第二章 刀具材料

第二章 刀具材料

§2-1 概述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。1.高硬度 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。

2.足够的强度和韧性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/m2。)表示它的强度大小。用冲击韧度αk(单位 为J/m2。)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。

3.良好的耐磨性和耐热性 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。

4.导热性好 刀具材料的导热性用热导率来表示。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。

5.工艺性好 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)、焊接工 艺性、切削加工性和热处理工艺性等。 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。

(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 0.7%~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。

2-2

§2-2 高速钢高速钢是一种含钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、 钒(V)等合金元素较多的合金工具钢。 以重量计其碳的含量为0.7%~1.5%,铬 的含量约为4%,钨和钼的含量为10%~20%, 钒的含量为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，有较高的热稳定 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； 按制造工艺方法不同，可分为熔炼高速钢和粉末 冶金高速钢。

钨系高速钢

(1)通用型高速钢

钨钼系高速钢

1) 钨系高速钢 其代表是W18Cr4V(简称w18),是我国最常用的 一种高速钢。 由于含钒量较少，磨削性能好，其刃口容易磨 得锋利平直，综合性能好，通用性强。常温硬度可 达63~66HRC,在600℃高温时能保持的硬度 48.5HRC左右。特别是热处理工艺性好，淬火时过 热倾向小，抵抗塑性变形能力强。

可用于精加工的复杂刀具，如成形车刀，宽刃 精刨刀、拉刀、齿轮刀具等。