工程材料与成形工艺基础第十一章2切削刀具及其材料

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1、第二节金属切削刀具一、刀具材料金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何参数外，还要求刀具材料对工件要有良好的切削性能。刀具材料(cuttingtoolmaterials)在切削时要承受高温、高压、摩擦、冲击、振动，金属切削过程中的加工质量、加工效率、加工成本，在很大程度上取决于刀具材料的合理选择。1.刀具材料应具备的性能（1）较高的硬度和耐磨性（2）足够的强度和韧性（3）较高的耐热性与化学稳定性（4）有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性2.常用刀具材料工具钢碳素工具钢、合金工具钢、高速钢。硬质合金钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合

2、金钨钛钽（铌）类硬质合金。新型刀具材料涂层刀具、陶瓷刀具、天然金刚石、聚晶金刚石、立方氮化硼等。1）碳素工具钢和合金工具钢碳素工具钢（carbontoolsteel）：含碳量较高的优质钢(含碳量为0.7%～1.2%，淬火后硬度较高、价廉，但耐热性较差。牌号有T7、T8、T9、T10、T12A等。合金工具钢（alloytoolsteel）：在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素而形成的，可适当减少热处理变形和提高耐热性。常用牌号有9CrSi、CrWMn等。由于这两种刀具材料的耐热性较低，常用来制造一些切削速度不高的手工工具

3、，如锉刀、锯条、铰刀、丝锥、板牙等，较少用于制造其它刀具。2）．高速钢高速钢（highspeedsteel）是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金钢。热处理后硬度可达63～69HRC,抗弯强度约3.3GPa，有较高的热稳定性、耐磨性、耐热性。切削温度在500～650°C时仍能进行切削。允许的切削速度为40m／min左右，适合于制造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、插齿刀、剃齿刀、螺纹刀具和拉刀等。常用的牌号有W18Cr4V和W6M05Cr4V2等。硬质合金（carbides）是由高硬度和高熔点的金属碳化物(碳化钨

4、WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等)和金属粘结剂(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工艺制成。硬质合金刀具常温硬度为87～92HRA，化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达800～1000°C。硬质合金刀具允许的切削速度可达100-300m／min，甚至更高，比高速钢刀具高4～10倍。但弯曲强度、冲击韧性均较高速钢低，相当于高速钢的1／4～1／3和1／2～l／4，工艺性也不如高速钢。常制成各种型式的刀片，焊接或机械夹固在车刀、刨刀、端铣刀等的刀柄(刀体)上使用。3）．硬质合金钨钴类（WC+Co）；YG,属K类钨钛钴类

5、（WC+TiC+Co）；YT,属P类钨钛钽（铌）类硬质合金（WC+TiC+TaC+（NbC）+Co）:YW，属M类硬质合金的分类4）涂层刀具材料通过气相沉积或其它技术方法，在韧牲较好的刀具基体上，涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。常用的涂层(coated)材料有TiC、TiN、Al203及其复合材料等,涂层厚度随刀具材料不同而异。（1）TiC涂层硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削时能产生氧化钛膜，减小摩擦及刀具磨损。（2）TiN涂层在高温时能产生氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗粘结性能好，

6、并能有效降低切削温度。（3）TiC—TiN复合涂层第一层涂TiC，与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂TiN,减少表面层与工件间的摩擦。（4）TiC-Al203复合涂层第一层涂TiC,与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂Al203可使刀具表面具有良好的化学稳定性和抗氧化性能。目前单涂层刀片已很少应用，大多采用TiC-TiN复合涂层或TiC-Al2O3-TiN三复合涂层。5）陶瓷刀具材料以氧化铝或以氮化硅为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。其优点是硬度高（86～96HRC），耐磨性、耐高温性能好（1200℃），有良好的化学稳

7、定性和抗氧化性，与金属的亲合力小、抗粘结和抗扩散能力强；A1203的价格较低、原料丰富,因此很有发展前途。其缺点是脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃，所以使用范围受到限制；可用于高强钢、冷硬铸铁等难加工材料半精加工和精加工。6）金刚石刀具材料:天然金刚石和人造金刚石人造金刚石：碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。由于硬度极高（接近HVl0000），耐磨性好，切削刃口锋利，刃部表面摩擦系数较小，不易产生粘结或积屑瘤，用于加工硬质合金、陶瓷等硬度达65～70HRC的材料。用于加工高硬度的非金属

8、材料，如石材、压缩木材、玻璃等，还可加工有色金属，如铝铜及其合金材料以及复合难加工材料的精加工或超精加工。缺点是热稳定性差（700～800℃），强度低、脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强烈的化学亲合力，不能用于加工钢材。7）立