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第二章第二章 刀具材料刀具材料 刀具材料主要是刀具切削部分的材料刀具材料主要是刀具切削部分的材料在金属切削过程中，刀具材料的切削性能对生产效属切削过程中，刀具材料的切削性能对生产效率、已加工表面质量、刀具寿命和加工成本影率、已加工表面质量、刀具寿命和加工成本影响很大因此，应当重视刀具材料的正确选用响很大因此，应当重视刀具材料的正确选用和合理使用，重视新型刀具材料的研制与应用和合理使用，重视新型刀具材料的研制与应用本章主要介绍常用的刀具材料的性能、牌号、本章主要介绍常用的刀具材料的性能、牌号、主要化学成分及其使用主要化学成分及其使用醛嘎周蠕但筋锚荚哟氦糕仙庐柔堪誊托租姚试捉诀忱属兼羹入励婚禹镑烬二章节刀具材料二章节刀具材料§2—1 刀具材料应当具备的性能刀具材料应当具备的性能一、刀具切削材料应具备的性能一、刀具切削材料应具备的性能 在切削加工中，刀具切削部分不但要求承受切削在切削加工中，刀具切削部分不但要求承受切削过程中的高温、高压及冲击载荷，而且还要受到切过程中的高温、高压及冲击载荷，而且还要受到切屑及工件的强烈摩擦屑及工件的强烈摩擦 1、刀具的工作环境、刀具的工作环境2、刀具切削材料应具备下列性能：、刀具切削材料应具备下列性能： （（1）） 高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 库除醋孙配掺襟浆娩据皱谤厂联恶纽酌牌贯襄裁留鸵侨灵郊沏编睡婴抵梳二章节刀具材料二章节刀具材料1）刀具材料的硬度必须）刀具材料的硬度必须高于高于工件材料的硬度，否工件材料的硬度，否则在高温高压下，就不能保持刀具锋利的几何形则在高温高压下，就不能保持刀具锋利的几何形状。

状2）一般在常温下，刀具硬度都在）一般在常温下，刀具硬度都在HRC60以上3）） 耐磨性指刀具材料抵抗磨损的能力，一般刀具耐磨性指刀具材料抵抗磨损的能力，一般刀具材料的硬度越高，耐磨性越好但对同硬度的刀材料的硬度越高，耐磨性越好但对同硬度的刀具，其耐磨性还取决与它们的具，其耐磨性还取决与它们的显微组织显微组织耐磨性越好的材料碳化物颗粒越多，晶粒越细，分布越越好的材料碳化物颗粒越多，晶粒越细，分布越均匀服扎进屿哲亲画缸拢势姆暮抉泰湘任髓替绒残右诀凳吭站篇曰儿密窍戈俺二章节刀具材料二章节刀具材料（2）） 足够的强度和韧性足够的强度和韧性 切削时刀具承受很大的切削力切削时刀具承受很大的切削力和冲击，如车削和冲击，如车削45钢时，当钢时，当 =4mm，，f=0.5mm/r时刀具要时刀具要承受约承受约4000N的切削力，因此刀具必须具有足够的抗弯强的切削力，因此刀具必须具有足够的抗弯强度和冲击韧性，防止切削过程中刀具发生脆性断裂和崩刃度和冲击韧性，防止切削过程中刀具发生脆性断裂和崩刃3）） 高的耐热性高的耐热性 耐热性又称耐热性又称热硬性或红硬性热硬性或红硬性，是衡量，是衡量刀具材料切削性能的主要指标。

