金属切削原理与刀具设计课件2刀具材料.ppt

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1、第二章刀具材料金属切削原理与刀具石家庄铁道学院对刀具切削部分材料的要求1）高的硬度和耐磨性2）足够的强度和韧性3）较好的热硬性4）良好的工艺性5）经济性2.1概述刀具材料简介刀具材料对刀具的寿命、加工质量、切削效率和制造成本均有较大的影响刀具切削部分在切削时要承受高温、高压、强烈的摩擦、冲击和振动图2-2刀具材料的发展与切削加工高速化的关系切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000年代碳素工具钢合金工具钢WC系硬质合金高速钢WC-TiC系硬质合金涂层硬质合金TiAlN涂层硬质合金DLC涂层硬质合金TiC-TiN金属陶

2、瓷聚晶立方氮化硼（PCBN）陶瓷聚晶金刚石（PCD）2.1概述刀具材料的发展天然金刚石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬质合金涂层WC硬质合金涂层超细粒状硬金属涂层高速钢TiN涂层高速钢断裂韧性耐磨性图2-3刀具材料的耐磨性与断裂韧性2.1概述刀具材料种类很多，常用的有：碳素工具钢合金工具钢高速钢硬质合金陶瓷金刚石（天然和人造）立方氮化硼等2.2刀具材料常用刀具材料◆工具钢碳素工具钢是指含碳0.65%-1.35%的优质高碳钢。常用T12A。特点：耐热性差应用：常用于制造各种手工与低速工具。（如锉刀）2.2.1工具钢与合金工具钢◆合金工具钢合金工具钢是指在高碳钢中加入Si、W、Mn

3、等合金元素（一般不超过3%-5%），可提高淬透性和回火稳定性，细化晶粒，减小变形。常用9SiCr、CrWMn。应用：常用于制造各种低速工具。（如丝锥、板牙）高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。别名：（风钢）良好的淬透性，空气中冷却就可得到高硬度。（锋钢）刃容锋利。（白钢）磨光后，表面光亮。2.2.2高速钢特点1）较高的热稳定性：切削温度高达500-650℃，与碳素工具钢，合金工具钢相比，切削速度提高1-3倍，耐用度提高10-40倍，可加工有色金属至高温合金（范围广）。2）高强度，韧性：抗弯强度为硬质合金的2-3倍数，是陶瓷的5-6倍，韧性比它们高几十倍。

4、3）一定的硬度（HRC63-70）：耐磨性好，适合各类切削刀具的要求，也可用于在刚性较差的机床上加工。4）可加工性好，热处理变形较小。5)材料性能较硬质合金和陶瓷稳定，在自动机床上使用可靠。因此，尽管各种新型刀具材料不断出现，高速钢仍占现用刀具材料的一半以上。2.2.2高速钢分类2.2.2高速钢普通高速钢常用W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高性能高速钢再加入一些合金、性能高。如W6MoSCr4V2、W6MoSCr4V3，比通用型高速钢具有更好的切削性能，适合于加工奥氏体不锈钢、高温合金、钍合金和高强度铡等难加工材料。粉末冶金高速钢制造工艺不同，其性能优于上述的高速钢。普通高速钢

5、分钨钢，钨钼钢两类，V不高于40-60%。钨钢W18Cr4V（18—4—1）此牌号国内普遍使用，性能稳定，刃磨、热处理工艺控制较方便，国外钨价高，很少使用。综合性能好，600℃，HRC48.5，用以制造各种复杂刀具。优点：（1）淬火时过热倾向小。（2）含钒少，磨加工性好。（3）碳化物含量高，塑性变形抗力较大缺点：（1）碳化物分布不均匀，剩余碳化物颗粒大（最大30μm），影响薄刃刀具或小截面刀具的耐用度。（2）强度和韧性，显得不够，此材料直径30mm，抗弯强度3.5Gρa；直径60~80mm，抗弯强度2~2.3Gρa，适宜做小截面刀具，此时强度，韧性才是满意的。（3）热塑性差，很难用

6、作热成形法制造的刀具（如热轧钻头）。2.2.2高速钢普通钢高速钨钼钢W6M05Cr4V2（6—5—4—2），因为缺钨而产生优点（1）合金元素少，减少了碳化物数量及分布不均匀性，有利于提高高温塑性、抗弯强度、冲击韧性，抗弯强度比W18高10~15%，韧性高50~60%。（2）可加大截面刀具，可做尺寸较大，承受冲击力较大的刀具。缺点淬火温度范围窄，脱碳，过热敏感性大，主要用于热轧刀具（扭槽，麻花钻）2.2.2高速钢应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。高速钢的表面处理与涂层表面化学处理：提高刀具的切削性能如：（氧氮化处理）：将刀具成品置于氨气和水蒸气

7、的混和体中，540~560℃保温1—2小时，形成0.003mmFe3O4氧化膜，内层为氧、氮、碳扩散层：厚0.03--0.05mm。HV1000以上，耐用度提高60%--70%。涂层：物理气相沉积TiN涂层550℃以下高真空下进行，钛气化与氮反应，生成TiN（0.002mm），HRC80以上，切削力，切削温度下降25%，Vf提高一倍，耐用度显著提高。重磨后，性能仍优于普通高速钢。2.2.2高速钢刀具材料表2-1常用高速钢牌号及其应用范围类别牌号主要用途普通高速钢W18