刀具材料的历史、进展与展望

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1、第39卷第12期机械工程学报V01.392003年12月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGlleCN20o.0132刀具材料的历史、进展与展望，于启勋朱正芳(北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081)(株洲电力机械技术公司)摘要:论述了刀具和刀具材料在人类历史发展中所起的重要作用。回顾了早期机械制造中曾经用过的刀具材料。重点阐述了现代刀具材料(高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料)的化学成分、制造方法、切削性能和应用范围。对21世纪中刀具材料的发展动向也作出了预测与展望。关健词:刀具刀具材料切削加工中图分

2、类号:TG711的扩大.对加工效率的要求日益提高，上述两种工0前言具钢材料的性能已不敷要求。1898年，美国机械工程师泰勒((F.WTaylor)和治金工程师怀特伽.White)刀具材料的发展在人类的生活、生产中有着很发明了高速钢。当时的成分是:C0.67%,W18.91%,大的重要性。在古代，“刀”和“火”是两项最伟大Cr5.47%,Mn0.11%,V0.29%,Fe余量。它能承受的发明，它们的发明和应用是人类登上历史舞台的550600℃切削温度.切削普通钢材，可采用25-重要标志。刀具材料的进步曾推动着人类社会文化30m/min的切削速度。高

3、速钢的出现，使切削速度和物质文明的发展。例如，在人类历史中曾有过旧和切削效率比碳素工具钢、合金工具钢分别提高了石器时代、新石器时代、青铜器时代和铁器时代等。4倍和2.5倍以上。从19世纪末到20世纪初，高速材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的钢曾使切削水平出现了一个飞跃。使美国和世界各三要素。其中，刀具材料的性能起着关键作用。20国的机械制造业得到迅速发展，并取得了巨大的经世纪是刀具材料大发展的历史时期。各种难加工材济效益。料的出现和应用，先进制造系统、超高速切削、超随着人类生活、生产水平的提高，高速钢刀具精密加工、绿色制造的发展和付诸实用，

4、都对刀具己不能满足高加工效率和高加工质量的新要求。人提出了更高、更新的要求，预计，在今后很长时期们寻求性能更高的新型刀具材料。20世纪20年代内，切削加工工艺不会衰退，刀具和刀具材料将有中期到30年代初，出现了钨钻类和钨铁钻类硬质合更新的发展。金。硬质合金常温硬度达89^93HRA，能承受下面将详述刀具材料的历史、进展与展望。800-900℃以上的切削温度，切削速度为高速刀具的3-5倍，因而逐渐得到应用。第二次世界大战期1刀具材料的发展历史间，由于大批量、高效率生产兵器的需要，美、英、苏、德各国已部分使用硬质合金刀具:二战后逐步用石料或铜合金来作

5、为刀具材料，那是古代的扩大使用。解放后，我国从苏联引进少量硬质合金。事。18世纪中叶，在欧洲出现了工业革命以后，切20世纪50年代中期以后，开始自行生产并广泛使削刀具一直是用碳素工具钢制造，其成分与现代的用。20世纪后半期，工件材料的力学性能不断提高，T10.T12相近。碳素工具钢有较高的硬度.切削刃产品的品种和批量逐渐增多，加工精度的要求日益能够磨得很锋利，但只能承受200^250℃的切削提高，工件的结构和形状不断复杂化和多样化，对温度，用以切削普通钢材只能用5^-8m/mm的切削刀具提出了更新、更高的要求.硬质合金刀具在这速度，故切削效率很低

6、。1865年，英国罗伯特·墨些新的要求中发挥了重大作用。而且硬质合金本身希特(RobertMushet)发明了合金工具钢，其牌号有也有发展，出现了许多新品种，其性能不断提高。9CrSi.CrWMn等，能承受350℃的切削温度，切但硬质合金较脆，韧性不足，可加工性远远低于高削速度可提高到8^-12m/min。随着机器生产规模速钢，开始时只能用于车刀和铣刀，后扩大到其他刀具，但不能用于所有的刀具。正因如此，高速钢能制造任何类型的刀具，始终占领着很大的阵地。.纪念(机械工程学报》创刊50周年—“机械工程技术的历史、进展与展望”主题征文.20030630

7、收到初稿，20031025收到修改稿而高速钢也发展了很多新品种，切削性能比起初的万方数据2003年12月于启勋等:刀具材料的历史、进展与展望普通高速钢有了很大提高。到近年，高速钢和硬质大幅度的发展，推动着人类物质文明迅速前进。合金仍是用得最多的两种刀具材料，硬质合金稍过半数。经过半个世纪，硬质合金竟然占领了如此广2刀具材料的化学成分阔的阵地，是人们在当初所预料不到的。硬质合金刀具仍不能满足现代高硬度工件材古代人类所和的刀具材料多为天然物质，如石料的超精密加工的要求，于是更新的刀具材料相继材、天然金刚石等，甚至还用过陨铁。到现代，绝出现。20世纪3

8、0年代出现了氧化铝陶瓷，后来又大多数刀具材料使用人造的材料，可保证大量供应，有氮化硅陶瓷。到50年代和60年代又制造出人造并使质地均匀、