常用刀具材料分类

常用刀具材料分类、特点

及应用

班级：机械工程学院11级卓越班

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日期：2014.05.02

摘要

用刀具切削金属时，直接负担切削工作的是刀具的切削部分。刀具切削性能的好坏取决于构成刀具切削部分的材料、切削部分的几何参数及刀具结构的选择是否合理。其中，刀具材料的选择尤为重要。本文在阐述了刀具材料应该具备的性能的基础上，对高速钢、硬质合金、涂层刀具、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等几种不同种类的刀具进行了介绍，分别说明了它们的分类、特点及应用。为生产中刀具材料的选用提供了指导。

关键词：刀具材料分类应用

目录

1 绪论 (4)

2 刀具材料应具备的性能 (4)

2.1 高的硬度和耐磨性 (4)

2.2 足够的强度和韧性 (5)

2.3 高的耐热性 (5)

2.4 良好的热物理性能和耐热冲击性能 (6)

2.5 良好的工艺性能 (6)

2.6 经济性 (6)

3 常用刀具材料及其应用 (6)

3.1 高速钢 (6)

3.1.1 通用型高速钢 (7)

3.1.2 高性能高速钢 (7)

3.1.3 粉末冶金高速钢 (8)

3.2 硬质合金 (8)

3.2.1 硬质合金的特点 (8)

3.2.2 常用硬质合金的分类及其性能 (9)

3.2.3 硬质合金的选用 (10)

3.3 涂层刀具 (10)

3.3.1 涂层刀具的定义 (10)

3.3.2 常用的涂层材料 (11)

3.3.3 涂层刀具的特点 (11)

3.4 陶瓷 (11)

3.4.1 陶瓷刀具的发展 (11)

3.4.2 Al2O3基陶瓷 (12)

3.4.3 Si3N4基陶瓷 (12)

3.5 金刚石 (13)

3.5.1 金刚石刀具的分类 (13)

3.5.2 金刚石刀具的性能及应用 (13)

3.6 立方氮化硼 (13)

3.6.1 立方氮化硼刀具的定义和分类 (13)

3.6.2 立方氮化硼刀具的性能及应用 (14)

4 刀具材料未来的发展 (14)

参考文献 (14)

1 绪论

刀具材料的发展在人类的生活、生产中有着很大的重要性。在古代,“刀”和“火”是两项最伟大的发明,它们的发明和应用是人类登上历史舞台的重要标志。刀具材料的进步曾推动着人类社会文化和物质文明的发展。例如,在人类历史中曾有过旧石器时代、新石器时代、青铜器时代和铁器时代等。[1]

材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素。其中,刀具材料的性能起着关键作用。切削加工生产率和刀具耐用度高低，刀具消耗和加工成本多少，加工精度和表面质量的优劣等，很大程度上都取决于刀具材料的合理选择。

图（1） 各类刀具、材料

2 刀具材料应具备的性能

2.1 高的硬度和耐磨性

硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具想要加工工件，其硬度必须比工件材料的硬度大。切削金属所用刀具切削刃的硬度一般都在60HRC 以上。

耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般情况下刀具硬度越高耐磨性就越好。刀具的耐磨性也受组织中的硬质点、刀具材料的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。考虑到材料的品质因素可用下式表示材料的耐磨性：

0.50.843R Ic W K E H -=

K指材料的断裂韧度（MPa·m1/2）；E指材料的弹其中，H指材料硬度（GPa）；

Ic

性模量（GPa）。

2.2 足够的强度和韧性

材料的强度决定了材料的承载能力，而材料的韧性反应材料对外来冲击功、能的吸收能力，要求材料具有一定的组织内部微裂纹扩展的能力。[2]刀具材料只有具备足够的强度和韧性，才能承受很大的压力，以及在切削过程中通常要出现的冲击和振动条件下工作而不产生崩刃和折断。

2.3 高的耐热性

耐热性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，是衡量刀具材料切削性能的主要标志。刀具材料的高温硬度越高，刀具的切削性能越好，允许的切削速度也越高。刀具材料也应当具有良好的化学稳定性。

图（2）不同刀具材料的硬度与温度的关系[3]

1-金刚石 2-立方氮化硼 3-碳化硅 4-氧化铝陶瓷 5-YT15硬质合金

6-YG8硬质合金 7-W18Cr4V高速钢 8-T12高碳钢

2.4 良好的热物理性能和耐热冲击性能

热物理性能主要是指导热性，刀具材料的导热性越好，切削热越容易散走，有利于降低切削温度。

刀具材料的耐热冲击性能是指抵抗热冲击的能力，特别是断续切削时，可用耐热冲击系数表示：

(1)b R E λσμα

-= 其中，λ指导热系数；b σ指抗拉强度；μ指泊松比；E 指弹性模量；α指热膨胀系数。耐热冲击性能良好的刀具材料在切削加工时才可以使用切削液。

2.5 良好的工艺性能

为了便于刀具制造，要求刀具材料有良好的锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能、磨削加工性能等。

2.6 经济性

经济性是刀具材料的重要指标之一，刀具材料的发展应结合本国资源。使用时刀具时，应同时考虑单件刀具成本和使用寿命，即考虑其经济效果。 3 常用刀具材料及其应用

3.1 高速钢

高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。这里要明确的是高速钢并不就是用来高速切削的刀具。高速切削一般是指切削速度和进给速度比常规加工高5~10倍的加工方式，它是采用高转速、快进给、小切深和小步距来去除余量,完成零件加工的过程。[4]

高速钢具有较高的热稳定性、高的强度，制造工艺简单，容易磨成锋利切削