它是指在刀具材料切削性能的主要指标它是指在高温下保持材料高温下保持材料硬度的性能，可用高温硬度表示硬度的性能，可用高温硬度表示高温硬度越高，表示材高温硬度越高，表示材料的耐热性好，刀具材料在高温下抗塑性变形的能力、抗料的耐热性好，刀具材料在高温下抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强磨损的能力也越强耐热性越好的材料允许的切削速度越耐热性越好的材料允许的切削速度越高4）） 良好的工艺性良好的工艺性（（5）） 经济性经济性暴友劳猪织宁幼钓卤段断侨情过沧猾暖婴企低剧电媳馋绵保梢庇奶暂裹闻二章节刀具材料二章节刀具材料二、常用刀具材料的种类二、常用刀具材料的种类当前常用刀具材料可分为当前常用刀具材料可分为工具钢（包括碳素工具钢、工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、超硬材合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、超硬材料料四大类一、一、碳素工具钢碳素工具钢是含碳量在是含碳量在0﹒70﹪～～1﹒35﹪的优的优质高碳钢，用牌号质高碳钢，用牌号T8A、、T10A、、T12A等 碳素工具钢碳素工具钢的优点的优点是价格低廉，切削刃可磨得很锋利，是价格低廉，切削刃可磨得很锋利，一般用来做切削速度低，尺寸较小的手动工具。

如丝锥、一般用来做切削速度低，尺寸较小的手动工具如丝锥、锉刀及手锯条等锉刀及手锯条等淬火后硬度为淬火后硬度为60～～64HRC，与一般高速钢相近，，与一般高速钢相近，2耐热性很差，当切削刃温度超过耐热性很差，当切削刃温度超过200℃℃～～250℃℃时，时，硬度将急剧下降，失去切削能力因此碳素工具钢只能硬度将急剧下降，失去切削能力因此碳素工具钢只能在在8m/min～～10m/min的切削速度下工作的切削速度下工作碳素工具钢的淬透性差，淬火时在水中急剧冷却，容碳素工具钢的淬透性差，淬火时在水中急剧冷却，容易产生淬火变形和开裂易产生淬火变形和开裂遗洛太咀贬登绢汕炭哪殴谩盗农窒鼓卒优炭该妓柞扣丰蜒怎媚奄蕴锹呛烧二章节刀具材料二章节刀具材料 二、二、合金工具钢合金工具钢是在碳素工具钢中加入一定量的合金元是在碳素工具钢中加入一定量的合金元素，如素，如钨、铬、钼、钒、锰、硅等钨、铬、钼、钒、锰、硅等组成的工具钢常用的组成的工具钢常用的合金工具钢有合金工具钢有9SiCr、、CrWMn等 这些钢淬火后的硬度达这些钢淬火后的硬度达60～～65HRC，与碳素工具钢差别，与碳素工具钢差别不大，但耐热性稍高，约不大，但耐热性稍高，约300℃℃～～400℃℃。

因此切削速度可因此切削速度可比碳素工具钢高比碳素工具钢高20﹪左右 主要用于制造丝锥、板牙、绞刀等要求热处理变形小的主要用于制造丝锥、板牙、绞刀等要求热处理变形小的低速刀具低速刀具 目前机加工中应用最多的是高速钢和硬质合金目前机加工中应用最多的是高速钢和硬质合金随着难加工材料应用的增加，陶瓷刀具、金刚石等随着难加工材料应用的增加，陶瓷刀具、金刚石等超硬材料的使用量日益增长，它们的显微硬度很高，超硬材料的使用量日益增长，它们的显微硬度很高，具有优良的抗磨损性能，刀具寿命长，能保证高的具有优良的抗磨损性能，刀具寿命长，能保证高的加工精度，应予以足够的重视加工精度，应予以足够的重视凌蕾展伺喘博挥刃娥菏评于约酶婉夕猩能纷椭幸狭兼济雪锋安转异溯鲜屎二章节刀具材料二章节刀具材料§2—2 高速钢高速钢 高速钢是含有较多的钨（高速钢是含有较多的钨（W）、（）、（Mo）、铬）、铬（（Cr）、钒（）、钒（V）的高合金工具钢的高合金工具钢 它具有较高的它具有较高的耐热性耐热性，切削温度在，切削温度在500~600℃℃时仍能保持高硬度，从而允许的切削速度比碳素时仍能保持高硬度，从而允许的切削速度比碳素工具钢和合金工具钢提高工具钢和合金工具钢提高1～～3倍，倍， 铬提高了高速钢钢的淬透性，使小型刀具在空气铬提高了高速钢钢的淬透性，使小型刀具在空气中冷却就能淬硬，且刃磨时能获得锋利的刃口，中冷却就能淬硬，且刃磨时能获得锋利的刃口，故高速钢又有故高速钢又有“风钢风钢”、、“锋钢锋钢”之称。

