金属切削刀具材料.ppt
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p刀具材料的每一次进步几乎都给机械加工业带刀具材料的每一次进步几乎都给机械加工业带来来一次革命一次革命p机床与刀具材料交替进展，成为切削技术不断机床与刀具材料交替进展，成为切削技术不断向前向前发展的历史规律发展的历史规律p金属切削的发展史，从某种意义上说，可归结金属切削的发展史，从某种意义上说，可归结为为刀具材料的发展史刀具材料的发展史第二章第二章刀具材料刀具材料刀具种类刀具种类1.1.刀具刀具分类分类：
（1）
（1）按按加工方式和具体用途加工方式和具体用途，可分为车刀、孔加工刀具、铣刀、，可分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型。
具等几大类型。
（2）
（2）按所用按所用材料性质材料性质，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼瓷刀具、立方氮化硼（CBN）（CBN）刀具和金刚石刀具等刀具和金刚石刀具等;（3）（3）按按结构形式结构形式，可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复，可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等合刀具等;（4）（4）按是否按是否标准化标准化，可分为标准刀具和非标准刀具等。
，可分为标准刀具和非标准刀具等。
为了完成切削，除了要求为了完成切削，除了要求刀具具有刀具具有合理的角度和适当合理的角度和适当的结构的结构外，外，刀具的材料刀具的材料是切削的重要基础。
是切削的重要基础。
在切削过程中，刀具在强切削力和高温下工作，同时在切削过程中，刀具在强切削力和高温下工作，同时与切屑和工件表面都产生剧烈的摩擦，因此工作条件极为与切屑和工件表面都产生剧烈的摩擦，因此工作条件极为恶劣。
为使刀具具有良好的切削能力，必须选用合适的材恶劣。
为使刀具具有良好的切削能力，必须选用合适的材料，刀具材料对加工质量、生产率和加工成本影响极大。
料，刀具材料对加工质量、生产率和加工成本影响极大。
2.12.1刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能1.1.高的高的硬度硬度和和耐磨性耐磨性：
2.2.足够的足够的强度强度和和韧性韧性：
3.3.高的高的耐热性耐热性：
4.4.良好的良好的热物理性能热物理性能和和耐热冲击性能耐热冲击性能：
5.5.良好的良好的工艺性工艺性：
6.6.良好的良好的经济性经济性：
2.12.1刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能v上上述述性性能能中中有有些些是是相相互互矛矛盾盾的的（如如硬硬度度越越高高，耐耐磨磨性性越越好好的的材材料料的的韧韧性性和和抗抗破破损损能能力力就就越越差差，耐耐热热性性好好的的材材料料韧韧性也较差性也较差）。
实实际际工工作作中中，应应根根据据具具体体的的切切削削对对象象和和条条件件，选选择择最最合合适的刀具材料。
适的刀具材料。
v常用的刀具材料常用的刀具材料碳碳素素工工具具钢钢、合合金金工工具具钢钢、高高速速钢钢、硬硬质质合合金金、陶陶瓷瓷、金刚石、立方氮化硼金刚石、立方氮化硼等。
等。
刀具材料的分类：
刀具材料的分类：
工具钢工具钢：
碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢；：
碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢；硬质合金硬质合金：
普通硬质合金、细颗粒硬质合金：
普通硬质合金、细颗粒硬质合金、微颗粒硬质、微颗粒硬质合金；有钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钽合金；有钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钽（铌）类硬质合金。
（铌）类硬质合金。
陶瓷陶瓷：
氧化物陶瓷、氮化物陶瓷；：
氧化物陶瓷、氮化物陶瓷；超硬材料超硬材料：
立方氮化硼、金刚石。
：
立方氮化硼、金刚石。
1.1.碳素工具钢碳素工具钢：
碳素工具钢淬火后具有较高的硬度：
碳素工具钢淬火后具有较高的硬度HRC61-65HRC61-65，而且价格低廉。
