金属切削刀具材料Z

三、常用刀具材料
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三、常用刀具材料 二）合金工具钢
在碳素工具钢中加入一定量的铬（ Cr ）、钨（ W ）、 锰（Mn）等合金元素，能够提高材料的耐热性、耐磨 性和韧性，同时还可以减少热处理时的变形。 1、主要牌号有 9SiCr CrWMn
2、主要性能 淬火后的硬度可达HRC61～65，红硬性为 300℃～ 400℃，允许切削速度 Vc=10 ～15m/min, 制作低 速、形状比较复杂、要求淬火后变形小的刀具。如板 牙、拉刀、手用铰刀（孔的精加工）等。
序 试用刀片 号 牌号 刀片规格 试件材质 加工部位 加工参数：n=/min, f=/r, ap=mm 使用寿命 单价/元 原有刀片厂家及 单价/元 使用寿命
试切 记录
公鹏、周 三元
株钻 16 YB6513
DNMG1560608ADF
AISI 107.32.20.01 A4345 传动轴 HB-335~375 半精车外圆
2、钨钴钛类硬质合金（YT）：硬质相（WC+TiC）+粘结相（Co） ①常用牌号： YT5、YT14、YT15、 YT30（数字表示 TiC的百分含量） ②应用：
YT5（粗加工）

YT14、YT15（半精加工） 耐磨性↑ 耐磨性↓ 脆性↑ 脆性↓
YT30（精加工） 韧性↓ 韧性↑
TiC含量↑ TiC含量↓
随着科学技术的发展，对工程材料提出了愈 来愈高的要求，各种新型金属材料和非金属材料 的应用日益广泛，面对如此品种繁多的工件材料， 如何正确选择刀具材料来进行切削加工，以提高 生产效率、降低成本和减少资源消耗，这是一个 十分重要的问题。 不同的刀具材料或同种刀具加工不同的工件 材料时刀具寿命往往会存在很大差别，所谓“万 能刀具”是不存在的。“工欲善其事，必先利其 器”这一句中国名言已成为国内外的共识。因此， 学习金属切削原理，掌握各种刀具材料的不同特 性，按具体情况解决好刀具材料与加工对象之间 的“合理匹配”问题，优选切削用量，从而提高 应用水平。
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（三）金刚石
分为人造和天然两种，是目前已知最硬的 材料，硬度约为 HV10000, 故其耐磨性好，不足 之处是抗弯强度和韧性差，对铁的亲和作用大， 故金刚石刀具不能加工黑色金属，在800℃时， 金刚石中的碳与铁族金属发生扩散反应，刀具 急剧磨损。金刚石价格昂贵，刃磨困难，应用 较少。主要用作有色金属加工、磨具、磨料， 有时用于修整砂轮。
目前，中国的机械工业呈现出快速增长的势头， 但生产效率低下导致投入与产出相比效益不高，或 者说得到回報的比例远远低于国外，在国际上的竞 争力并不强。要想从“制造大国”走向“制造强 国”，制造效率和生产管理水平必需加快提升；要 做到这一点首要任务是提升企业和职工的管理、技 术素质。从提高机械加工效率方面考量，普遍提高 一线技术工人的刀具应用技术水平是至关重要的， 也是企业增收节支、降本增效的有效办法。 为了配合企业的技术培训工作，我们以简明的 图、表及少量文字叙述编写有关机械加工专项技术 培训资料，力求达到易学、实用、速成的效果。 3
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四、其他刀具材料
陶瓷材料主要是以氧化铝（Al2O3）或氮化硅（Si3N4 ）等为主要成分，经压制成型后烧结而成的刀具材料。 陶瓷的硬度高，化学性能稳定，耐氧化，所以被广泛用 于高速切削加工中。陶瓷刀具和传统硬质合金刀具相比 ，具有以下优点：
（一）陶瓷材料
陶瓷材料的优点
1.硬度高，可加工硬度高达HRC45以上的难加工材料。 2.与被加工工件材料的亲和力低，不易产生积屑瘤。 3.耐用度提高几倍至几十倍。 4.切削效率提高3~10倍，可实现以车、铣代磨。
一）碳素工具钢
碳素工具钢是一种含C量较高的优质钢（含C一般为 0.65～1.35%）。 1、常用牌号有 T7A、T8A……T13A等 2、主要性能 淬火后硬度较高，可达HRC61～65；红硬性为 200℃～250℃，价格低廉，不耐高温，切削速度因此而不能提 高，允许切削速度 VC≤10m/min, 只能制作低速手用刀具，如 板牙、锯条、锉等。
2.2刀具材料的选择：

