第二章刀具材料课件.ppt

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金属切削原理与刀具,第二章刀具材料,2,内容安排,3,第一节概述,刀具材料是指刀具上参与切削部分的材料。

刀具的切削部分不但要求具有一定的几何形状，还要求有相应的刀具材料。

目前广泛应用的刀具材料有高速钢和硬质合金。

4,

（一）高的硬度和良好的耐磨性

（二）足够的强度和韧性（三）高的耐热性（四）良好的工艺性与经济性,一、刀具材料应具备的性能,5,6,二、刀具材料的类型,刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料五大类。

各类刀具材料硬度与韧性。

见图2-1。

其主要力学物理性能见表2-1。

但目前应用最多的是高速钢和硬质合金。

据统计，我国目前高速钢用量约占刀具的60以上，硬质合金的用量约占30以上，随着难加工材料应用的增加，陶瓷刀具和超硬刀具材料的使用量日益增长。

7,图2-1各类刀具材料硬度与韧性,8,9,70HRC86.6HRA1040HV233HRC+14500100-HRC,HV=,10,表2常用硬质合金的力学性能和物理性能,11,12,13,三、刀体材料,碳钢、合金钢、合金工具钢,14,15,16,三高一专的先进刀具,高精度高效率高可靠性专业化,17,18,碳素工具钢是一种含C量较高的优质钢（含C一般为0.651.35%）。

1、常用牌号有T7A、T8AT13A等2、主要性能淬火后硬度较高，可达HRC6165；红硬性为200250，价格低廉，不耐高温，切削速度因此而不能提高，允许切削速度VC10m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、锯条、锉等。

碳素工具钢,19,高速钢是一种高合金工具钢，钢中含有W、Mo、Cr、V等合金元素。

高速钢的性能,第二节高速钢,20,高速钢也叫锋钢、白钢,21,高速钢的分类,普通=通用高性能=高生产率,22,23,24,25,常用高速钢材料的分类与性能及应用分类：

普通高速钢、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。

一.普通高速钢特点：

工艺性能好，具有较高的硬度、强度、耐磨性和韧性。

可用于制造各种刃形复杂的刀具。

切削普通钢料时的切削速度通常不高于40m/min60m/min。

普通高速钢又分为钨系高速钢和钨钼系高速钢两类。

（1）钨系高速钢。

这类高速钢的典型牌号为W18Cr4V，含C量为0.7%0.8%，含W18%，Cr4%、V1%。

此类高速钢综合性能较好，可制造各种复杂刃型刀具。

2.3高速钢,26,

（2）钨钼系高速钢。

它是以Mo代替部分W发展起来的一种高速钢，典型牌号是W6Mo5Cr4V2（简称M2），含碳量为0.8%0.9%，含W6%、Mo5%、Cr4%、V2%。

与W18Cr4V相比，优点是碳化物含量相应减少，而且颗粒细小分布均匀，因此抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性都略有提高，适于制造尺寸较大、承受冲击力较大的刀具（如滚刀、插刀）；又因Mo的存在，使其热塑性非常好，故特别适于轧制或扭制钻头等热成形刀具。