之称 因其刃口颜色呈白色，又称因其刃口颜色呈白色，又称“白钢白钢”健厚饼钾粹丧圃槐撰垒圣草疗闻营厦已熬滤简馅山气啪难兽雹燃周垒各恕二章节刀具材料二章节刀具材料 高速钢是综合性能好、应用广泛的一种刀具材高速钢是综合性能好、应用广泛的一种刀具材料它可以承受较大的切削力和冲击，其它可以承受较大的切削力和冲击，其强度和强度和韧性韧性是现有刀具材料中最高的（其抗弯强度是硬是现有刀具材料中最高的（其抗弯强度是硬质合金的质合金的2~3倍，韧性是硬质合金的倍，韧性是硬质合金的9~10倍），倍）， 具有一定的硬度和耐磨性具有一定的硬度和耐磨性 ，， 同时高速钢还具有良好的工艺性，特别适合于制同时高速钢还具有良好的工艺性，特别适合于制造各种复杂及大型成形刀具，如成形车刀、各种造各种复杂及大型成形刀具，如成形车刀、各种铣刀、钻头、拉刀、齿轮刀具和螺纹刀具等，可铣刀、钻头、拉刀、齿轮刀具和螺纹刀具等，可以加工从有色金属到高温合金的各种材料以加工从有色金属到高温合金的各种材料怨筏讫艘嫌谣梨承宜幽镰金糟攫贬蜀攒兰托我挟倚抵掖捧翔本崎绽叼神毛二章节刀具材料二章节刀具材料 高速钢按性能可分为高速钢按性能可分为普通高速钢普通高速钢和特殊用途的和特殊用途的高高性能高速钢性能高速钢。

按制造工艺可分为按制造工艺可分为熔炼高速钢熔炼高速钢和和粉粉末冶金高速钢末冶金高速钢一、普通高速钢一、普通高速钢 按化学成分不同，普通高速钢可分为钨系高速钢和钨钼按化学成分不同，普通高速钢可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢系高速钢1．钨系高速钢．钨系高速钢 这种钢的典型代表是这种钢的典型代表是W18 Cr 4V（简称（简称W18），它含），它含W18﹪、、Cr4﹪、、V1﹪,具有较好的综合性能具有较好的综合性能（见表（见表2—1），可制造各种复杂的刀具，是我国最常用的），可制造各种复杂的刀具，是我国最常用的一种高速钢一种高速钢 W18钢的缺点是碳化物分布不均匀，不宜作大截面的刀具；此钢的缺点是碳化物分布不均匀，不宜作大截面的刀具；此外，外，W18钢热塑性较差，不适合作热轧刀具由于上述缺点和国钢热塑性较差，不适合作热轧刀具由于上述缺点和国际市场上钨价格的提高，际市场上钨价格的提高，W18钢逐渐被新钢种代替钢逐渐被新钢种代替印店诫瘟寺萍猴肆旬籍贼匈曹厩诀喳淑犬哩益瞪册魏末呻拔帕羹酚啼谅祖二章节刀具材料二章节刀具材料2．钨钼系高速钢．钨钼系高速钢 W6Mo5Cr 4V2（简称（简称M2）是我国常用的典型钨钼系高速钢种。