但这种材料的耐热性较差，而且价格低廉。
但这种材料的耐热性较差250-300250-300，并且淬火时容易产生变形和裂纹。
常用于，并且淬火时容易产生变形和裂纹。
常用于制造手工工具和一些形状较简单的低速刀具。
制造手工工具和一些形状较简单的低速刀具。
C=0.7-1.4%C=0.7-1.4%；T8T8、T10T10、T10AT10A、T12T12等，等，2.2.合金工具钢合金工具钢：
在碳素工具钢的基础上，加入适量的合金：
在碳素工具钢的基础上，加入适量的合金元素（如元素（如CrCr，SiSi，WW，MnMn等）。
与碳素工具钢相比，其热等）。
与碳素工具钢相比，其热处理变形有所减少，耐热性也有所提高处理变形有所减少，耐热性也有所提高350-400350-400。
常用于制造手工工具和一些形状较简单的低速刀具（如常用于制造手工工具和一些形状较简单的低速刀具（如拉刀、丝锥、扳牙）。
拉刀、丝锥、扳牙）。
HRC61-68HRC61-68目前目前,生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多。
生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多。
碳碳素工具钢素工具钢（如如T10AT10A、T12A）T12A）、合金工具钢、合金工具钢（如如9SiCr9SiCr、CCrrWMWMnn）因耐热性差，因耐热性差，仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。
仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。
2.22.2高速钢高速钢高高速速钢钢按按用用途途分分为为通通用用型型高高速速钢钢和和高高性性能能高高速速钢钢；按按制制造造工工艺不同分为艺不同分为熔炼高速钢熔炼高速钢和和粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢。
一、一、通用型高速钢通用型高速钢11、钨系高速钢：
、钨系高速钢：
*W18Cr4VW18Cr4V。
含含WW18%18%、CrCr4%4%、VV1%1%。
有有较较好好的的综综合合性性能能，在在600600时时其其高高温温硬硬度度为为HRC48.5HRC48.5，刃刃磨磨和和热热处处理理工工艺艺控控制制较较方方便便，可以制造各种复杂刀具。
可以制造各种复杂刀具。
22、钨钼系高速钢：
、钨钼系高速钢：
*W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2。
含含W6%W6%、Mo5%Mo5%、Cr4%Cr4%、V2%V2%。
*碳碳化化物物分分布布细细小小、均均匀匀，机机械械性性能能良良好好，抗抗弯弯强强度度比比W18Cr4VW18Cr4V高高10%10%15%15%，韧性高，韧性高50%50%60%60%。
*可做尺寸较大、承受冲击力较大的刀具；可做尺寸较大、承受冲击力较大的刀具；*热塑热塑性特别好，性特别好，更适用于制造热轧钻头等；磨加工性也好。
更适用于制造热轧钻头等；磨加工性也好。
*目前各国广为应用。
目前各国广为应用。
二、高性能高速钢二、高性能高速钢在在通通用用型型高高速速钢钢的的基基础础上上再再增增加加一一些些含含碳碳量量、含含钒钒量量及及添添加加钴钴、铝铝等等合合金金元元素素。
按按其其耐耐热热性性，又又称称高高热热稳稳定定性性高高速速钢钢。
在在630630650650时时仍仍可可保保持持HRCHRC6060的的硬硬度度，具具有有更更好好的的切切削性能，耐用度较通用型高速钢高削性能，耐用度较通用型高速钢高1.31.333倍。
倍。
适合于加工高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。
适合于加工高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。
典典型型牌牌号号有有高高碳碳高高速速钢钢9W18Cr4V9W18Cr4V、高高钒钒高高速速钢钢W6Mo5Cr4V3W6Mo5Cr4V3、钴高速钢钴高速钢W6MoCr4V2Co8W6MoCr4V2Co8、超硬高速钢超硬高速钢W2Mo9Cr4VCo8W2Mo9Cr4VCo8等等。
三、粉末冶金高速钢三、粉末冶金高速钢粉粉末末冶冶金金高高速速钢钢是是用用高高压压氩氩气气或或纯纯氮氮气气雾雾化化熔熔融融的的高高速速钢钢钢钢水水而得到细小的高速钢粉末，然后再热压锻轧制成。
