常用刀具材料的基本性能

常用刀具材料的基本性能：

(1)高速鋼

    1898年：美國(guó)人泰勒(F. W. Taylor)和懷特(M．White)發(fā)明了高速鋼。高速鋼是一種（w、Mo、Cr、V）高合金工具鋼，其含碳量為0.7％～1.05％。較高耐熱性，其切削溫度可達(dá)600℃，與碳素工具鋼及合金工具鋼相比，其切削速度可成倍提高。良好的韌性和成形性，可用于制造幾乎所有品種的刀具。但是，耐磨性差、耐熱性差，已難以滿足現(xiàn)代切削加工對(duì)刀具材料越來越高的要求；

(2)陶瓷

    與硬質(zhì)合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、紅硬性和耐磨性。耐用度為硬質(zhì)合金刀具的l0～20倍，其紅硬性比硬質(zhì)合金高2～6倍，且化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化能力等均優(yōu)于硬質(zhì)合金。缺點(diǎn)：脆性大、橫向斷裂強(qiáng)度低、承受沖擊載荷能力差。

陶瓷刀具材料可分為三大類：

    ①氧化鋁基陶瓷。通常是在Al2O3基體材料中加人TiC、WC、SiC等成分，經(jīng)熱壓制成復(fù)合陶瓷刀具，其硬度可達(dá)93～95HRA，為提高韌性，常添加少量Co、Ni等金屬。

    ②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶瓷為SiN+TiC+Co復(fù)合陶瓷，其韌性高于氧化鋁基陶瓷，硬度則與之相當(dāng)。

    ③氮化硅一氧化鋁復(fù)合陶瓷。又稱為賽阿龍(Sialon)陶瓷，硬度可達(dá)1800HV，抗彎強(qiáng)度可達(dá)1.20GPa，最適合切削高溫合金和鑄鐵。

(3)金屬陶瓷

    主要由陶瓷顆粒、TiC和TiN、粘結(jié)劑Ni、Co、Mo等構(gòu)成。金屬陶瓷的硬度和紅硬性高于硬質(zhì)合金，低于陶瓷材料；其橫向斷裂強(qiáng)度大于陶瓷材料，小于硬質(zhì)合金；化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性好，耐剝離磨損，耐氧化和擴(kuò)散，具有較低的粘結(jié)傾向和較高的刀刃強(qiáng)度。

    金屬陶瓷刀具的切削效率和工作壽命高于硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金刀具，加工出的工件表面粗糙度�。挥捎诮饘偬沾膳c鋼的粘結(jié)性較低，因此用金屬陶瓷刀具取代涂層硬質(zhì)合金刀具加工鋼制工件時(shí)，切屑形成較穩(wěn)定，在自動(dòng)化加工中不易發(fā)生長(zhǎng)切屑纏繞現(xiàn)象，零件棱邊基本無毛刺。金屬陶瓷的缺點(diǎn)是抗熱震性較差，易碎裂，因此使用范圍有限。

3．硬質(zhì)合金刀具

    耐磨性和強(qiáng)韌性不易兼顧，因此使用者只能根據(jù)具體加工對(duì)象和加工條件在眾多硬質(zhì)合金牌號(hào)中選擇適用的刀具材料，這給硬質(zhì)合金刀具的選用和管理帶來諸多不便。

    (1)細(xì)化晶粒

    通過細(xì)化硬質(zhì)相晶粒度、可使硬質(zhì)合金刀具材料的強(qiáng)度和耐磨性均得到提高。普通硬質(zhì)合金晶粒度為3～5μm，細(xì)晶粒硬質(zhì)合金晶粒度為l～1.5μm(微米級(jí))，超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金晶粒度可達(dá)0.5μm以下(亞微米、納米級(jí))。

    (2)涂層硬質(zhì)合金

    在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，通過CVD(化學(xué)氣相沉積)、PVD(物理氣相沉積)、HVOF(High Velocity Oxy-Fuel Thermal Spraying)等方法涂覆一層很薄的耐磨金屬化合物，可使基體的強(qiáng)韌性與涂層的耐磨性相結(jié)合而提高硬質(zhì)合金刀具的綜合性能。

    涂層硬質(zhì)合金刀具具有良好的耐磨性和耐熱性，特別適合高速切削；由于其耐用度高、通用性好，用于小批量、多品種的柔性自動(dòng)化加工時(shí)可有效減少換刀次數(shù)，提高加工效率；涂層硬質(zhì)合金刀具抗月牙洼磨損能力強(qiáng)，刀具刃形和槽形穩(wěn)定，斷屑效果及其它切削性能可靠，有利于加工過程的自動(dòng)控制；涂層硬質(zhì)合金刀具的基體經(jīng)過鈍化、精化處理后尺寸精度較高，可滿足自動(dòng)化加工對(duì)換刀定位精度的要求。

    上述特點(diǎn)決定了涂層硬質(zhì)合金刀具特別適用于FMS、CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))等自動(dòng)化加工設(shè)備。但是，采用涂層方法仍未能根本解決硬質(zhì)合金基體材料韌性和抗沖擊性較差的問題。

    (3)表面、整體熱處理和循環(huán)熱處理

對(duì)強(qiáng)韌性較好的硬質(zhì)合金表面進(jìn)行滲氮、滲硼等處理，可有效提高其表面耐磨性。

    (4)添加稀有金屬，稀土元素

在硬質(zhì)合金材料中添加TAC等稀有金屬碳化物， 釔等稀土元素，可有效提高材料的韌性和抗彎強(qiáng)度，耐磨性亦有所改善。