数控车床常用刀具材料

智造360

1、刀体材料

一般刀体军用普通碳钢或合金钢制作。如焊接车、镗刀的刀柄，钻头、铰刀的刀体常用45钢或40Cr制造。尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜用合金钢或高速钢整体制成，如螺纹刀具、成型铣刀、拉刀等;尺寸较小的精密刀具(如小镗刀、小铰刀)也可用硬质合金整体制成。

机夹、可转位硬质合金刀具、镶硬质合金钻头、可转位铣刀等可用合金工具钢，如9SiCr或GCr15等制成刀体。

2、切削部分材料

目前刀具材料分四大类：工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)、硬质合金、陶瓷及超硬刀具材料等。刀具材料的硬度按照由大到小的顺序为：金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、硬质合金刀具、高速钢刀具。刀具材料的抗弯强度按照由大到小的顺序为：高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、合金石刀具和立方氮化硼刀具。各种刀具材料的物理力学性能见以下表格。

下面分别介绍各种刀具材料的组成、性能、使用等的抗弯强度和冲击韧性，以避免刀具材料在切削过程中产生断裂和崩刃。

3、高速钢

高速钢(High Speed Steel，简称HSS)是一种加入较多的钨(W)、锰(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等合金元素的高合金工具钢，有较高的热稳定性，切削温度达500～650℃时仍能进行切削，有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性。其制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，这对于一些形状复杂的工具，如钻头、成形刀具、数控车床拉刀、齿轮刀具等尤为重要，是制造这些刀具的主要材料。高速钢刀具在强度、韧性及工艺性等方面具有优良的综合性能，在复杂大局，尤其是制造孔加工刀具、铣刀、螺纹刀具、拉刀、切齿刀具等一些刃形复杂刀具时，高速钢占据着重要的地位。由于钨(W)、钴(Co)等主要元素的资源紧缺，高速钢刀具在所有刀具材料的比重逐渐下降，今后高速钢的使用比例还将逐渐减少。高速钢刀具的发展方向包括：发展各种少钨(W)的通用型高速钢，扩大使用各种无钴(Co)、少钴(Co)的高性能高速钢，目前，推广使用粉末冶金高速钢(PMHSS)和涂层高速钢。

高速钢的品种繁多：按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢：按化学成分可分为钨系、钨钼系和钼系高速钢;按制造工艺不同，分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。

⑴ 普通高速钢

通用型高速钢约占高速钢总产量的75%～80%。按钨钼的含量可分为钨系、钨钼系两类。这类高速钢碳(C)的质量分数为0.7%～0.9%，钨钼钢中钨(W)的质量分数的不同，可分为12%或18%的钨钢、钨(W)的质量分数为6%或8%的钨钼钢、钨(W)的质量分数为2%或不含钨(W)的钼钢。普通型高速钢具有一定的硬度(63～66HRC)和耐磨性、搞的强度和韧性、良好的塑性和加工工艺性，因此广泛用于制造各种复杂刀具。

① 钨钢 我国长期使用的通用型高速钢中的钨钢，其典型牌号为W18Cr4V，具有较好的综合性能，在600℃时的高温硬度为48.5HRC，可用于制造各种复杂刀具。它具有可磨削性好、脱碳敏感性小等优点，但由于碳化物含量较高、分布较不均匀、颗粒较大、强度和韧性不高，特别是热塑性差，不宜做大截面的刀具。钨钢已很少采用，逐渐淘汰，而由钨钼系高速钢取代。

② 钨钼钢 钨钼钢是指将钨钢中的一部分钨用钼代替所获得的一种高速钢。钨钼钢的典型牌号是W6Mo5Cr4V2(简称M2)。W6Mo5Cr4V2的碳化物颗粒细小均匀，强度、韧性和高温塑性都比W18Cr4V好。其主要缺点是含钒量稍多，磨削加工性比W18Cr4V差，脱碳敏感性大、淬火温度范围较窄。钨钼钢为W9Mo3Cr4V(简称W9)，其热稳定性略高于W6Mo5Cr4V2钢，抗弯强度和韧性都比W6Mo5Cr4V2好，具有良好的可加工性能。这种钢易轧、易锻，热处理范围较宽。脱碳敏感性小、磨削性能较好。此外，我国还开发了W3MO2Cr4Si和W3MO2Cr4SiN等低合金高速钢，其价格比W6Mo5Cr4V2钢便宜15%～20%。

