常用刀具材料的基本性能

常用刀具材料的基本性能：

(1)高速钢

    1898年：美国人泰勒(F. W. Taylor)和怀特(M．White)发明了高速钢。高速钢是一种（w、Mo、Cr、V）高合金工具钢，其含碳量为0.7％～1.05％。较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具。但是，耐磨性差、耐热性差，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；

(2)陶瓷

    与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。耐用度为硬质合金刀具的l0～20倍，其红硬性比硬质合金高2～6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。缺点：脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差。

陶瓷刀具材料可分为三大类：

    ①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加人TiC、WC、SiC等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93～95HRA，为提高韧性，常添加少量Co、Ni等金属。

    ②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶瓷为SiN+TiC+Co复合陶瓷，其韧性高于氧化铝基陶瓷，硬度则与之相当。

    ③氮化硅一氧化铝复合陶瓷。又称为赛阿龙(Sialon)陶瓷，硬度可达1800HV，抗弯强度可达1.20GPa，最适合切削高温合金和铸铁。

(3)金属陶瓷

    主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、Mo等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金，低于陶瓷材料；其横向断裂强度大于陶瓷材料，小于硬质合金；化学稳定性和抗氧化性好，耐剥离磨损，耐氧化和扩散，具有较低的粘结倾向和较高的刀刃强度。

    金属陶瓷刀具的切削效率和工作寿命高于硬质合金、涂层硬质合金刀具，加工出的工件表面粗糙度小；由于金属陶瓷与钢的粘结性较低，因此用金属陶瓷刀具取代涂层硬质合金刀具加工钢制工件时，切屑形成较稳定，在自动化加工中不易发生长切屑缠绕现象，零件棱边基本无毛刺。金属陶瓷的缺点是抗热震性较差，易碎裂，因此使用范围有限。

3．硬质合金刀具

    耐磨性和强韧性不易兼顾，因此使用者只能根据具体加工对象和加工条件在众多硬质合金牌号中选择适用的刀具材料，这给硬质合金刀具的选用和管理带来诸多不便。

    (1)细化晶粒

    通过细化硬质相晶粒度、可使硬质合金刀具材料的强度和耐磨性均得到提高。普通硬质合金晶粒度为3～5μm，细晶粒硬质合金晶粒度为l～1.5μm(微米级)，超细晶粒硬质合金晶粒度可达0.5μm以下(亚微米、纳米级)。

    (2)涂层硬质合金

    在韧性较好的硬质合金基体上，通过CVD(化学气相沉积)、PVD(物理气相沉积)、HVOF(High Velocity Oxy-Fuel Thermal Spraying)等方法涂覆一层很薄的耐磨金属化合物，可使基体的强韧性与涂层的耐磨性相结合而提高硬质合金刀具的综合性能。

    涂层硬质合金刀具具有良好的耐磨性和耐热性，特别适合高速切削；由于其耐用度高、通用性好，用于小批量、多品种的柔性自动化加工时可有效减少换刀次数，提高加工效率；涂层硬质合金刀具抗月牙洼磨损能力强，刀具刃形和槽形稳定，断屑效果及其它切削性能可靠，有利于加工过程的自动控制；涂层硬质合金刀具的基体经过钝化、精化处理后尺寸精度较高，可满足自动化加工对换刀定位精度的要求。

    上述特点决定了涂层硬质合金刀具特别适用于FMS、CIMS(计算机集成制造系统)等自动化加工设备。但是，采用涂层方法仍未能根本解决硬质合金基体材料韧性和抗冲击性较差的问题。

    (3)表面、整体热处理和循环热处理

对强韧性较好的硬质合金表面进行渗氮、渗硼等处理，可有效提高其表面耐磨性。

    (4)添加稀有金属，稀土元素

在硬质合金材料中添加TAC等稀有金属碳化物， 钇等稀土元素，可有效提高材料的韧性和抗弯强度，耐磨性亦有所改善。