刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素湘都，對于加工效率肠祭、加工質(zhì)量、加工成本以及刀具耐用度影響很大旱唧。使用碳工具鋼作為刀具材料時螺啤，切削速度只有10m/min左右；20世紀(jì)初出現(xiàn)了高速鋼刀具材料恤鞭，切削速度提高到每分鐘幾十米淌踢；30年代出現(xiàn)了硬質(zhì)合金，切削速度提高到每分鐘一百多米至幾百米牧愁；當(dāng)前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出現(xiàn)素邪，使切削速度提高到每分鐘一千米以上；被加工材料的發(fā)展也大大地推動了刀具材料的發(fā)展猪半。

　　一 刀具材料應(yīng)具備的性能

　　性能優(yōu)良的刀具材料兔朦，是保證刀具高效工作的基本條件。刀具切削部分在強烈摩擦磨确、高壓沽甥、高溫下工作，應(yīng)具備如下的基本要求乏奥。

　　高硬度和高耐磨性

　　刀具材料的硬度必須高于被加工材料的硬度才能切下金屬摆舟，這是刀具材料必備的基本要求，現(xiàn)有刀具材料硬度都在60HRC以上邓了。刀具材料越硬盏檐，其耐磨性越好，但由于切削條件較復(fù)雜驶悟，材料的耐磨性還決定于它的化學(xué)成分和金相組織的穩(wěn)定性胡野。

　　足夠的強度與沖擊韌性

　　強度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎與刀桿折斷所應(yīng)具備的性能。一般用抗彎強度來表示找塌。

　　沖擊韌性是指刀具材料在間斷切削或有沖擊的工作條件下保證不崩刃的能力厅员，一般地，硬度越高鸥萌，沖擊韌性越低幻渤，材料越脆。硬度和韌性是一對矛盾壹霍，也是刀具材料所應(yīng)克服的一個關(guān)鍵牌完。

　　高耐熱性

　　耐熱性又稱紅硬性，是衡量刀具材料性能的主要指標(biāo)建鹿。它綜合反映了刀具材料在高溫下保持硬度坎谱、耐磨性、強度捍瘩、抗氧化念婶、抗粘結(jié)和抗擴散的能力。

　　良好的工藝性和經(jīng)濟性

　　為了便于制造署弯，刀具材料應(yīng)有良好的工藝性分搞，如鍛造、熱處理及磨削加工性能荚坞。當(dāng)然在制造和選用時應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟性挑宠。當(dāng)前超硬材料及涂層刀具材料費用都較貴，但其使用壽命很長颓影，在成批大量生產(chǎn)中各淀，分?jǐn)偟矫總€零件中的費用反而有所降低。因此在選用時一定要綜合考慮瞭空。

　　二 常用刀具材料

　　常用刀具材料有工具鋼揪阿、高速鋼、硬質(zhì)合金咆畏、陶瓷和超硬刀具材料南捂，目前用得最多的為高速鋼和硬質(zhì)合金。

　　高速鋼

　　高速鋼是一種加人了較多的鎢旧找、鉻溺健、釩、相等合金元素的高合金工具鋼钮蛛，有良好的綜合性能鞭缭。其強度和韌性是現(xiàn)有刀具材料中最高的。高速鋼的制造工藝簡單轮砸，容易刃磨成鋒利的切削刃南链；鍛造策睛、熱處理變形小，目前在復(fù)雜的刀具衡服，如麻花鉆闪割、絲錐、拉刀免砖、齒輪刀具和成形刀具制造中粪业，仍占有主要地位。