其主要缺点是可磨削性略低于W18Cr4V。

2.3高速钢,27,二.高性能高速钢高性能高速钢是在普通高速钢成分中再添加一些C、V、Co（钴）、Al（铝）等合金元素，进一步提高耐热性能和耐磨性。

这类高速钢刀具的耐用度为普通高速钢的1.53倍。

应用：

加工不锈钢、耐热钢、钛合金及高强度钢等难加工材料。

（1）钴高速钢（W2Mo9Cr4VCo8，简称M42）。

这是一种含Co超硬高速钢，常温硬度达67HRC69HRC，具有良好的综合性能。

Co能提高高温硬度，相应地提高了切削速度，因V含量不高，可磨性良好。

2.3高速钢,28,

（2）铝高速钢（W6Mo5Cr4V2Al，简称501）。

铝高速钢是我国研制的无钴高速钢，是在W6Mo5Cr4V2的基础上增加铝、碳的含量，以提高钢的耐热性和耐磨性，并使其强度和韧性不降低。

三.粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢：

是将熔炼的高速钢液用高压惰性气体雾化成细小粉末，将粉末在高温高压下制成刀坯，或压制成钢坯然后经轧制（或锻造）成材的一种刀具材料。

特点：

与熔炼高速钢相比，由于碳化物细小，分布均匀，热处理变形小，因此粉末冶金高速钢耐磨性好和可磨削性均得到显著改善。

应用：

适于制造切削难加工材料的刀具，特别适于制造各种精密刀具和形状复杂的刀具。

2.3高速钢,29,四.涂层冶金高速钢,是用物理气相沉积方法，在刀具表面形成TiN,厚0.002，摩擦系数降低。

多种涂层等。

此外涂层：

TiN、TiC、TiCNTiAlCN、AlTiN、TiAlCN,30,硬质合金=硬质相（TiC或WC）+粘结相（Co、Ni、Mo等，其中Co比较常用）

（一）主要性能,第三节硬质合金,31,

（二）分类1、钨钴类硬质合金K类（YG）：

WC+Co常用牌号：

YG3、YG6、YG8（3、6、8、代表Co含量占3%、6%、8%）应用：

主要用于加工铸铁、青铜等脆性材料，不适合加工钢料，因为在640时发生严重粘结，使刀具磨损，耐用度下降。

32,2、钨钴钛类硬质合金P类（YT）：

硬质相（WC+TiC）+粘结相（Co）常用牌号：

YT5、YT14、YT15、YT30（数字表示TiC的百分含量）应用：

主要用于加工钢材及有色金属，一般不用与加工含Ti的材料,如1Cr15Ni9Ti,Ti与Ti的亲合力较大，使刀具磨损较快。

33,3、添加稀有金属硬质合金M类（YW）钨钽（铌）钴类硬质合金和钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW），是在钨钴类硬质合金（YG）或钨钴钛类硬质合金（YT）中加入TaC（NbC）,可提高其抗弯强度、疲劳强度和冲击韧性，提高合金的高温硬度和高温强度，提高抗氧化能力和耐磨性。

这类合金可以用于加工铸铁及有色金属，也可用于加工钢材，因此常成为通用硬质合金，他们主要用于加工难加工材料。

4、碳化钛基硬质合金（YN）（WC+TiC）+Ni、Mo做粘接剂这种合金有很高的耐磨性，有较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳定性好，与工件材料的亲合力小，抗粘结能力较强。

主要用于钢材、铸铁的精加工、半精加工和粗加工。

34,不同硬质合金牌号的性能和应用范围见表23。

2-3,35,TiC62%,36,三、细晶粒、超细晶粒合金硬度、抗弯强度提高，耐磨，减少崩刃四、钢结硬质合金WC、TiC做硬质相，高速钢做粘结相，可热处理。

37,五、涂层硬质合金的选用涂层硬质合金是采用韧性较好的基体（如硬质合金刀片或高速钢等），通过化学气相沉积和真空溅射等方法，对硬质合金表面涂层厚度为512m的涂层材料以提高刀具的抗磨损能力。

涂层材料为TiC、TiN、Al2O3等。

适合于各种钢材、铸铁的半精加工和精加工，也适合于负荷较小的精加工。

38,陶瓷材料主要是以氧化铝（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等为主要成分，经压制成型后烧结而成的刀具材料。

陶瓷的硬度高，化学性能稳定，耐氧化，所以被广泛用于高速切削加工中。

陶瓷刀具和传统硬质合金刀具相比，具有以下优点：

优点：

有很高的硬度和耐磨性；有很好的耐热性，在1200高温下（58HRC）仍能进行切削；有很好的化学稳定性和较低的摩擦系数，抗扩散和抗黏结能力强。

缺点：

强度低、韧性差，抗弯强度仅为硬质合金的1/31/2；导热系数低，仅为硬质合金的1/51/2应用：

钢、铸铁及塑性大的材料（如紫铜）的半精加工和精加工，对于冷硬铸铁、淬硬钢等高硬度材料加工特别有效；但不适于机械冲击和热冲击大的加工场合。

第四节陶瓷,39,第五节超硬刀具材料,40,

（一）金刚石分为人造和天然两种，是目前已知最硬的，硬度约为HV10000,故其耐磨性好，不足之处是抗弯强度和韧性差，对碳的亲和作用大，故金刚石刀具不能加工含碳的黑色金属；高温时，金刚石中的碳与铁族金属发生扩散反应，易脱碳，刀具急剧磨损，不宜加工纯铁和低碳钢。

在800时，碳易转变为石墨，失去硬度。

金刚石价格昂贵，刃磨困难，应用较少。

主要用作磨具及磨料，有时用于修整砂轮。

宜于加工有色金属。

第五节超硬刀具材料,41,

（二）立方氮化硼它是一种人工合成的新型刀具材料。

它是立方氮化硼在高温、其硬度很高，可达80009000HV,仅次于金刚石，并具有很好的热稳定性，可承受1000以上的切削温度，它的最大的优点是在高温1300时也不会与铁族金属起反应。

因此既能胜任淬火钢、冷硬铸铁的粗车和精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削。

42,金刚石砂轮,43,激光金刚石切割片,44,电镀金刚石砂轮,45,2-22-62-92-10,作业P36,