1、第一節第一節 刀具材料應具備的性能刀具材料應具備的性能第二節第二節 高速鋼高速鋼第四節第四節 涂層刀具涂層刀具第三節第三節 硬質合金硬質合金第五節第五節 其他刀具材料其他刀具材料第六節第六節 刀具材料的發展刀具材料的發展 表表2-1 2-1 各種刀具材料的物理力學性能各種刀具材料的物理力學性能 （續）（續） （續）（續） 返回本返回本章目錄章目錄第二節 高 速 鋼 高速鋼是富含W、Cr、Mo(鉬)、V等合金元素的高合金工具鋼。在工廠中常稱為白鋼或鋒鋼。 高速鋼的特點高速鋼的特點 與碳素工具鋼、合金工具鋼相比，高速鋼的熱硬性很高，在切削溫度高達500650時，仍能保持60HRC的高硬度，因此允許

2、切削速度可提高l2倍(25m/min30m/min)。同時，高速鋼還具有較高的耐磨性以及較高的強度和韌性。 與硬質合金相比，其最大優點是可加工性好并具有良好的綜合力學性能。其退火硬度為207HBS255HBS，與優質中、高碳鋼的退火硬度相近，能夠用一般材料刀具順利切削加工出各種復雜形狀；在加熱狀態下(9001100)能反復鍛打制成所需的毛坯；高速鋼的抗彎強度是硬質合金的35倍，沖擊韌性是硬質合金的610倍；經過仔細研磨，高速鋼刀具鈍圓半徑可小于，其鋒利性比硬質合金優良。v 總之，高速鋼的切削性能比工具鋼好得多，而可加工性能又比硬質合金好得多。v 應用：高速鋼仍是世界各國制造復雜、精密和成形刀具

3、的基本材料，是應用最廣泛的刀具材料之一。 常用高速鋼材料的分類與性能及應用 分類：普通高速鋼、高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼。一、一、 普通高速鋼普通高速鋼 特點：工藝性能好，具有較高的硬度、強度、耐磨性和韌性。可用于制造各種刃形復雜的刀具。切削普通鋼料時的切削速度通常不高于40m/min60m/min。普通高速鋼又分為鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼兩類。 (1) 鎢系高速鋼。鎢系高速鋼。這類高速鋼的典型牌號為W18Cr4V(簡稱W18)，含C量為0.7%0.8%，含W18%，Cr4%、V1%。此類高速鋼綜合性能較好，可制造各種復雜刃型刀具。 2.、 鎢鉬系高速鋼鎢鉬系高速鋼。它是以Mo代替部分W發展

4、起來的一種高速鋼，典型牌號是W6Mo5 Cr4V2(簡稱M2)，含碳量為0.8%0.9%，含W6%、Mo5%、Cr4%、V2%。 與W18Cr4V相比，優點是碳化物含量相應減少，而且顆粒細小分布均勻，因此抗彎強度、塑性、韌性和耐磨性都略有提高，適于制造尺寸較大、承受沖擊力較大的刀具(如滾刀、插刀)；又因Mo的存在，使其熱塑性非常好，故特別適于軋制或扭制鉆頭等熱成形刀具。其主要缺點是可磨削性略低于W18Cr4V。 二、高性能高速鋼二、高性能高速鋼 高性能高速鋼是在普通高速鋼成分中再添加一些C、V、Co(鈷)、Al(鋁)等合金元素，進一步提高耐熱性能和耐磨性。這類高速鋼刀具的耐用度為普通高速鋼的1

5、.53倍。 應用：加工不銹鋼、耐熱鋼、鈦合金及高強度鋼等難加工材料。 (1) 鈷高速鋼(W2Mo9Cr4VCo8，簡稱M42)。這是一種含Co超硬高速鋼，常溫硬度達67HRC69HRC，具有良好的綜合性能。Co能提高高溫硬度，相應地提高了切削速度，因V含量不高，可磨性良好。 (2) 鋁高速鋼(W6Mo5Cr4V2Al，簡稱501)。鋁高速鋼是我國研制的無鈷高速鋼，是在W6Mo5Cr4V2的基礎上增加鋁、碳的含量，以提高鋼的耐熱性和耐磨性，并使其強度和韌性不降低。 三、三、 粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼 粉末冶金高速鋼：是將熔煉的高速鋼液用高壓惰性氣體霧化成細小粉末，將粉末在高溫高壓下制成刀坯，

6、或壓制成鋼坯然后經軋制(或鍛造)成材的一種刀具材料。 特點：與熔煉高速鋼相比，由于碳化物細小，分布均勻，熱處理變形小，因此粉末冶金高速鋼耐磨性好和可磨削性均得到顯著改善。 應用：適于制造切削難加工材料的刀具，特別適于制造各種精密刀具和形狀復雜的刀具。 (4) TiC基硬質合金。TiC基硬質合金是以TiC為主體，Ni與Mo為黏結劑，并加入少量其他碳化物而形成的一種硬質合金。如：YN10和YN05。其具有比WC基硬質合金更高的耐磨性、耐熱性和抗氧化能力，但熱導率低和韌性較差。 應用：適用于工具鋼的半精加工和精加工及淬硬鋼的加工。 三、硬質合金選用見表三、硬質合金選用見表2-5表表2-5 2-5 常

