刀具材料應(yīng)具備的性能

 

 

刀具在工作過程中，要受到很大的切削壓力、摩擦力和沖擊力，產(chǎn)生很高的切削溫度。刀具在這種高溫、高壓和劇烈的摩擦環(huán)境下工作，采用不適當(dāng)?shù)牟牧蠒?huì)使刀具迅速磨損或破損。因此，刀具材料應(yīng)能滿足一些基本要求。

 

1

高的硬度和良好的耐磨性

硬度是刀具材料應(yīng)具備的基本特性。刀具要從工件上切下切屑，其硬度必然要大于工件材料的硬度。用于切削金屬材料所用的刀具的切削刃的硬度，一般都在60HRC以上。

對(duì)于碳素工具鋼材料，在室溫條件下硬度應(yīng)在62HRC以上；高速鋼硬度為63~70HRC；硬質(zhì)合金刀具硬度為89~93HRC。

耐磨性是刀具材料抵抗磨損的能力。一般來(lái)說，刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。刀具材料金相組織中的硬質(zhì)點(diǎn)（如碳化物、氮化物等）的硬度越高、數(shù)量越多、顆粒越小、分布越均勻，則耐磨性越好。同時(shí)，也和刀具材料的化學(xué)成分、強(qiáng)度、顯微組織及摩擦區(qū)的溫度有關(guān)。

如果考慮到材料的品質(zhì)因素而不考慮摩擦區(qū)溫度及化學(xué)磨損等因素，那么可以采用如下的方法表示材料的耐磨性W_R，即

 

式中：

H——材料硬度，單位為GPa?？梢?，硬度越高，耐磨性越好；

K_IC——材料的斷裂韌度，單位為MPa·m^1/2。K_IC越大，則材料受應(yīng)力引起的斷裂越小，故耐磨性越好；

E——材料的彈性模量，單位為GPa,E值小時(shí)，由于磨粒引起的顯微應(yīng)變，有助于產(chǎn)生較低的應(yīng)力，故耐磨性提高。

 

2

足夠的強(qiáng)度和韌性

要使刀具在受到很大壓力，以及在切削過程中通常要出現(xiàn)的沖擊和振動(dòng)的條件下工作，不產(chǎn)生崩刃和折斷，刀具材料必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性。一般來(lái)說，韌性越高，可以承受的切削力越大。

 

3

高的耐熱性

耐熱性是衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志，通常用高溫下保持高硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的性能來(lái)衡量，也稱為熱硬性。

刀具材料高溫硬度越高，則耐熱性越好，高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強(qiáng)，允許的切削速度越高。

除了高溫硬度，刀具材料還應(yīng)當(dāng)具有在高溫下抗氧化的能力及良好的抗黏結(jié)和抗擴(kuò)散的能力。這種特性稱為化學(xué)穩(wěn)定性。

 

4

良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能

刀具材料的導(dǎo)熱性能越好，切削熱越容易從切削區(qū)域傳導(dǎo)出去，從而降低刀具材料切削部分溫度，減少刀具磨損。

刀具在斷續(xù)切削或使用切削液時(shí)，常受到很大的熱沖擊，因此刀具內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致斷裂。刀具材料抵抗熱沖擊的能力可以用耐熱沖擊系數(shù)R表示，即

 

式中：

λ——導(dǎo)熱系數(shù)

σ_b——抗拉強(qiáng)度

μ——泊松比

E——彈性模量

α——熱膨脹系數(shù)。

 

導(dǎo)熱系數(shù)越大，熱量越容易被傳導(dǎo)出去，從而降低刀具表面的溫度梯度；熱膨脹系數(shù)小，可以減少熱變形；彈性模量小，可以降低因熱膨脹而產(chǎn)生的交變應(yīng)力的幅度。

耐熱沖擊性能好的刀具材料，在切削加工的過程中可以使用切削液。

 

5

良好的工藝性

刀具不但要有良好的切削性能，本身還應(yīng)該易于制造。這要求刀具材料有較好的工藝性能，如鍛造性能、熱處理性能、焊接性能、磨削加工性能、高溫塑性變形等。

 

5

經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性是刀具材料的重要指標(biāo)之一。刀具材料的發(fā)展應(yīng)結(jié)合本國(guó)的資源實(shí)際情況，這具有重大的經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略意義。