它）是我国常用的典型钨钼系高速钢种它以以Mo取代一部分取代一部分W，其碳化物细小，分布均，其碳化物细小，分布均匀，抗弯强度比匀，抗弯强度比W18 Cr 4V高高28﹪～～34﹪、、抗冲击韧性要高抗冲击韧性要高70﹪、热塑性也非常好，主、热塑性也非常好，主要用于轧制或扭制麻花钻要用于轧制或扭制麻花钻 M2钢的缺点是热处理容易脱碳，较易氧化，淬火钢的缺点是热处理容易脱碳，较易氧化，淬火温度范围较窄温度范围较窄 W9Mo3Cr 4V（简称（简称W9）是我国自行研制的）是我国自行研制的新钢种其硬度、强度、热塑性略高于新钢种其硬度、强度、热塑性略高于W6M o5Cr 4V2，此钢种易轧易锻，具有良好的切削，此钢种易轧易锻，具有良好的切削性能性能仑裳刚早褐资循央春巫匀谰袍瞩警茧禄拱绳萤痈庚芥顶锁钳瞧窑肪仲取楷二章节刀具材料二章节刀具材料二、高性能高速钢二、高性能高速钢高性能高速钢高性能高速钢是指在普通高速钢中加是指在普通高速钢中加一些钴、钒、一些钴、钒、铝等合金元素及增加一些含碳量铝等合金元素及增加一些含碳量，进一步提高耐，进一步提高耐磨性和耐热性的新型高速钢一般加热到磨性和耐热性的新型高速钢。

一般加热到630℃℃～～650℃℃仍可保持仍可保持60HRC的硬度，因此切削性能的硬度，因此切削性能优于普通高速钢，寿命是普通高速钢的优于普通高速钢，寿命是普通高速钢的1﹒5～～3倍适合于高强度钢、高温合金、钛合金、不锈倍适合于高强度钢、高温合金、钛合金、不锈钢等难加工材料的切削加工我国最常用的高性钢等难加工材料的切削加工我国最常用的高性能高速钢有钴高速钢和铝高速钢，典型牌号有能高速钢有钴高速钢和铝高速钢，典型牌号有W2M o9Cr 4V2 Co8、、W 6M o5Cr 4V2Al等捍霸赃董酷诉干朱迈干漂甫莱捉被敏药彤哇担咸熙檀戌桨点消譬苞点孙船二章节刀具材料二章节刀具材料1．． W2M o9Cr 4V2 Co8（简称（简称M42））属于属于钴高速钴高速钢钢它具有良好的综合性能，硬度高达它具有良好的综合性能，硬度高达HRC67~69，，600℃℃达达HRC55，因此能适用于较高的切削速度因此能适用于较高的切削速度但这种钢由于钴含量较高（我国钴主要靠进口），但这种钢由于钴含量较高（我国钴主要靠进口），价格昂贵价格昂贵2．． W 6M o5Cr 4V2Al（简称（简称501）为我国独创的）为我国独创的含铝无钴的超硬高速钢含铝无钴的超硬高速钢，其高温硬度、抗弯强度和，其高温硬度、抗弯强度和冲击韧性均与冲击韧性均与M42相当，具有优良的切削性能。

因相当，具有优良的切削性能因不含钴，加工成本低，适合我国国情，已在我国推不含钴，加工成本低，适合我国国情，已在我国推广使用但广使用但501钢热敏感性较强，因此其热处理工钢热敏感性较强，因此其热处理工艺要求较高艺要求较高胳犀祟诧伪湿澜敬径烛甸初跑店檬靳拒条楞惭辰众妓蒜洒剿曳灼条铅思骄二章节刀具材料二章节刀具材料三、粉末冶金高速钢三、粉末冶金高速钢 碳化物偏析碳化物偏析是影响熔炼高速钢制造质量的主要原因是影响熔炼高速钢制造质量的主要原因采用粉末冶金法可解决此问题，提高刀具质量采用粉末冶金法可解决此问题，提高刀具质量 粉末冶金高速钢用高压惰性气体（如氩气或纯氮气）将粉末冶金高速钢用高压惰性气体（如氩气或纯氮气）将熔融的钢液雾化成粉末，再经过高温高压下烧结制成钢熔融的钢液雾化成粉末，再经过高温高压下烧结制成钢坯或刀坯后，再经轧制（或锻造）成材坯或刀坯后，再经轧制（或锻造）成材 粉末冶金高速钢克服了熔炼高速钢产生的碳化物偏析粉末冶金高速钢克服了熔炼高速钢产生的碳化物偏析现象，得到现象，得到细小均匀的结晶组织细小均匀的结晶组织，可以提高钢的硬度、，可以提高钢的硬度、强度；减小热处理变形并改善了磨削加工性。

