刀具材料研究

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材料 性 脆 .怕 冲击 .切 削时 容 易 崩刃 。我 国制 成 的 A A 、 M、 MF A T、 MM M A C等 牌 号 的金 属 陶瓷 , 其成 分 除 A 2 3外 , 含 有各 1 0 还 种 金 属元 素 . 弯强 度 比普 通 陶瓷 刀 片高 抗
五 、 刚石 刀 具 金
关 麻 花钻 的 发 明最 早 的 文 献记 载 是 在 1 2 8 2年 , 直 到 l6 但 8 4年
才 作为 商 品 生产 那 时的 刀 具 是 用整 体 高碳 工 具 钢 制造 的 , 选 用 的切 削速 度 约 为 5米 / 。 1 6 分 8 8年 . 围 的 穆 舍 特制 成 含 钨 英 的 合金 工具 钢 1 9 8 8年 . 国的 泰勒 和 怀特 发 明 高速 钢 。1 2 美 93 年 . 国 的施 勒特 尔 发 明硬 质 合 金 。 目前 常 用 刀 具 材 料 有工 具 德
按 ( 2 7 - 8 可分 为 P、 K 三类 , GB 0 5 - 7) M、 P类 硬 质 合 金 主要 用 于
合金 大 发展 的年 代 。 5 年 中 , 质合 金不 断提 高 自身 的性 能 , 近 0 硬
发展 了许 多 新 品种 . 高速 钢 的领 域 中 占领 了大量 阵地 . 为 当 从 成
学 术 探 讨
刀 具 本 料 研 究 才
李 赏 ( 衡水 高级技 工学校 , 北 河
刀具 是 机械 制 造 中用 于切 削 加 工 的工 具 .又 称 切 削 工具 。
衡水
0 30 ) 5 0 0
P类 相 当 于我 国原 钨 钛 钻 类 .主 要 成 分 为 WC T C C , + i + o 代
号为 Y T。
由于 机械 制 造 中使 用 的 刀具 基 本 上 都用 于切 削 金 属 材 料 , 以 所
“ 刀具 ” 词 一般 就 理 解 为金 属 切 削 刀具 一
K类 相 当于我 国原钨 钻类 . 主要成 分为 WC C , 号为 Y 。 + o代 G M 类 相 当 于 我 国 原 钨 钛 钽 钴 类 通 用 合 金 , 主 要 成 分 为
展中, 度 、 硬 耐磨 性 与强 度 、 韧性 难 以兼顾 仍 是主 要矛 盾 相信 在
不久 的将 来 就可 以研制 出既具 有 高速 钢 、硬质 合 金 的强度 和 韧
性, 又具有 超 硬 材料 的硬度 和 耐磨 性 的 刀具 材 料 。在 未来 . 具 刀
P M、 ( 面 的 阿拉 伯 数 字 表 示其 性 能 和 加 二 时 承受 载 荷 、 K后 【 :
二 、 速钢 高
高 速钢 是 一种 加 入 了较 多 的钨 、 、 、 等 合 金元 素 的 工 铬 钒 铜 具 钢 . 良好 的综 合 性 能 . 强 度 和 韧性 是 现 有 刀 具 材 料 中 最 有 其 高 的 高速 钢 刀具 制 造 简单 , 容易 刃磨 成锋 利 的 切 削刃 , 而且 韧 性 较好 . 常用 于 承受 冲击 力 较 大 的场 合 . .高速 钢特 别 适 合用 于 制 造各 种 结构 复杂 的成 型刀 具 和孑 加 工 刀 具 , 麻 花 钻 、 锥 、 L 如 丝 拉刀、 铰刀 、 轮 刀 具 和成 形 刀具 等 。 速钢 可 分 为普 通 高 速钢 齿 高