实验证明，用它们制作低、中速切削的刀具、如中心钻、丝锥、小直径麻花钻等，其切削性能不比W6Mo5Cr4V2差。

⑵ 粉末冶金高速钢

普通高速钢和高性能高速钢都是用熔炼方法制成的。粉末冶金高速钢(PMHSS)是将高频感应炉熔炼出的钢液，用高压氩气使之雾化，再急冷得到细小均匀的晶体组织(高速钢粉末)，用此粉末在高温、高压下压制成刀坯，或先制成钢坯再经过锻造、轧制成刀具形状，再通过各种加工而成刀具。与熔融法制造的高速钢相比具有以下有点： ① 粉末冶金高速钢没有碳化物偏析的缺陷，，不论刀具截面尺寸有多大，其碳化物晶粒小且均匀，达2～3μm(一般熔炼为8～20μm)。因此，粉末冶金高速钢具有较高的力学性能，其强度和韧性分别是熔炼钢的2倍和2.5～3倍。

② 与熔炼钢塑钢相比，粉末冶金高速钢的常温度能提高1～1.5HRC，热处理后硬度可达69.5～70HRC，600℃时的高温硬度比熔炼钢高2～3HRC，高温硬度提高尤为显著。由于PMHSS碳化物颗粒均匀，分布的表面积较大，且不易从切削刃上剥落，故PMHSS刀具的耐磨性也提高20%～30%。

③ 由于碳化物细小均匀且含钒量适当提高，PMHSS的可磨削性较好。

④ 由于物理力学性能各向同性，可减少热处理变形和应力。PMHSS适合制造钻头、拉刀、螺纹刀、滚刀、插齿刀等复杂刀具。早粉末冶金高速钢表面进行PVD涂层TiC、TiCN、TiAIN后，切削速度可进一步提高。

4、硬质合金

硬质合金是有硬度和熔点很高的碳化物(称硬质相)和金属(称粘结相)通过粉末冶金工艺制成的。硬质合金刀具中常用的碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等。常用的粘结剂是Co，碳化钛的粘结剂是Mo、Ni。其物理学性能取决于合金的成份。粉末颗粒的粗细以及合金的烧结工艺。由于有搞硬度、搞熔点的性质，常温硬度达89～94HRA，耐热温度达800～1000℃。切削钢时，切削速度可达220m/min左右。假如熔点更高的TaC、NbC，可使耐热温度提高到1000～1100°℃，切削钢时，切削速度进一步提高到200～300m/min。

硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料，如车刀、加工中心端铣刀以至深孔钻等。它制成各种形式的刀片，然后用机械夹紧或用钎焊方式固定在刀具的切削部位上。

硬质合金按晶粒大小可分为普通硬质合金、细晶粒硬质合金和超细硬质合金。按主要化学成分可分为碳化钨基硬质合金和碳(氮)化钛[TiC(N)]基硬质合金。碳化钨基硬质合金包括钨钴类(YG)、钨钴钛(YT)和添加稀有碳化物(YW)三类。

ISO(国际标准化组织)将切削用硬质合金分为三类：

⑴  K类，包括K10～K40,相当于我国的YG类(主要成分为WC—Co)

⑵ P类，包括P01～P50,相当于我国的YT类(主要成分为WC—TiC—Co)

⑶ M类，包括M10～M40,相当于我过的YW类[主要成分为WC—TiC—TaC(NbC)—。

每种中的牌号分别以一个01～50之间的数字表示从高的硬度到最大韧性之间的一系列合金，以供各种背加工材料的不同切削工序加工条件时选用。

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