刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素,對於加工效率、加工成本、加工品質、以及刀具耐用度影響很大。使用碳工具鋼作為刀具材料時,切削速度只有10m/min左右;20世紀初出現了高速鋼刀具材料,切削速度提高到每分鐘幾十米;30年代出現了硬質合金,切削速度提高到每分鐘一百多米至幾百米;當前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出現,使切削速度提高到每分鐘一千米以上;被加工材料的發展也大大地推動了刀具材料的發展。

一、刀具材料應具備的性能

性能優良的刀具材料,是保證刀具高效工作的基本條件。刀具切削部分在強烈摩擦、高壓、高溫下工作,應具備如下的基本要求。

高硬度和高耐磨性

刀具材料的硬度必須高於被加工材料的硬度才能切下金屬,這是刀具材料必備的基本要求,現有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬,其耐磨性越好,但由於切削條件較複雜,材料的耐磨性還決定于它的化學成分和金相組織的穩定性。

足夠的強度與衝擊韌性

強度是指抵抗切削力的作用而不致於刀刃崩碎與刀杆折斷所應具備的性能。一般用抗彎強度來表示。

衝擊韌性是指刀具材料在間斷切削或有衝擊的工作條件下保證不崩刃的能力,一般地,硬度越高,衝擊韌性越低,材料越脆。硬度和韌性是一對矛盾,也是刀具材料所應克服的一個關鍵。

高耐熱性

耐熱性又稱紅硬性,是衡量刀具材料性能的主要指標。它綜合反映了刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度、抗氧化、抗粘結和抗擴散的能力。

良好的工藝性和經濟性

為了便於製造,刀具材料應有良好的工藝性,如鍛造、熱處理及磨削加工性能。當然在製造和選用時應綜合考慮經濟性。當前超硬材料及塗層刀具材料費用都較貴,但其使用壽命很長,在成批大量生產中,分攤到每個零件中的費用反而有所降低。因此在選用時一定要綜合考慮。

二、常用刀具材料
常用刀具材料有工具鋼、高速鋼、硬質合金、陶瓷和超硬刀具材料,目前用得最多的為高速鋼和硬質合金。

高速鋼

高速鋼是一種加人了較多的鎢、鉻、釩、相等合金元素的高合金工具鋼,有良好的綜合性能。其強度和韌性是現有刀具材料中最高的。高速鋼的製造工藝簡單,容易刃磨成鋒利的切削刃;鍛造、熱處理變形小,目前在複雜的刀具,如麻花鑽、絲錐、拉刀、齒輪刀具和成形刀具製造中,仍佔有主要地位。

高速鋼可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。

普通高速鋼,如W18Cr4V廣泛用於製造各種複雜刀具。其切削速度一般不太高,切削普通鋼料時為40-60m/min。

高性能高速鋼,如W12Cr4V4Mo是在普通高速鋼中再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等元素冶煉而成的。它的耐用度為普通高速鋼的1.5-3倍。

粉末冶金高速鋼是70年代投入市場的一種高速鋼,其強度與韌性分別提高30%-40%和80%-90%.耐用度可提高2-3倍。

硬質合金

按GB2075—87(參照採用190標準)可分為P、M、K三類,P類硬質合金主要用於加工長切屑的黑色金屬,用藍色作標誌;M類主要用於加工黑色金屬和有色金屬,用黃色作標誌,又稱通用硬質合金,K類主要用於加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬材料,用紅色作標誌。

P、M、K(後面的阿拉伯數字表示其性能和加工時承受載荷的情況或加工條件。數字愈小,硬度愈高,韌性愈差。

P類相當於原鎢鈦鑽類,主要成分為WC+TiC+Co,代號為YT。

K類相當於原鎢鑽類,主要成分為WC+Co,代號為YG。

M類相當於原鎢鈦鉭鈷類通用合金,主要成分為WC+TiC+TaC(NbC)+Co,代號為YW。

資料來源:中國金屬加工網

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