裂 韧 性 最 高 . 磨 损 性 和 刃 I 质 量 居 中 , 腐蚀 。C D 厚膜 抗 抗 S l 易 V 腐 蚀 性 最 好 . 械 磨 削性 、 口质 量 、 裂 韧 性 和抗 磨 损 性 一 机 刃 断 般 . 焊 接性 比较 差 人工 合 成 单 晶金 刚 石 刃 口质 量 、 可 抗磨 损 性 和抗 腐 蚀 性 最好 。 接性 、 械 磨 削 性 和 断裂 韧性 最 差 。 焊 机 金刚 石 刀 具 是 目前 高 速 切 削 ( 5 0 5 0 2 0 - 0 0米 / ) 合 金 较 理 想 的 刀 分 铝 具材 料 . 由于碳 对 铁 的亲 和作 用 , 别 是在 高温 下 , 刚 石 能 但 特 金
加 工长 切 屑 的黑 色 金 属 ,用 蓝 色 作标 志 : 类 主要 用 于 加 工 黑 M
色 金属 和 有 色 金属 . 黄 色作 标 志 . 用 又称 通 用 硬 质 合金 : 类 主 K 要 用 于 加 工短 切 屑 的黑 色 金 属 、 色金 属 和非 金 属 材 料 . 红 有 用 色作 标 志 。
金 刚石 刀 具 分为 天 然 金 刚石 和 人造 金 刚 石 刀具 。 然金 剐 天
石 具 有 自然 界 物 质 中 最 高 的硬 度 和 导 热 系 数 .但 由于 价 格 昂 贵 . 工 、 接 都 非 常 困难 , 少 数 特 殊 用 途 外 ( 手 表 精 密 零 加 焊 除 如
件 、 饰件 和首 饰雕 刻 等 加 工 ) 很少 作 为 切 削 工 具应 用 在 工 业 光 ,
与铁 发 生 化学 反 应 . 因此 它 不宜 用 于 切 削铁 及 其 合金
六 立 方 氮 化硼 立 方氮 化 硼 ( BN) 纯人 工 合 成 的材 料 。 它是 2 C 是 0世 纪 5 O
年 代 末 用 制 造 金 刚 石 的 方 法 合 成 的 第 二 种 超 硬 材 料— — C N B 微 粉 由 于 C N 的烧 结 性 能很 差 . 至 7 B 直 0年 代 才制 成 立 方 氮 化 硼结 块 ( 晶立 方氮 化 硼 P B . 是 由 C N微 粉 与少 量 粘 聚 C N) 它 B
W C T C T C( C) C 代 号 为 YW 。 + i + a Nb + o,
刀具 切 削 部 分 在 很 高 的 温 度 下 _ 作 . [ 经受 连续 、 烈 的摩 强
擦 . 承 受 很 大 的 切 削 力 和 冲击 , 以刀 具 材 料 必 须 具 备 以下 并 所
基 本 性 能 : 高 的 硬 度 、 高 的耐 磨 性 、 够 的 强 度 和 韧 性 、 较 较 足 较 高 的耐 热性 和 良好 的工 艺 性 、 济 性 。 中 国 早在 公 元 前 2 经 8年 , 就 已 出现 黄铜 锥 和 紫铜 的 锥 、 、 等 铜 质 刀具 。 战 国后 期 , 钻 刀 由
和高 性 能 高 速 钢 。普 通 高 速 钢 , W r 如 C4 泛 用 于制 造 各 种 V广
复 杂 刀 具 . 切 削 速度 一 般 不 太 高 . 削普 通钢 料 时为 4 — 6 其 切 0 0 米/ 。高 性 能 高 速 钢 , W r o是 在 普 通 高 速 钢 中再 增 分 如 C4 M V 加 一些 碳 、 及 钴 、 等元 素 冶 炼 而 成 的 . 的 耐用 度 为 普 通 高 钒 铝 它
硬 质 合金 是 用 钨 和钛 的 碳 化 物 粉末 加 钴 作 为 黏结 剂 . 高压 压制 成 形 后 再 经 高 温 烧 结 而 成 的 粉末 冶金 制 品 . 度 、 磨 性 硬 耐 和耐 热性 均 高 于 高速 钢 硬 质合 金 的缺 点 是 韧性 较 差 . 受 不 承 了大 的 冲击 力 硬 质 合 金 是 目前 应 用 最 广泛 的一 种 刀 具 材 料