有的刀具雖然單件價(jià)格很貴，但是因?yàn)槭褂脡勖荛L(zhǎng)，分?jǐn)偟矫總€(gè)零件上的成本就不一定高。因此，在選用刀具時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)效果。此外，在先進(jìn)加工系統(tǒng)（如切削加工自動(dòng)化系統(tǒng)和柔性制造系統(tǒng)）中，也要求刀具的切削性能穩(wěn)定可靠，有一定的可預(yù)測(cè)性和高度的可靠性。

不同刀具材料的物理力學(xué)性能如表1所列，材料的物理力學(xué)性能不同，其用途也各異。

 

表1 各種刀具材料的物理力學(xué)性能

 

常用的刀具材料可以分為四大類：工具鋼（包括碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼）、硬質(zhì)合金、陶瓷、超硬刀具材料（如金剛石、立方氮化硼）等。碳素工具鋼、合金工具鋼因耐熱性較差，僅用于一些手工工具及切削速度較低的工具；陶瓷、金剛石和立方氮化硼僅用于有限的場(chǎng)合；目前，刀具材料中應(yīng)用最為廣泛的仍是高速鋼和硬質(zhì)合金類普通刀具材料。

 

高速鋼

 

 

高速鋼(High Speed Steel, HSS)是一種含有較多鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)等合金元素的高合金工具鋼。它是美國(guó)機(jī)械工程師泰勒和冶金工程師懷特于1898年發(fā)明的，當(dāng)時(shí)的成分為C 0.67%、W 18.91%、Cr 5.47%、V 0.29%、Mn 0.11%，其余為鐵。它能承受550~600℃的切削溫度，切削一般鋼材可用25~30m/min的切削速度，從而使其加工效率比合金工具鋼提高215倍以上。

高速鋼是綜合性能較好、應(yīng)用范圍最廣的一種刀具材料，具有良好的熱穩(wěn)定性。在500~600℃的高溫仍能切削，和碳素工具鋼、合金工具鋼相比較，切削速度提高1-3倍，刀具耐用度提高10-40倍，甚至更多。因此，它可以加工從有色金屬到高溫合金的范圍廣泛的材料；高速鋼具有較高的強(qiáng)度和韌性，且具有一定的硬度和耐磨性?？箯潖?qiáng)度為一般硬質(zhì)合金的2~3倍，陶瓷的5~6倍，63~70HRC。因此，它適用于各類切削刀具，也可以用于在剛度較差的機(jī)床上進(jìn)行加工；另外，高速鋼刀具的制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，容易刃磨出鋒利的切削刃，能進(jìn)行鍛造加工。這對(duì)制造形狀復(fù)雜的刀具非常重要，故在復(fù)雜刀具（如鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀、齒輪刀具等）的制造中，高速鋼占有重要地位；高速鋼材料性能較硬質(zhì)合金和陶瓷穩(wěn)定，在自動(dòng)機(jī)床上使用較為可靠。

基于以上因素，在各種新型刀具材料不斷出現(xiàn)的形勢(shì)下，高速鋼仍占現(xiàn)用刀具材料的很大比例。但是，由于HSS刀具中W，Co等主要元素的資源緊缺，在世界范圍內(nèi)已日益枯竭，其含量只夠使用40~60年，HSS刀具在所占刀具材料中的比例逐漸下降，正以每年1%~2％的速度縮減。預(yù)計(jì)今后高速鋼的使用比例還將逐漸減少。HSS刀具的發(fā)展方向包括以下幾方面：發(fā)展各種含W量少的通用型高速鋼，擴(kuò)大使用各種無(wú)Co、含Co量少的高性能高速鋼，推廣使用粉末冶金高速鋼（PM HSS)和涂層高速鋼。

按照用途不同，高速鋼可分為通用型高速鋼和高性能高速鋼。按照工藝方法不同，高速鋼又可以分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。

常用的幾種高速鋼的力學(xué)性能如表2所示。

 

表2 常用高速鋼牌號(hào)物理力學(xué)性能

 