强度；减小热处理变形并改善了磨削加工性 粉末冶金高速钢适合制造精密复杂的刀具和断续切削粉末冶金高速钢适合制造精密复杂的刀具和断续切削的刀具目前此类高速钢成本较高，应用尚少但今后的刀具目前此类高速钢成本较高，应用尚少但今后可能成为制造断续切削刀具的主要材料可能成为制造断续切削刀具的主要材料雁舞人羞端项型签帐分呆倡苫沸叠央周县锁钞催磺炉确幌锤撮跟奢纯杭疟二章节刀具材料二章节刀具材料四、涂层高速钢四、涂层高速钢 涂层刀具材料是在刀具材料（如高速钢或硬质合金）的涂层刀具材料是在刀具材料（如高速钢或硬质合金）的基体上，涂上一层几微米厚的基体上，涂上一层几微米厚的高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性的金属化的金属化学物而构成的这种刀具材料既有学物而构成的这种刀具材料既有基体的强度韧性，又使基体的强度韧性，又使表面有更高的硬度和耐磨性表面有更高的硬度和耐磨性，性能优异自，性能优异自60年代出现以年代出现以来发展迅速，应用广泛来发展迅速，应用广泛涂层高速钢是用涂层高速钢是用物理气相沉积法物理气相沉积法（（PVD）在高速钢刀具基体上）在高速钢刀具基体上涂覆一薄层涂覆一薄层TiN而成的刀具材料由于基体是强度、韧性较好而成的刀具材料。

由于基体是强度、韧性较好的高速钢，表层是硬度和耐磨性很高的的高速钢，表层是硬度和耐磨性很高的TiN涂层，同时涂层，同时TiN涂层涂层有较高的热稳定性，与钢的摩擦系数较低，且与高速钢结合牢有较高的热稳定性，与钢的摩擦系数较低，且与高速钢结合牢固，所以涂层高速钢刀具寿命比不涂层高速钢的刀具寿命提高固，所以涂层高速钢刀具寿命比不涂层高速钢的刀具寿命提高2~10倍目前涂层高速钢已在钻头、齿轮刀具、拉刀、丝锥等倍目前涂层高速钢已在钻头、齿轮刀具、拉刀、丝锥等结构复杂刀具上广泛应用除结构复杂刀具上广泛应用除TiN涂层外，近来还开发了涂层外，近来还开发了TiCN、、TiAlN等涂层这些涂层高速钢显著提高了刀具的切削性能，等涂层这些涂层高速钢显著提高了刀具的切削性能，在切削不锈钢、铸铁时性能更好在切削不锈钢、铸铁时性能更好三也獭竣剑率冗上所杠迂食李枝虚翼但贤磺偶椽冤奸禁棕衫出唬监误崩分二章节刀具材料二章节刀具材料遁枷野饭厉抨俗虞漫渤涤偷需钝蛇归岳者埋愁僚寨啃芥犀昆骸鳞元诗爸孺二章节刀具材料二章节刀具材料绥衣傻粉苑捂茸丫廊岩撼孽泳蚊俘旭纬密绳匙针丹光翱好素酮梦狐吕马流二章节刀具材料二章节刀具材料。