四 陶 瓷材 料
陶瓷 的 耐 高 温性 能 优 于硬 质 合金 . 的主 要 成 分是 A 2 3 它 1 , 0
刀 片 硬 度 高 、 磨 性 好 、 热性 高 , 许 用 较 高 的切 削 速 度 , 耐 耐 允 加 之 A 2 3的价 格 低 廉 . 料 丰 富 . 此 很有 发展 前 途 。 但 陶 瓷 10 原 因
速 钢 的 1 — 3 i TC或 A2 3 在 高 温 高 压 下 烧 结 而 成 。 10 )
CB N是 氮 化 硼 的致 密 相 . 很高 的硬 度 ( 次 于金 刚 石 ) 耐热 有 仅 和 性 ( 3 0、5 0度 ) 优 良 的化 学 稳 定 性 ( 10 10 , 远优 于金 刚石 ) 导热 和
前 用 量超 过 一半 的 刀具 材料 .预 计未 来 几 十年 硬质 合 金 的使用
范 围将 进 一步 扩 大 但 是 高速 钢凭 借其 综 合性 能 的优势 . 位仍 地 然 不可 替代 随着 科学 技 术 的飞速 发展 . 刀具 材 料的 研制 周期 新
会 越来 越短 . 品种 、 牌号 的 推 出将 越来 越 快 在 刀具 材 料发 新 新
的情 况或 加 _ 件 。 ) 字 愈 小 , T条 数 硬度 愈 高 . 性 愈差 韧
材 料将 接 受工 件 一方 及 制造 系统 更新 、 严 峻的 挑战 。 更
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性 . 低 的摩 擦 系 数 C N 与 族 元 素 亲 和 性很 低 , 以 它是 较 PB 所
高 速 切削 黑 色 金 属较 理 想 的 刀具 材 料
三 、 质 合 金 硬
工 件 与刀 具 双方 交替 进 展 、 相互 促 进 , 为切 削技 术 不 断 向 成 前发 展 的历 史规 律 。2 O世 纪前 半 、 后半 时期 分 别是 高速 钢 、 质 硬
常用 工具 钢有 碳 素工 具 钢和 合 金工 具 钢 含碳 量 较 高 的优 质钢— — 碳 素 ] 具 钢 淬火 后硬 度 高 、 价廉 , 耐 热性 较差 。在碳 但 素 工具 钢 中加 入 少量 的 C , 、 n S 等 元素 , 成 合 金工 具 钢 , rW M 、i 形 常 用来 制 造一 些 切 削速 度 不 高 或 手工 工 具 , 锉 刀 、 条 、 刀 如 锯 铰 等 目前生 产 中应 用 最 广 的 刀具 材料 是 高 速 钢和 硬 质 合金 。
钢、 高速 钢 、 质合 金 、 硬 陶瓷 、 刚 石 和立 方 氮化 硼 。 金

中 三 种 主要 金 刚 石 刀 具 材 料— — P D、 V 厚膜 和人 工 合 成 C C D

工 具钢
单 晶金 刚 石各 自的 性 能特 点 为 :C P D焊 接 性 、机械 磨 削 性 和 断
于掌 握 了渗 碳 技 术 . 制成 了铜 质 刀具 。 时 的钻 头 和锯 , 当 与现 代
的扁 钻 和锯 已有 些相 似 之 处 然 而 . 具 的快 速 发 展 是在 1 世 刀 8 纪 后 期 . 随 蒸 汽机 等 机 器 的 发 展 而 来 的 。 1 8 伴 7 3年 , 国 的 勒 法 内首 先制 出铣 刀 1 9 7 2年 . 国的 莫兹 利 制 出丝 锥 和 板 牙 。有 英
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