①选择高性能非涂层硬质合金。根据被加工材料难度特性，宜选择ISO标准 K40—K10和M40—M10合金刀片，其K类合金成分是WC-Co加入TaC （NbC），M类合金成分是WC-TiC-Co-TaC。这两类合金的特点是，K40和 M40具有很高抗弯强度，韧性抗冲击性好，适于不利条件下的粗加工作业， 不易打刀和崩刀。而K10和M10合金又具有较高的常温硬度及高温硬度，抗粘 结、抗氧化性强，耐磨损，适于半精加工及精加工，不易与同族金属材料相 互扩散，亲和力小，不仅能延长刀具寿命，且能保证被加工工件表面质量。 推荐牌号见表。 选用非涂层硬质合金牌号
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五 难加工材料的切削加工
归类

高强度、超高强度、高锰钢、淬硬钢

冷硬铸铁、喷涂材料、不锈钢，高温合金、钛 合金、高熔点材料、非金属复合材料（工程陶 瓷、石英与宝石碳纤维材料）
加工特性
①高硬度；②高强度；③高塑性和高韧性；④低塑性和高 脆性；⑤低导热性；⑥有微观的硬质或硬夹杂物；⑦化学 性能过于活泼。
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2005-4-22
三、常用刀具材料
（二）分类
硬质合金 钨钴类硬质合金（YG） 钨钴钛类硬质合金（YT） 添加稀有金属硬质合金（YA、YW） 碳化钛基硬质合金（YN）
1、钨钴类硬质合金YG： WC + Co ①常用牌号：YG3、YG6、YG8（3、6、8、代表Co含量占3%、6%、8%） ②应用：
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三、常用刀具材料
三）高速钢
高速钢是一种高合金工具钢，钢中含有W、Mo、Cr、V等合金元素。 (一)高速钢的性能
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三、常用刀具材料 （二）高速钢的分类
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三、常用刀具材料
四）硬质合金
硬质合金 = 硬质相（TiC或WC） + 粘结相（Co、Ni、Mo等，其中Co 比较常用）
（一）主要性能
n=80/min,f=0.6~0.7/r, 可加工2~3件 17.5 ap=2mm
株钻YB435 加工1件
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百度文库25
2、不锈钢的切削加工 2.1特性：
不锈钢加入Cr 、Mo、Ti等元素，使其耐磨蚀性能在较高温度下有较高强度 不锈钢难切削的原因： 1）加工硬化倾向大，高温强度高。与一般钢材相比，不锈钢的强度、硬度并 不高，甚至还低些。但由于含有大量Cr、Ni、Mo等元素，塑料与韧性好，高温 强度高，加工硬化倾向大，因此切削负荷重。此外，奥氏体不锈钢在切削过程中， 内部还会析出一些碳化物，加强了对刀具的擦伤作用。

YG3（精加工）
YG6（半精加工） YG8（粗加工） 强度↑ HRC↓ 耐磨性↓
Co的含量↑

韧性↑
Co的含量↓ 韧性↓ 强度↓ HRC↑ 耐磨性↑ 脆性↑
主要用于加工铸铁、青铜等脆性材料，不适合加工钢料，因为在640℃时发生严重 14 粘结，使刀具磨损，耐用度下降。

三、常用刀具材料

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（二）立方氮化硼
它是一种人工合成的新型刀具材料。它是 立方氮化硼在高温、其硬度很高，可达 8000 ～ 9000HV,仅次于金刚石，并具有很好的热稳定性， 可承受 1000℃以上的切削温度，它的最大的优 点是在高温 1200℃～ 1300℃时也不会与铁族金 属起反应。因此既能胜任淬火钢、冷硬铸铁的 粗车和精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、 硬质合金及其他难加工材料的高速切削。
二、难加工材料的切削加工的应用：
前角和主偏角应较小，刀尖圆弧半径较大，必须采用低于加工中碳正火钢的切削用量， 尤其是切削速度。
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③可选用TIC或TICN类金属陶瓷硬质合金； 北京理工大学做30CRMNSIA和35CRMNSIA（HRC47）高强度钢切削试验， 曾收集多种牌号合金刀片试切均不理想，只有YN05合金刀片在切削速度 V=150M/MIN，F=,0.2MM/R,AP=0.5MM的条件下切削137分钟，后刀面磨损仅 0.17 MM，被认为是目前切削高强度钢最理想的刀具材料。 ④选用涂层硬质合金刀片牌号。YBC152、YB6315
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三、常用刀具材料
（三）涂层硬质合金的选用
涂层硬质合金是采用韧性较好的基体（如硬质合金刀片 或高速钢等），通过化学气相沉积和真空溅射等方法，对 硬质合金表面涂层厚度为 5 ～ 12μm的涂层材料以提高刀具
的抗磨损能力。
涂层材料为 TiC 、 TiN 、 Al2O3 等。适合于各种钢材、铸 铁的半精加工和精加工，也适合于负荷较小的精加工。
前
言
在由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺 系统中，刀具是最活跃的因素。刀具切削性能的 好坏取决于构成刀具的材料和刀具结构，而刀具 材料最具有决定性作用。
半个多世纪以来，刀具材料的进步极大地推 动着人类社会生产力的发展。从碳素工具钢、合 金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷材料到金刚 石和立方氮化硼材料以及刀具涂层技术，刀具材 料性能的改进使得切削速度不断提高。刀具技术 和机床技术的发展相互促进，工件材料与刀具材 料交替进展，对推动切削加工技术的发展起着决 1 定性作用。

