慢， 即使在熔化温度下也不产生化学相互作用，因此， YG类合金能成功地加工有色金属及其合金。
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WC-TiC-Co硬质合金
WC-TiC-Co（YT）类硬质合金适于加工塑性 材料如钢材。
YT类合金具有较高的硬度，特别是有较高 的耐热性，在高温时的硬度和抗压强度比YG 类合金高，抗氧化性能好。另外，在加工钢 材时，YT类合金有很高的耐磨性。
YT类硬质合金的导热性较差，切削时传入 刀具的热量较少，大部分的热量集中在切屑 中，切屑受强热后会发生软化，因而有利于 切屑过程的顺利进行。
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WC-TaC（NbC）-Co硬质合金 在WC-TiC-Co硬质合金中加入适当的TaC，可提高
其抗弯强度（显著增加刀刃强度）、疲劳强度和冲 击韧性，提高耐热性、高温硬度、高温强度和抗氧 化能力，提高其耐磨性，增加抗月牙洼磨损和抗后 刀面磨损能力。
16
涂层定义
涂层可定义为用物理的、化学的、或者其他方法，在金属 或非金属基体表面形成的具有一定厚度、不同于基体材料 且具有一定的强化、防护或特殊功能的覆盖层。 上述涂层定义涉及下列应搞清楚的问题。 (1）涂层应有“一定厚度”，这个厚度是多少? (2)涂层是“不同于基体材料”的一个覆盖层，应是一种什 么材料? (3)涂层是怎样形成的?即涂层形成机制如何? (4)涂层是如何“附着”在基体上，即涂层与基体的结合机 制如何? (5)涂层要有的“一定功能”是什么功能? (6)涂层与表面改性是什么关系?
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1.硬质合金刀片
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硬质合金
硬质合金是指由一种或多种难熔金属的碳化物（如碳化钨、 碳化钛等）作为硬质相，用金属粘结剂作为粘结相，经粉 末冶金技术制造的材料。
作为切削刀具用的硬质合金，常用的碳化物有碳化钨 （WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）、碳化铌 （NbC）等，常用的粘结剂有钴（Co）、镍（Ni）、铁 （Fe）。硬质合金的强度主要取决于钴的含量。由于硬质 合金具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温和膨 胀系数小等优点，因此在工业部门中得到了越来越广泛的 应用，已成为最优良的工具材料之一。