　　高速鋼可分為普通高速鋼和高性能高速鋼纸赦。

　　普通高速鋼牵巾，如W18Cr4V廣泛用于制造各種復(fù)雜刀具。其切削速度一般不太高醇电，切削普通鋼料時為40-60m/min赂牍。

　　高性能高速鋼，如W12Cr4V4Mo是在普通高速鋼中再增加一些含碳量君板、含釩量及添加鈷歪架、鋁等元素冶煉而成的。它的耐用度為普通高速鋼的1.5-3倍霹陡。

　　粉末冶金高速鋼是70年代投入市場的一種高速鋼和蚪，其強度與韌性分別提高30%-40%和80%-90%．耐用度可提高2-3倍。目前我國尚處于試驗研究階段烹棉，生產(chǎn)和使用尚少攒霹。

　　硬質(zhì)合金

　　按GB2075—87(參照采用190標(biāo)準(zhǔn))可分為P、M浆洗、K三類催束，P類硬質(zhì)合金主要用于加工長切屑的黑色金屬，用藍色作標(biāo)志伏社；M類主要用于加工黑色金屬和有色金屬抠刺，用黃色作標(biāo)志，又稱通用硬質(zhì)合金摘昌，K類主要用于加工短切屑的黑色金屬速妖、有色金屬和非金屬材料，用紅色作標(biāo)志聪黎。

　　P索王、M、K(后面的阿拉伯?dāng)?shù)字表示其性能和加工時承受載荷的情況或加工條件船白。數(shù)字愈小对番，硬度愈高，韌性愈差。

　　P類相當(dāng)于我國原鎢鈦鉆類每缎，主要成分為WC+TiC+Co朝财，代號為YT。

　　K類相當(dāng)于我國原鎢鉆類燃圾，主要成分為WC+Co染窝，代號為YG。

　　M類相當(dāng)于我國原鎢鈦鉭鈷類通用合金砰洗，主要成分為WC+TiC+TaC(NbC)+Co，代號為YW缺员。

　　三 涂層刀具簡述

　　涂層刀具是近20年出現(xiàn)的一種新型刀具材料穿桃，是刀具發(fā)展中的一項重要突破，是解決刀具材料中硬度弯囊、耐磨與強度痰哨、韌性之間矛盾的一個有效措施。涂層刀具是在一些韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼刀具基體上匾嘱，涂覆一層耐磨性高的難熔化金屬化合物而獲得的斤斧。常用的涂層材料有TiC、TiN和Al2O3等霎烙。本世紀(jì)70年代初首次在硬質(zhì)合金基體上涂覆一層碳化鈦(TiC)后撬讽，把普通硬質(zhì)合金的切削速度從80m/min提高到180m/min。1976年又出現(xiàn)了碳化鈦—氧化鋁雙涂層硬質(zhì)合金悬垃，把切削速度提高到250m/min游昼。1981年又出現(xiàn)了碳化鈦-氧化鋁-氮化鈷三涂層硬質(zhì)合金，使切削速度提高到300m/min尝蠕。

　　在高速鋼基體上刀具涂層多為TiN烘豌，常用物理氣相沉積法(PVD法)涂覆，一般用于鉆頭看彼、絲錐廊佩、銑刀、滾刀等復(fù)雜刀具上靖榕，涂層厚度為幾微米痴坦，涂層硬度可達80HRC，相當(dāng)于一般硬質(zhì)合金的硬度益爽，耐用度可提高2—5倍彭理，切削速度可提高20%-40%o

　　硬質(zhì)合金的涂層是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，涂覆一層幾微米至十幾微米厚的高耐磨企棘、難熔化的金屬化合物凝顿，一般采用化學(xué)氣相沉積法(CVD法)。我國株洲硬質(zhì)合金廠生產(chǎn)的涂層硬質(zhì)合金的涂層厚度可達9μm，表面硬度可達2500-4200HV菌菇。

　　目前各工業(yè)發(fā)達國家對涂層刀具的研究和推廣使用方面發(fā)展非常迅速泛驰。處于領(lǐng)先地位的瑞典，在車削上使用涂層硬質(zhì)合金刀片已占到70%-80%浪顽，在銑削方面已達到50%以上寺帽。但是涂層刀具不適宜加工高溫合金、鈦合金及非金屬材料东悔，也不適宜粗加工有夾砂凸协、硬皮的鍛鑄件。