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通用型高速鋼

通用型高速鋼應(yīng)用最廣，約占高速鋼總量的75%。通用型高速鋼含碳量為0.7%~0.9%。按照鋼中含鎢量的不同，可以分為含鎢12％或18％的鎢鋼，含鎢6％或8％的鎢鉬系鋼，含鎢2％或不含鎢的鉬鋼。通用型高速鋼刀具的切削速度一般不太高，切削普通鋼料時(shí)一般不高于40~60m/min。

 

（1）鎢鋼

鎢鋼的典型鋼種為W18鋼，W18鋼的優(yōu)點(diǎn)是淬火時(shí)過熱傾向??；因?yàn)楹C量少，因此磨加工性好；由于碳化物含量較高，因此塑性變形抗力較大。此鋼的缺點(diǎn)是碳化物分布常不均勻；強(qiáng)度與韌性不夠強(qiáng)；熱塑性差，不宜制造成大截面刀具。

W18鋼由于上述的缺點(diǎn)等原因，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用逐漸減少，國(guó)外已很少采用。

 

（2）鎢鉬鋼

鎢鉬鋼是將一部分鎢用鉬代替所制成的鋼。如果鎢鉬鋼中的鉬不多于5%，鎢不少于6%，并且滿足[w_W+(1.4~1.5)w_Mo]=12％~13%，則可以保證鉬對(duì)鋼的強(qiáng)度和韌性具有有利影響，而同時(shí)不損害鋼的熱穩(wěn)定性。

鎢鉬鋼的典型鋼種為W6Mo5Cr4V2（簡(jiǎn)稱M2）。此種鋼的優(yōu)點(diǎn)是減小了碳化物數(shù)量及分布的不均勻性，和W18鋼相比，M2抗彎強(qiáng)度提高10％~15%，韌性提高40％以上，而且大截面刀具也具有同樣的強(qiáng)度與韌性，可以制造尺寸較大、承受沖擊力較大的刀具。鎢鉬鋼的熱塑性特別好，磨加工性也很好，是目前各國(guó)使用較多的一種通用型高速鋼。

鎢鉬鋼的熱穩(wěn)定性略低于W18鋼，在較高速度切削時(shí)，切削性能稍遜于W18鋼，而在低速切削時(shí)兩者沒有顯著區(qū)別。

鎢鉬鋼的缺點(diǎn)是熱處理時(shí)脫碳傾向大，較易氧化，淬火溫度范圍窄，高溫切削性能和W18相比稍差。

我國(guó)生產(chǎn)的另一種鎢鉬系鋼為W9Mo3Cr4V1（簡(jiǎn)稱W9），它的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性以及熱穩(wěn)定性都高于M2，而且熱塑性、刀具耐用度、磨削加工性和熱處理時(shí)脫碳傾向性都比M2有所提高。

 

2

高性能高速鋼

高性能高速鋼是在普通高速鋼中增加碳、釩含量并添加鈷、鋁等合金元素而形成的新鋼種，如高碳高速鋼、高釩高速鋼、鈷高速鋼、超硬高速鋼等。

高性能高速鋼按其耐熱性可稱為高熱穩(wěn)定性高速鋼。在630-650℃高溫下，仍可保持60HRC的高硬度，因此具有更好的切削性能，而且刀具耐用度是普通高速鋼的1.5~3倍。它適合加工奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工材料。

這類鋼的缺點(diǎn)是強(qiáng)度與韌性較普通高速鋼低，高釩高速鋼磨削加工性差。

這類鋼的不同牌號(hào)只有在各自規(guī)定的切削條件下使用才可以得到良好的切削性能。各種高性能高速鋼的特點(diǎn)限制了它們只適合在一定范圍內(nèi)使用。

典型的鋼種有高碳高速鋼9W6Mo5Cr4V2、高釩高速鋼W6Mo5Cr4V3、鈷高速鋼W6Mo5Cr4V2Co5及超硬高速鋼W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al等。近年來(lái)，高速鋼鋼種發(fā)展很快，尤其以提高切削效率為目的而發(fā)展起來(lái)的高性能高速鋼，國(guó)外高性能高速鋼的使用比例已超過20%~30%，與傳統(tǒng)的W18Cr4V對(duì)應(yīng)的高速鋼已基本被淘汰，取而代之的是以含鈷高速鋼和高釩鋼。國(guó)內(nèi)高性能高速鋼的使用僅占高速鋼使用總量的3%~5%。