而得到细小的高速钢粉末，然后再热压锻轧制成。
特特点点：
有有效效地地解解决决了了一一般般熔熔炼炼高高速速钢钢时时铸铸锭锭产产生生粗粗大大碳碳化化物物共共晶晶偏偏析析的的问问题题，而而得得到到细细小小均均匀匀的的结结晶晶组组织织，使使之之具具有有良良好好的的机机械械性性能能。
其其强强度度和和韧韧性性分分别别是是熔熔炼炼高高速速钢钢的的22倍倍和和2.52.533倍倍；磨磨削削加加工工性性好好；物物理理、机机械械性性能能高高度度各各向向同同性性，淬淬火火变变形形小小；耐磨性提高耐磨性提高20%20%30%30%。
适适用用于于制制造造精精密密刀刀具具、大大尺尺寸寸（滚滚刀刀、插插齿齿刀刀）刀刀具具、复复杂杂成成形形刀具、拉刀等刀具、拉刀等一、硬质合金的特点一、硬质合金的特点硬硬质质合合金金由由难难熔熔金金属属碳碳化化物物（如如WCWC、TiCTiC）和和金金属属粘粘结结剂剂（如如Co）Co）经粉末冶金法制成。
经粉末冶金法制成。
特特点点：
硬硬质质合合金金的的硬硬度度、耐耐磨磨性性、耐耐热热性性都都很很高高。
硬硬度度可可达达HRAHRA89899393，在在80080010001000还还能能承承担担切切削削，耐耐用用度度较较高高速速钢钢高高几几十十倍倍。
当当耐耐用用度度相相同同时时，切切削削速速度度可可提提高高441010倍倍。
强强度度和和韧韧性性小小于于高高速速钢钢，仅仅为为0.90.91.51.5GPa（90GPa（90150150kgfkgfmm）mm）、工工艺艺性性差差，切切削削时时不不能能承承受受大大的的振振动动和和冲冲击击负负荷荷。
适适于于制制造造高高速切削刀具。
速切削刀具。
大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；2.32.3硬质合金硬质合金ISOISO将切削用的将切削用的WCWC基硬质合金分为三类基硬质合金分为三类（PP、KK、MM）11、WC-CoWC-Co类硬质合金（类硬质合金（YGYG）KK类类由由WCWC和和CoCo组组成成。
硬硬度度为为HRA89HRA8991.591.5，抗抗弯弯强强度度为为1.11.11.51.5GPaGPa（110（110150150kgfkgfmmmm22）。
有有粗粗晶晶粒粒、中中晶晶粒粒、细细晶晶粒、超细晶粒之分。
一般为中晶粒组织，粒、超细晶粒之分。
一般为中晶粒组织，牌牌号号：
YG6YG6、YG8YG8、YG3XYG3X、YG6XYG6X，其其中中数数字字是是含含钴钴量量的的百百分分数数，XX代代表表细细晶晶粒粒。
含含钴钴少少时时硬硬度度高高，耐耐热热、耐耐磨磨性性好好，但但脆性增加。
反之抗弯强度和冲击韧度高。
脆性增加。
反之抗弯强度和冲击韧度高。
特特点点：
细细晶晶粒粒硬硬质质合合金金在在含含钴钴量量相相同同时时比比中中晶晶粒粒的的硬硬度度、耐耐磨性要高些，但抗弯强度、韧性则低些。
磨性要高些，但抗弯强度、韧性则低些。
应应用用：
较较适适于于加加工工短短切切屑屑的的硬硬、脆脆铸铸铁铁、有有色色金金属属和和非非金金属属材料。
材料。
含钴量高的用于粗加工含钴量高的用于粗加工。
22、WC-WC-TiCTiC-Co-Co类硬质合金（类硬质合金（YTYT）PP类类除除WCWC外外，还还含含5%5%30%30%的的TiCTiC。
硬硬度度和和耐耐磨磨性性提提高高，但但抗抗弯弯强强度度，特特别别是是冲冲击击韧韧性性显显著著降降低低。
其其硬硬度度为为HRAHRA89.1589.1592.592.5，其抗弯强度则为其抗弯强度则为0.90.91.4GPa（901.4GPa（90140140kgfkgfmmmm22）。
牌牌号号：
有有YT5YT5、YT14YT14、YT15YT15、YT30YT30等等，数数字字为为TiCTiC的的含含量量百百分分数数，其其相相应应的的钴钴含含量量为为10%10%、8%8%、6%6%、4%4%，TiCTiC含含量量提提高高，CoCo含含量量降降低，低，特点：
特点：
此类合金有较高的硬度和耐磨性，特别有高的耐热性，此类合金有较高的硬度和耐磨性，特别有高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力好；但抗弯强度、磨削性和导热抗粘结扩散能力和抗氧化能力好；但抗弯强度、磨削性和导热系数下降
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