　　四 金剛石刀具

　　金剛石刀具分為天然金剛石和人造金剛石刀具汗捡。天然金剛石具有自然界物質(zhì)中最高的硬度和導(dǎo)熱系數(shù)c但由于價格昂貴淑际，加工、焊接都非常困難扇住，除少數(shù)特殊用途外(如手表精密零件春缕、光飾件和首飾雕刻等加工)，很少作為切削工具應(yīng)用在工業(yè)中艘蹋。隨著高技術(shù)和超精密加工日益發(fā)展锄贼。例如微型機械的微型零件，原子核反應(yīng)堆及其它高技術(shù)領(lǐng)域的各種反射鏡女阀、導(dǎo)彈或火箭中的導(dǎo)航陀螺宅荤，計算機硬盤芯片、加速器電子槍等超精密零件的加工强品，單晶大然金剛石能滿足上述要求膘侮。近年來開發(fā)了多種化學(xué)機理研磨金剛石刀具的方法和保護氣氛釬焊金剛石技術(shù)．使天然金剛石刀具的制造過程變得比較簡易．因此，在超精密鏡面切削的高技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域．天然金剛石起到了重要作用的榛。

　　20世紀(jì)50年代利用高溫高壓技術(shù)人工合成金剛石粉以后琼了，70年代制造出金剛石基的切削刀具即聚晶金剛石(PCD)。PCD晶粒呈無許許序排列狀態(tài)．不具方向性仔同，因而硬度均勻键切。它有很高的硬度和導(dǎo)熱性，低的熱脹系數(shù)圃靖。高的彈性模量和較低的摩擦系數(shù)龙喂，刀刃非常鋒利。它可加丁各種有色金屬和極耐磨的高性能非金屬材料榛蜻，如鋁秧梨、銅、鎂及其合金盅力、硬質(zhì)合金妻行、纖維增塑材料、金屬基復(fù)合材料、木材復(fù)合材料等汉疮。

　　三種主要金剛石刀具材料——PCD棍详、CVD厚膜和人工合成單晶金剛石各自的性能特點為：PCD焊接性、機械磨削性和斷裂韌性最高丛剿，抗磨損性和刃口質(zhì)量居中冒萄，抗腐蝕性最差。CVD厚膜抗腐蝕性最好橙数，機械磨削性尊流、刃口質(zhì)量和斷裂韌性和抗磨損性居中，可焊接性差灯帮，人工合成單晶金剛石刃口質(zhì)量奠旺、抗磨損性和抗腐蝕性最好，焊接性施流、機械磨削性和斷裂韌性最差。

　　金剛石刀具是目前高速切削(2500~5000m/min)鋁合金較理想的刀具材料鄙信，但由于碳對鐵的親和作用瞪醋，特別是在高溫下，金剛石能與鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)装诡，因此它不宜于切削鐵及其合金工件银受。

　　五 立方氮化硼

　　立方氮化硼(CBN)是純?nèi)斯ず铣傻牟牧稀Ｋ?0世紀(jì)50年代末用制造金剛石相似的方法合成的第二種超硬材料——CBN微粉鸦采。由于CBN的燒結(jié)性能很差宾巍，直至70年代才制成立方氮化硼結(jié)塊(聚晶立方氮化硼PCBN)，它是由CBN微粉與少量粘結(jié)相(Co蜗南、Ni或TiN叭蜂、TiC或Al2O3)在高溫高壓下燒結(jié)而成。CBN是氮化硼的致密相饰测，有很高的硬度(僅次于金剛石)和耐熱性(1300唬研、1500度)，優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定件(遠優(yōu)于金剛石)和導(dǎo)熱性靡庵，低的摩擦系數(shù)尼削。PCBN與Fe族元素親和性很低，所以它是高速切削黑色金屬較理想的刀具材料燕汗。

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