 

（1）W2Mo9Cr4VCo8（簡(jiǎn)稱M42）

這是一種應(yīng)用最為廣泛的含鈷超硬高速鋼，具有良好的綜合性能，硬度可達(dá)67~70HRC，600℃時(shí)的高溫硬度為55HRC，因此允許較高的切削速度。這種鋼有一定的韌性，同時(shí)含釩量不高，故磨加工性好；含鈷有利于提高鋼的回火硬度，有利于提高鋼的導(dǎo)熱率，并降低摩擦系數(shù)。使用該鋼制作的刀具在加工耐熱合金、不銹鋼時(shí)，耐用度比W18和M2鋼有顯著提高。被加工材料的硬度越大，效果越顯著。

此種鋼由于含鈷較多，因此價(jià)格較貴。

 

（2）W6Mo5Cr4V2Al（簡(jiǎn)稱501）

這是一種含鋁的超硬高速鋼，是我國(guó)立足國(guó)情獨(dú)創(chuàng)的高性能高速鋼。鋁能提高鎢、鉬等元素在鋼中的溶解度，并可阻止晶粒長(zhǎng)大。因此，鋁高速鋼具有較高的高溫硬度、熱塑性和韌性。鋁在切削溫度的影響下可以在刀具表面形成氧化鋁薄膜，減少與切屑的摩擦和黏結(jié)。鋁高速鋼具有優(yōu)良的切削性能。

此種鋼的熱處理工藝要求較嚴(yán)格。

3

粉末冶金高速鋼

粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮?dú)忪F化熔融的高速鋼鋼水，直接得到細(xì)小的高速鋼粉末，然后將這種粉末在高溫高壓下制成致密的鋼坯，最后將鋼坯鍛軋制成鋼材或刀具的一種高速鋼。粉末冶金高速鋼在20世紀(jì)60年代由瑞典首先研制成功，20世紀(jì)70年代國(guó)產(chǎn)的粉末冶金高速鋼就開始試用。

采用粉末冶金法制造的高速鋼有以下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)碳化物偏析，提高鋼的強(qiáng)度、韌性和硬度，硬度值達(dá)69~70HRC；保證材料各向同性，減小熱處理內(nèi)應(yīng)力和變形；磨削加工性好，磨削效率比熔煉高速鋼提高2~3倍；耐磨性好，可提高20%~30%。

此類鋼適于制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滾刀和插齒刀），精密刀具和磨加工量大的復(fù)雜刀具。

 

硬質(zhì)合金

 

 

隨著工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，高速鋼刀具已不能滿足人們對(duì)高效率加工、高質(zhì)量加工和各種難加工材料的加工要求。因而，在20世紀(jì)20年代到30年代，人們發(fā)明了鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金。其常溫硬質(zhì)高達(dá)89~93HRA，能承受800~900℃以上的切削溫度，切削速度可達(dá)100m/min，切削效率為高速鋼的5~10倍，故在全世界硬質(zhì)合金的產(chǎn)量增長(zhǎng)極快，現(xiàn)在已成為主要的刀具材料之一。硬質(zhì)合金刀具更是數(shù)控加工刀具的主導(dǎo)產(chǎn)品，有的國(guó)家90％以上的車刀、55％以上的銑刀都采用了硬質(zhì)合金制造，而且這種趨勢(shì)還在增加。

 

1

硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)

硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物（如TiC、WC、TaC、NbC等）和金屬黏結(jié)劑（如Co、Ni等）經(jīng)粉末冶金方法制成。硬質(zhì)合金刀具的性能特點(diǎn)如下。

 

（1）高硬度

硬質(zhì)合金中高熔點(diǎn)、高硬度碳化物含量高，因此硬質(zhì)合金常溫硬度很高。常用硬質(zhì)合金的硬度為89~93HRA，遠(yuǎn)高于高速鋼，在540℃時(shí)硬度仍可達(dá)到82~87HRA，相當(dāng)于高速鋼常溫時(shí)的硬度(83~86HRA)。硬質(zhì)合金的硬度值隨碳化物的種類、數(shù)量、粉末顆粒的粗細(xì)和黏結(jié)劑的含量決定。碳化物的硬度和熔點(diǎn)越高，硬質(zhì)合金的熱硬性也越好；黏結(jié)劑含量較高時(shí)，則硬度較低；碳化物粉末越細(xì)，而黏結(jié)劑含量一定，則硬度高。