7、用硬質合金牌號的選用常用硬質合金牌號的選用 第四節第四節 涂層刀具涂層刀具 涂層刀具是在強度和韌性較好的硬質合金或高速鋼(HSS)基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物(也可涂覆在陶瓷、金剛石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而獲得的。涂層作為一個化學屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴散和化學反應，從而減少了月牙槽磨損。涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學性能穩定、耐熱耐氧化、摩擦因數小和熱導率低等特性，切削時可比未涂層刀具提高刀具壽命35倍以上，提高切削速度20%70%，提高加工精度0.51級，降低刀具消耗費用20%50%。因此，涂層刀具已成為現代切削刀具的標

8、志，在刀具中的使用比例已超過50%。目前，切削加工中使用的各種刀具，包括車刀、鏜刀、鉆頭、鉸刀、拉刀、絲錐、螺紋梳刀、滾壓頭、銑刀、成形刀具、齒輪滾刀和插齒刀等都可采用涂層工藝來提高它們的使用性能。涂層刀具涂層刀具 涂層刀具有四種：涂層高速鋼刀具，涂層硬質合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料(金剛石或立方氮化硼)刀片上的涂層刀具。但以前兩種涂層刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂層是硬度較基體低的材料，目的是為了提高刀片表面的斷裂韌度(可提高10%以上)，可減少刀片的崩刃及破損，擴大應用范圍。涂層刀具涂層刀具 涂層方法目前生產上常用的涂層方法有兩種：物理氣相沉積(PVD) 法和化學氣相沉積(CV

9、D) 法。前者沉積溫度為500，涂層厚度為25µm；后者的沉積溫度為9001100，涂層厚度可達510µm，并且設備簡單，涂層均勻。因PVD法未超過高速鋼本身的回火溫度，故高速鋼刀具一般采用PVD法，硬質合金大多采用CVD法。硬質合金用CVD法涂層時，由于其沉積溫度高，故涂層與基體之間容易形成一層脆性的脫碳層(相)，導致刀片脆性破裂。近十幾年來，隨著涂覆技術的進步，硬質合金也可采用PVD法。國外還用PVD/CVD相結合的技術，開發了復合的涂層工藝，稱為PACVD法(等離子體化學氣相沉積法)。即利用等離子體來促進化學反應，可把涂覆溫度降至400以下(目前涂覆溫度已可降至1

10、80200)，使硬質合金基體與涂層材料之間不會產生擴散、相變或交換反應，可保持刀片原有的韌性。據報道，這種方法對涂覆金剛石和立方氮化硼(CBN)超硬涂層特別有效。涂層刀具涂層刀具 涂層方法:用CVD法涂層時，切削刃需預先進行鈍化處理(鈍圓半徑一般為0.020.08mm，切削刃強度隨鈍圓半徑增大而提高)，故刃口沒有未涂層刀片鋒利。所以，對精加工產生薄切屑、要求切削刃鋒利的刀具應采用PVD法。涂層除可涂覆在普通切削刀片上外，還可涂覆到整體刀具上，目前已發展到涂覆在焊的硬質合金刀具上。據報道，國外某公司在焊接式的硬質合金鉆頭上采用了PCVD法，結果使加工鋼料時的鉆頭壽命比高速鋼鉆頭長10倍，效率提高

11、5倍。涂層刀具涂層刀具涂層涂層 顏色顏色 硬度硬度HVHV厚度厚度 摩擦摩擦系數系數最高使用最高使用溫度溫度說明說明工具例工具例ZrCN復合 蘭灰 2500 140.3550 通用性強TiN單層金黃2300 140.4500 應用最為普遍，具有高硬度高耐磨性寄耐氧化性；適合大多數切削刀具，也適合多數成形模具及抗磨損工件.TiAlN復合紫藍3200 140.5800 化學穩定性好，具有高熱硬性，極好的抗氧化和耐磨性，適合干切削場合。AlTiN復合黑3400 140.5900高速、高硬度加工TiAlCrN亞黑3500 140.61000特殊加工領域TiCN漸層灰黑3000 140.4500 具有較

12、低的內應力，較高的韌性以及良好的潤滑性能；適合要求較低的摩擦系數而高硬度的加工環境.CrN漸層銀亮20003150.5700 有著顯著的強潤滑性能和耐高溫特性，最適合銅類金屬的切削刀具，以及耐磨耐腐零件的涂層.DLC黑100040000.520.05400 優良的耐磨、耐腐蝕性能，摩擦系數極低，與基體結合力強。用于刀具時，通常以TiAlN為基體配合使用，用以加工有色金屬、石墨等材料.涂層硬度公次于金剛石涂層刀具涂層刀具 涂層材料須具有硬度高、耐磨性好、化學性能穩定、不與工件材料發生化學反應、耐熱耐氧化、摩擦因數低，以及與基體附著牢固等要求。顯然，單一的涂層材料很難滿足上述各項要求。所以硬質涂層材料已由最初只能涂單一的TiC、TiN、Al2O3，進入到開發厚膜、復合和多元涂層的新階段。新開發的TiCN、TiAlN、TiAlN多元、超薄、超多層涂層與TiC、TiN、Al2O3等涂層的復合，加上新型的抗塑性變形基體，在改善涂層的韌性、涂層與基體的結合強度、提高涂層耐磨性方面有了重大進展。目前，又突破了在硬質合金基體上涂覆金剛石薄膜技術，全面提高了刀具的性能。 陶瓷刀具廣泛用于高速切削、干切削、硬切削以及難加工材料的切削加工。“以車代磨”；其中以氧化