硬度↑ 硬度↓
主要用于加工钢材及有色金属，一般不用与加工含 Ti 的材料 , 如 1Cr15Ni9Ti,Ti与Ti的亲合力较大，使刀具磨损较快。
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三、常用刀具材料
3、添加稀有金属硬质合金 钨钽（铌）钴类硬质合金（ YA ）和钨钛钽（铌）钴类硬质合金 （YW），是在钨钴钛类硬质合金（YT）中加入TaC(NbC),可提高其抗弯 强度、疲劳强度和冲击韧性，提高和金的高温硬度和高温强度，提高抗 氧化能力和耐磨性。这类合金可以用于加工铸铁及有色金属，也可用于 加工钢材，因此常成为通用硬质合金，他们主要用于加工难加工材料。 4、碳化钛基硬质合金（YN） 这种合金有很高的耐磨性，有较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳 定性好，与工件材料的亲合力小，抗粘结能力较强。主要用于钢材、铸 铁的精加工、半精加工和粗加工。
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1.
高强度、超高强度钢的切削加工
1.1 特性：
与普通碳素结构钢相比，它们的硬度、强度较高（约比45#钢高出了一倍或一倍以上）， 冲击值较大，导热系数偏低，故切削力较大，切削温度较高。
1.2刀具材料的选用：
①与加工普通碳素钢相同的刀具材料（即YT类硬质合金）：YT15
②最好是选用在WC-TiC-CO合金基础上添加TaC碳化钛或NbC碳化铌牌号合金（即 YW、YM类）：YW1、YW3 在连续切削粗加工或半精加工 30CrMnSiA 和 35CrMnSiA 时，选用 TW3 合金其效果比 YT15合金可提高效率15~20%，刀具耐用度提高2-3倍。在工艺系统刚性允许的情况下，
工件材料的这些特性常使切削工程中的切削力加大，切削温度升高，刀具耐 用度降低，有时还将使已加工表面质量恶化，切屑难以控制，最终将导致加工效 率和加工质量下降。
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一、难加工材料的切削加工性，应采用以下有效措施：
①合理选用刀具材料; ②合理选择刀具结构和切削参数；
③选择最佳的切削用量；
④改进加工方法及加工条件； ⑤选择恰当的切削液等，对改善加工的难易程度起着重要作用。
《金属切削原理与刀具》
刀具材料
集团职业技能提升讲座 明仁 高级技师 主讲
刀具材料
•一 •二 •三 •四 •五 概述 刀具材料应具备的性能 常用刀具材料 其他刀具材料 难加工材料的切削加工
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一、概 述
刀具材料是指刀具上
参与切削部分的材料。 刀具的切削部分不但
要求具有一定的几何
形状，还要求有相应
的刀具材料。目前广泛应用的刀具材料有高速钢和普通硬质
合金、涂层硬质合金。
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二、刀具材料应具备的性能 （一）高的硬度和良好的耐磨性
（二）高的强度和韧性
（三）高的耐热性 （四）较好的抗粘结性 (五）良好的工艺性
总之，刀具应具备的性能主要就这四个方面，当然还有经济性、切 削性能的可预测性等要求。
目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金 工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷、涂层刀具等。
2）导热系数低。一般约为中碳钢的导热系数的1/2 ~ 1/4，切削温度高，刀具 磨损快。
3）切屑与刀具粘结现象严重。切削过程中容易生成积屑瘤，既影响加工表面光 洁度，又容易造成刀具表面剥落。 4）切屑不易卷曲、折断。对封闭及半封闭容屑的刀具，容易造成切屑堵塞现象， 使加工表面光洁度下降及刀具崩刃。 5）线膨胀系数大。约为碳素钢线胀系数的一倍半，在切削温度的作用下，工件 容易热变形而影响加工尺寸精度。 26