 

（2）抗彎強(qiáng)度和韌性

常用硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度為0.9~1.5GPa，比高速鋼的強(qiáng)度低得多，只有高速鋼的1/3~1/2，沖擊韌度也較差，只有高速鋼的1/30~1/8。因此，硬質(zhì)合金刀具不像高速鋼那樣能夠承受大的切削振動(dòng)和沖擊負(fù)荷。黏結(jié)劑含量較高時(shí)，則抗彎強(qiáng)度較高，但硬度卻較低。

 

（3）導(dǎo)熱系數(shù)

由于TiC的導(dǎo)熱系數(shù)低于WC，所以WC-TiC-Co合金導(dǎo)熱系數(shù)比WC-Co合金低，并隨著TiC含量的增加而下降。

 

（4）熱膨脹系數(shù)

硬質(zhì)合金的熱膨脹系數(shù)比高速鋼小得多。WC-TiC-Co合金的線膨脹系數(shù)大于WC-Co合金，并隨著TiC含量的增加而增大。

 

（5）抗冷焊性

硬質(zhì)合金與鋼發(fā)生冷焊的溫度高于高速鋼，WC-TiC-Co合金與鋼發(fā)生冷焊的溫度高于WC-Co合金。

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切削工具用硬質(zhì)合金的分類及牌號(hào)表示規(guī)則

（1）分類

切削工具用硬質(zhì)合金牌號(hào)按使用領(lǐng)域的不同分成P、M、K、N、S、H六類，如表3所列。各個(gè)類別為滿足不同的使用要求，以及根據(jù)切削工具用硬質(zhì)合金材料的耐磨性和韌性的不同，分成若干個(gè)組，用01、10、20等兩位數(shù)字表示組號(hào)。必要時(shí)，可在兩個(gè)組號(hào)之間插入一個(gè)補(bǔ)充組號(hào)，用05、15、25等表示。

 

表3 切削工具用硬質(zhì)合金分類

類別	使用領(lǐng)域
P	長(zhǎng)切屑材料的加工，如鋼、鑄鋼、長(zhǎng)切屑可鍛鑄鐵等的加工
M	通用合金，用于不銹鋼、鑄鋼、錳鋼、可鍛鑄鐵、合金鋼、合金鑄鐵等的加工
K	短切屑材料的加工，如鑄鐵、冷硬鑄鐵、短切屑可鍛鑄鐵、灰口鑄鐵等的加工
N	有色金屬、非金屬材料的加工，如鋁、鎂、塑料、木材等的加工
S	耐熱和優(yōu)質(zhì)合金材料的加工，如耐熱鋼，含鎳、鈷、鈦的各類合金材料的加工
H	硬切削材料的加工，如淬硬鋼、冷硬鑄鐵等材料的加工

 

（2）牌號(hào)表示規(guī)則

①按硬質(zhì)合金的成分來(lái)表示

②按硬質(zhì)合金的特性來(lái)表示

 

 

3

硬質(zhì)合金各級(jí)別的基本成分及力學(xué)性能要求

表4所列為切削工具用硬質(zhì)合金各組別的基本成分及力學(xué)性能要求（摘自GB/T 18376.1-2008）。

 

表4 硬質(zhì)合金基本力學(xué)性能要求

 

4

常用硬質(zhì)合金及其性能

ISO將切削用硬質(zhì)合金分為三類。

K類：主要成分為WC-Co，相當(dāng)于我國(guó)的YG類，用于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬材料。

P類：主要成分為WC-TiC-Co，相當(dāng)于我國(guó)的YT類，用于加工長(zhǎng)切屑的黑色金屬。

M類：主要成分為WC-TiC-TaC(NbC)-Co，相當(dāng)于我國(guó)的YW類，用于加工長(zhǎng)或短切屑的黑色金屬和有色金屬。

 

（1）鎢鈷類(WC+Co)

