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刀具材料应具备的基本性能

发布时间:

2021年04月02日

制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。

由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况，刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。

一般加工中常用有以下几种材质刀具：碳素工具钢，合金工具钢，高速钢，硬质合金，超硬材料。

碳素工具钢

碳素工具钢是指碳的质量分数为0.65%-1.35%的优质高碳钢。用做刀具的牌号一般是T10A和T12A，常温硬度60-64HRC。当切削刃热至200-250度时，其硬度和耐磨性就会迅速下降，从而丧失切削性能。

合金工具钢

为了改善碳素工具钢的性能，常在其中加入适量合金元素如锰、铬、钨、硅和钒等，从而形成了合金工具钢，常用牌号有9sicr,GCr15,CrWMn等。合金工具钢与碳素工具钢相比，其热处理后的硬度相近，而耐热性和耐磨性略高，热处理性也较好。但与高速钢相比，合金工具钢的切削速度和使用寿命又远不如高速钢，使其应用受到很大的限制。因此，合金工具钢一般仅用于取代碳素工具钢。

高速钢

高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。高速钢主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性，且耐热性和淬火性良好，其允许的切削速度是碳素工具钢和合金工具钢的两倍以上。高速钢刃磨后切削刃锋利，故又称之为锋钢和白钢。高速钢是一种综合性能好、应用范围较广的刀具材料，常用来制造结构复杂的刀具，如成形车刀，铣刀，钻头，铰刀，拉刀，齿轮刀具等。

硬质合金

硬质合金是用粉末冶金方法制造的合金材料，它是由高硬度、高熔点的金属碳化物WC、TiC等粉末，用钴等金属粘结剂在高温下烧结而成。硬质合金的硬度较高，常温下可达89-93HRA，耐磨性和耐热性均高于工具钢，在800-1000度时仍能正常切削，其切削速度是高速钢的几倍，刀具寿命也提高了几十倍，并能加工高速钢刀具难以切削加工的材料，因此被广泛应用。但是它也存在抗弯强度和冲击韧度比高速钢低，刃口不能磨得像高速钢刀具那样锋利等不足之处。

超硬材料

超硬材料主要是金刚石、立方氮化硼和陶瓷。金刚石是自然界中最硬的材料，其硬度可达10000HV。天然金刚石价格昂贵。很少使用。人造金刚石以石墨为原料经高温烧结而成。主要用于高速精细车削、镗削有色金属及其合金和非金属材料。切削铜合金或铝合金时切削速度可达800-3800M/MIN。由于金刚石具有较高的耐磨性，加工尺寸和刀具使用寿命长。所以常应用在数控机床、组合机床和自动机床上，加工后的粗糙度可达0.1-0.025um。但金刚石刀具耐热性较差，切削温度不宜超过700-800度。强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削。主要提下陶瓷，陶瓷用于切削刀具的时间比硬质合金早，但由于其脆性，发展很慢。但自上世纪70年代以后，还是得到了比较快的发展。陶瓷刀具材料主要有两大系，即氧化铝系和氮化硅系。陶瓷作为刀具，具有成本低、硬度高、耐高温性能好等优点，有很好的前景。国内国外产品差别很大，刀具算是高技术的消费品！

刀具材料选择

高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。

聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。

硬质合金可转位刀片已用化学气相沉积涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高1～3倍以上。

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