[工学]第2章 刀具材料.ppt

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1、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。在金属切削加工中，刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度和已加工表面质量，刀具消耗和加工成本。正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一，特别是对某些难加工材料的切削、刀具材料的选用显得尤为重要。（一）刀具材料应具备的基本性能刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具材料应具备以下基本性能。硬度高硬度是指材料抵抗其他物体压入其表面的能力。刀具材料的硬度必须更高于被加工材料的硬度，一般高于一倍至几倍，否则在高温高压下，就不能保持刀具锋利的几何形状。目前，切削

2、性能最差的刀具材料～碳素工具钢，其硬度在室温条件下也应在62HRC以上；高速钢的硬度为63～70HRC。刀具切削部分的材料在切削时要承受很大的切削力和冲击力。例如，车削45钢时，当ap=4mm，，f=0.5mm/r时，刀片要承受约4000N的切削力。因此，刀具材料必须要有足够的强度和韧性。一般用刀具材料的抗弯强度σbb(单位为Pa—N／m。)表示它的强度大小。用冲击韧度αk(单位为J／m。)表示其韧性的大小，它反映刀具材料抗脆性断裂和崩刃的能力2足够的强度和韧性刀具材料的耐磨性是指抵抗磨损的能力。一般说，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。刀具材料的耐磨性和耐热性有着密切的关系。其耐热性通常用它在

3、高温下保持较高硬度的性能即高温硬度来衡量，或叫热硬性。高温硬度越高，表示耐热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强。耐热性差的刀具材料，由于高温下硬度显著下降而会很快磨损乃至发生塑性变形，丧失其切削能力。3耐磨性和耐热性好刀具材料的导热性用热导率[单位为w／（m·K)]来表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量容易传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。此外，导热性好的刀具材料其耐热冲击和抗热龟裂的性能增强，这种性能对采用脆性刀具材料进行断续切削，特别在加工导热性能差的工件时尤为重要4导热性好为了便于制造、要求刀具材料有较好的可加工性，如热塑性（锻压成形）、

4、焊接工艺性、切削加工性和热处理工艺性等。5．工艺性好6、经济性好经济性是评价新型刀具材料的重要指标之一，也是正确选用刀具材料、降低产品成本的主要依据之一一、刀具材料应当具备的性能1)硬度：必须高于工件材料（>HRC62）2)耐磨性：抵抗刀具磨损的能力3)强度和韧性：承受切削力,冲击和振动的能力（强度:抗弯强度σ韧性:冲击值φ）4)耐热性：在高温下保持以上性能的能力5)导热性和膨胀系数：导热性:传递热量的能力.（膨胀系数:刀具热变形大小）6)工艺性：便于制造,加工（二）刀具材料的分类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。其主要力学物理性能见表2-1。但目前应用最多的是高速

5、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。返回1碳素工具钢碳素工具钢是含碳量较高的优质钢(含碳量为07％～1.2％。如T10A等)，淬火后硬度较高、价廉，但耐热性较差(表2—2)。在碳素工具钢中加入少量的cr、w、Mn、si等元素，形成合金工具钢(如9SiCr等)，可适当减少热处理变形和提高耐热性(表2—2)。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，如锉刀、锯条、铰刀等，较少用于制造其他刀具。2-22、高速钢高速钢是一种含钨(w)、钼(Mo)、铬(c

6、r)、钒(V)等合金元素较多的合金工具钢。以重量计其碳的质量分数为0.7%～1．5％，铬的质量分数约为4%，钨的质量分数和钼的质量分数为10％～20%，钒的质量分数为1％～5％。由于合金元素与碳化合形成较多的高硬度碳化物，如碳化钒，硬度高达2800HV，且晶粒细小，分布均匀。而且合金元素和碳原子结合力很强，提高了马氏体受热时的稳定性。高速钢具有较高的硬度（热处理硬度可达HRC62～67）和耐热性（切削温度可达550～600°C），与碳素工具钢和合金工具钢相比切削速度可提高1～3倍，故得名“高速钢”，提高耐用度10～40倍。铅在钢中提高了淬透性，使小型刀具在空气中冷却就能淬硬，且能刃磨得锋利，故

7、高速钢又有“风钢”或“锋钢”之称。可加工包括有色金属、高温合金在内的范围广泛的材料。高速钢具有高的强度(抗弯强度为一般硬质合金的2～3倍，为陶瓷的5～6倍)和韧性，抗冲击振动的能力较强，适宜制造各类刀具。高速钢刀具制造工艺简单，能锻造，容易磨出锋利的刀刃，因此在复杂刀具(钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等)的制造中，高速钢占有重要的地位。高速钢分类：按用途不同，可分为通用型高速钢和高性能高速钢