合金代號(hào)為YG，對(duì)應(yīng)于國(guó)標(biāo)K類。這類合金由WC和Co組成，我國(guó)生產(chǎn)的常用牌號(hào)有YG3X、YG6X、YG6、YG8等，數(shù)字表示Co的百分含量，X表示細(xì)晶粒。YG類硬質(zhì)合金有粗晶粒、中晶粒、細(xì)晶粒之分。一般硬質(zhì)合金(如YG6、YG8)均為中晶粒。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金（如YG3X、YG6X）在含鈷量相同時(shí)比中晶粒的硬度和耐磨性要高一些，但抗彎強(qiáng)度和韌性則要低一些。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金適用于加工一些特殊的硬鑄鐵、奧氏體不銹鋼、耐熱合金、鈦合金、硬青銅、硬的耐磨的絕緣材料等。超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的WC晶粒在0.2~1μm，大部分在0.5μm以下，由于硬質(zhì)相和黏結(jié)相高度分散，增加了黏結(jié)面積，在適當(dāng)增加鈷含量的情況下，能在較高硬度時(shí)獲得很高的抗彎強(qiáng)度。

此合金鈷含量越高，韌性越好，適用于粗加工，鈷含量低，適用于精加工。此類合金韌性、磨削性、導(dǎo)熱性較好，較適用于加工產(chǎn)生崩碎切屑、有沖擊性切削力作用在刃口附近的脆性材料，主要用于加工鑄鐵、青銅等脆性材料，不適合加工鋼料，因?yàn)樵?/span>640℃時(shí)發(fā)生嚴(yán)重黏結(jié)，使刀具磨損，耐用度下降。

 

（2）鎢鈦鈷類(WC+TiC+Co)

合金代號(hào)為YT，對(duì)應(yīng)于國(guó)標(biāo)P類。這類合金中的硬質(zhì)相除WC外，還含有5%~30%的TiC。常用牌號(hào)有YT5、YT14、YT15及YT30，TiC的含量分別為5%、14%、15%、30%，相應(yīng)的鈷含量為10%、8%、6%、4%。

此類合金有較高的硬度和耐熱性，它的硬度為89.5~92.5HRA，抗彎強(qiáng)度為0.9~1.4GPa。主要用于加工切屑呈帶狀的鋼件等塑性材料。合金中TiC含量高，則耐磨性和耐熱性提高，但強(qiáng)度降低。因此，粗加工一般選擇TiC含量少的牌號(hào)，精加工選擇TiC含量多的牌號(hào)。主要用于加工鋼材及有色金屬，一般不用于加工含Ti的材料，因?yàn)楹辖鹬械拟伋煞峙c加工材料中的鈦元素之間的親和力會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的黏刀現(xiàn)象，使刀具磨損較快。

 

（3）鎢鈦鉭（鈮）鈷類[WC+TiC+TaC(Nb)+Co]

合金代號(hào)為YW，對(duì)應(yīng)于國(guó)標(biāo)M類。這是在上述硬質(zhì)合金成分中加入一定數(shù)量的TaC(Nb)，常用的牌號(hào)有YW1和YW2。在YT類硬質(zhì)合金成分中加入一定數(shù)量的TaC(Nb)可提高其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和沖擊韌度，提高合金的高溫硬度和高溫強(qiáng)度，提高抗氧化能力和耐磨性。

此類硬質(zhì)合金不但適用于加工冷硬鑄鐵、有色金屬及合金半精加工，也能用于高錳鋼、淬火鋼、合金鋼及耐熱合金鋼的半精加工和精加工，被稱為通用硬質(zhì)合金。這類合金如適當(dāng)增加含鈷量，強(qiáng)度可很高，能承受機(jī)械振動(dòng)和由于溫度周期性變化而引起的熱沖擊，可用于斷續(xù)切削。

以上三類硬質(zhì)合金的主要成分都是WC，故可統(tǒng)稱為WC基硬質(zhì)合金。

 

（4）TiC(N)基類(WC+TiC+Ni+Mo)

合金代號(hào)YN，TiC(N)基硬質(zhì)合金是以TiC為主要成分（有些加入了其他碳化物和氮化物）的TiC-Ni-Mo合金。此類合金硬度很高，為90~94HRA，達(dá)到了陶瓷的水平，有很高的耐磨性和抗月牙洼磨損能力，有較高的耐熱性和抗氧化能力，化學(xué)穩(wěn)定性好，與工作材料的親和力小，摩擦系數(shù)較小，抗黏結(jié)能力強(qiáng)，因此刀具耐用度可比WC基硬質(zhì)合金提高幾倍。

