金属刀具第1章.doc

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1、第1章刀具材料刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度的影响很大。使用碳素工具钢及合金工具钢作为刀具材料时，刀具的切削速度只有10m/min左右。20世纪初出现了高速钢刀具材料，使刀具的切削速度提高到每分钟几十米。20世纪30年代出现了硬质合金刀具材料，使刀具的切削速度提高到每分钟一百多米至几百米。目前陶瓷刀具材料和超硬刀具材料的出现，使刀具的切削速度提高到每分钟一千米以上。此外，被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。1.1刀具材料应具备的性能性能优良的刀具材料是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、

2、高温下工作应具备如下的基本要求。1.高硬度和高耐磨性刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求。现有刀具材料硬度都在60HRC以上。通常刀具材料的硬度越高，其耐磨性越好，刀具切削时能保持合理几何形状的时间越长（即磨损缓慢）。但由于切削条件较复杂，刀具材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。2.足够的强度与冲击韧性刀具强度是指抵抗切削力的作用而不致使刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。刀具切削时，不

3、仅要承受很大弯曲作用力，还要承受一定的冲击振动，如果强度和冲击韧性不能满足要求，刀具很可能迅速折断或崩刃。3.高耐热性耐热性又称为红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗黏结和抗扩散的能力。4.好的导热性和小的膨胀系数导热性越好，刀具传出的热量越多，有利于降低切削温度和提高刀具的使用寿命。膨胀系数小，有利于减小刀具的热变形。5.良好的工艺性和经济性为了便于制造，刀具材料应具有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削等加工性能。当前超硬工具材料及涂层刀具材料的费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批量生产中，分摊到每个零件中

4、的费用反而有所降低。因此，在选用刀具材料时一定要综合考虑。选择刀具材料时，很难找到各方面的性能都是最佳的刀具材料，因为其性能之间是相互制约的，所以只能根据工艺需要保证主要需求的性能。如粗加工锻件毛坯，需保持有较高的强度与韧性，而加工超硬刀具材料需有较高的硬度等。1.2碳素工具钢及合金工具钢1.碳素工具钢按照GB/T13304.1—2008碳素工具钢属于特殊质量非合金钢。由于碳素工具钢在切削温度高于250～300℃时，马氏体要分解，因而使得其硬度降低。另外，它具有碳化物分布不均匀，淬火后变形较大，易产生裂纹，淬透性差，淬硬层薄等缺点。因此，碳素工具钢只适于制造手工用和切削速

5、度很低的刀具，如锉刀、手用锯条、丝锥和板牙等。用做切削刀具的碳素工具钢常用牌号有：T8A、T10A和T12A，其中以T12A用的最多，其含碳量为1.15%～1.2%，淬火后硬度可达58～64HRC，热硬性可达250～300℃，允许切削速度可达5～10m/min。2.合金工具钢合金工具钢是在碳素工具钢中加入Si、Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等合金元素的钢。加入Cr和Mn可以提高合金工具钢的淬透性和回火稳定性，细化晶粒，减小变形。可根据要求，有选择地加入或同时加入其他元素(加入总量一般不超过5％)，形成一系列的合金工具钢。合金工具钢的热硬性可达325～400℃，允许切削速度

6、可达10～15m/min。合金工具钢的淬硬性、淬透性、耐磨性和冲击韧性均比碳素工具钢高。合金工具钢按用途大致可分为刃具、模具和量具用钢。常用合金工具钢的牌号、化学成分及用途见表1-1。表1-1常用合金工具钢的牌号、化学成分及用途牌号化学成分（%）应用举例CMnSiCrWV硬度HRC9Mn2V0.85~0.951.7~2.0≤0.035——0.1~0.25≥62丝锥、板牙、铰刀等9SiCr0.85~0.950.3~0.61.2~1.60.95~1.25——≥62板牙、丝锥、钻头、铰刀等CrW51.26~1.5≤0.3≤0.30.4~0.74.5~5.5—≥65铣刀、车刀、刨

7、刀等CrMn1.3~1.50.45~0.75≤0.351.3~1.6——≥62量规、块规CrWMn0.9~1.050.8~1.10.15~0.350.9~1.21.2~1.6—≥62板牙、拉刀、量规等1.3高速钢高速钢是一种加入了较多的W、Cr、V、Mn等合金元素的高合金工具钢。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃，锻造、热处理变形小。故目前其在复杂刀具如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。高速钢是综合性能较好，应用范围最广的一种刀具材料。其热处理后的硬度可达62～66HRC，抗弯强度约为3.