常用刀具材料分类特点及应用

常用刀具材料分类特点及应用

刀具材料是金属切削加工中的关键要素，其性能直接影响到加工效率、精度和成本。本文总结了现阶段常用的刀具材料，包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方碳化硼等，并分析了它们的特点及应用范围。

碳素工具钢

碳素工具钢的含碳量一般在0.65%~1.35%，具有较高的硬度和耐磨性，适用于制造低速、手动工具和形状简单的刀具。但是，由于其淬透性差、热硬性低，不能用于高速切削。

合金工具钢

合金工具钢的淬硬性、淬透性、耐磨性和韧性均比碳素工具钢高，按用途大致可分为刃具、模具和量具用钢3类。其中碳含量高的钢多用于制造刃具、量具和冷作模具，这类钢淬火后的硬度在HRC60以上，且具有足够的耐磨性。常用的钢类有铬钢、硅铬钢和铬钨锰钢等。

高速钢

高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又称高速工具钢或锋钢。高速钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等。按照用途不同，高速钢可分为通用型高速钢和高性能高速钢。

高速钢的力学性能表

硬质合金

硬质合金是由高硬度、难熔的金属碳化物(WC、TiC等)微米级粉末采用Co、Mo、Ni等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其高温碳化物含量超过高速钢,允许的切削温度高达8001000℃,常温硬度达8993HRA；在540℃时为8287HRA,与高速钢常温时硬度(8386HRA)相同；760℃时硬度达7785HRA。并具有化学稳定性好、耐热性高等优点。硬质合金刀具切削速度可达100300m/min。远远超过高速钢,寿命是高速钢的几倍到几十倍。

陶瓷

陶瓷刀使用精密陶瓷高压研制而成，故称陶瓷刀。陶瓷刀具的优越性体现在：1）可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料；2）不仅能对高硬度材料进行粗、精加工，也可进行铣削、刨削、断续切削和毛坯粗车等冲击力很大的加工；3）耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀次数，保证被加工工件的小锥度和高精度；4）高速切削或实现“以车、铣代磨”，切削效率比传统刀具高。

超硬材料

随着各种新型工件材料的应用和发展,传统刀具材料,如高速钢、硬质合金、陶瓷等常不能满足难加工材料的加工需求,天然和人造单晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等超硬刀具材料因具有很高的高温硬度、耐磨性和热化学稳定性,为高硬度材料的切削加工提供了最基本的前提条件,并且在生产中取得了明显效益。

刀具材料的典型应用

以上简单介绍了常用刀具材料的种类、性能、特点及应用，接下来以几个典型应用对刀具材料的选用进行分析。

1. 钢料的粗加工与精加工

加工钢料时，金属塑性变形很大，摩擦剧烈，切削温度高。YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性特别是有高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力也很好。故在钢料的精加工中，多用YT类硬质合金；而在粗加工中，由于切削速度不高，切削过程不太平稳，故此时最好用韧性较好的YG类硬质合金。

2. 铸铁的粗加工与精加工

加工铸铁这样的脆性金属时，切屑呈崩碎块粒，对刀具冲击很大。YG类硬质合金有较高的抗弯强度和冲击韧性，同时，YG类硬质合金的导热性也较好，有利于从刀尖传出热量，降低温度，因此铸铁的粗加工中使用YG类硬质合金较好；而在精加工中，切削速度高切削温度高，而YG类硬质合金的耐热性较YT类硬质合金差，因此此时可选用YT类硬质合金。

3. 其他工件材料的加工

加工不锈钢、奥氏体耐热钢、淬硬钢、高锰钢、钛合金时刀具材料的选择见表6。

分析刀具热硬性好，能承受一定的冲击负荷；YG合金韧性较好，导热性好；立方氮化硼硬度高，且不易与铁族金属反应；硬度高，耐磨性和导热性好。

加工条件与刀具材料

不同的工件材料与不同的加工工艺对刀具材料的选择有所不同，因此在刀具材料选择时应综合考虑各种因素，下面以几个例子来简单分析一下刀具材料的选择。

1. 45钢锻件粗车

碳钢强度高摩擦剧烈，粗车时可选择YT14的硬质合金刀具切削。

2. HT200铸件精车

普通铸铁的粗车和精车均可选用YG类硬质合金，这里可用YG6X硬质合金刀具切削。

3. 低速精车合金钢蜗杆

合金钢的加工可选用YT类硬质合金，但低速加工时若速度很低可能产生冲击负荷，这时候用YG类的硬质合金更好，因此，这里可以选择YG6A的硬质合金刀具切削。

4. 高速精车调质钢长轴

由于加工时工件硬度高，产生热量高，且精车要求表面粗糙度低，因此可以选择Al2O3基陶瓷刀具进行切削，它的硬度和耐磨性高，耐热性和化学稳定性高，同时加工的表面质量好。

5. 高速精密镗削铝合金缸套

有色金属的精密加工，可以选择金刚石刀具，因为金刚石具有极高的硬度和耐磨性，可以用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料。金刚石刀具切削表面质量很高，加工有色金属时，表面粗糙度可达0.012μm，加工精度可达IT5以上。