TiC(N)基類硬質(zhì)合金一般用于精加工和半精加工，對(duì)于又大又長(zhǎng)或加工精度較高的零件尤其適合，但不適于有沖擊載荷的粗加工和低速切削。

 

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新型硬質(zhì)合金

（1）細(xì)晶粒、超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金

普通硬質(zhì)合金中WC粒度為幾個(gè)微米，細(xì)晶粒合金平均粒度在1.5μm左右。超細(xì)晶粒合金粒度在0.2~1μm，其中絕大多數(shù)在0.5μm以下。

細(xì)晶粒合金中由于硬質(zhì)相和黏結(jié)相高度分散，增加了黏結(jié)面積，提高了黏結(jié)強(qiáng)度。因此，其硬度與強(qiáng)度都比同樣成分的合金高，硬度提高1.5~2HRA，抗彎強(qiáng)度提高0.6~0.8GPa，而且高溫硬度也能提高一些，可減少中低速切削時(shí)產(chǎn)生的崩刃現(xiàn)象。

在超細(xì)晶粒合金生產(chǎn)過程中，除必須使用細(xì)的WC粉末外，還應(yīng)添加微量抑制劑，以控制晶粒長(zhǎng)大，并采用先進(jìn)燒結(jié)工藝，成本較高。超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金多用于YG類合金，它的硬度和耐磨性得到較大提高，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度也得到提高，已接近高速鋼。適合做小尺寸銑刀、鉆頭等，并可用于加工高硬度難加工材料。

 

（2）涂層硬質(zhì)合金

涂層硬質(zhì)合金刀具是硬質(zhì)合金刀具材料應(yīng)用的又一大發(fā)展。它將韌性材料和耐磨材料通過涂層有機(jī)結(jié)合在一起，從而改變了硬質(zhì)合金刀片的綜合力學(xué)性能，使其使用壽命提高了2~5倍。它的發(fā)展相當(dāng)迅速，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，其使用量已占硬質(zhì)合金刀具材料使用總量1/2以上。我國(guó)目前正在積極發(fā)展此類刀具，已有CN15、1N25、CN35、CN16、CN26等涂層硬質(zhì)合金刀片在生產(chǎn)中應(yīng)用。

 

（3）高速鋼基硬質(zhì)合金

以TiC或WC為硬質(zhì)相（占30％~40%)，以高速鋼為黏結(jié)相（占70％~60%），用粉末冶金方法制成，其性能介于高速鋼和硬質(zhì)合金之間，能夠鍛造、切削加工、熱處理和焊接，常溫硬度為70~75HRC，耐磨性比高速鋼提高6~7倍?？捎脕?lái)制造鉆頭、銑刀、拉刀、滾刀等復(fù)雜刀具，加工不銹鋼、耐熱鋼和有色金屬。高速鋼基硬質(zhì)合金導(dǎo)熱性差，容易過熱，高溫性能比硬質(zhì)合金差，切削時(shí)要求充分冷卻，不適于高速切削。

 

刀具材料的選用原則

 

 

1、普通材料工件加工時(shí)，一般選用普通高速鋼和硬質(zhì)合金；加工難加工材料時(shí)可選用高性能和新型刀具材料牌號(hào)。只有在加工高硬材料或精密加工中常規(guī)刀具材料不能滿足加工精度要求時(shí)，才考慮用CBN和PCD刀片。

 

2、任何刀具材料在強(qiáng)度、成分和硬度、耐磨性之間是難以完全兼顧的，在選擇刀具材料牌號(hào)時(shí)，可根據(jù)工件材料切削加工性和加工條件，通常先考慮耐磨性，崩刃問題盡可能用刀具合理幾何參數(shù)解決。只有因刀具材料脆性太大造成崩刃，才考慮降低耐磨性要求，選用強(qiáng)度和韌性較好的牌號(hào)。一般情況下，低速切削時(shí)，切削過程不平穩(wěn)，容易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，宜選用強(qiáng)度和韌性好的刀具材料牌號(hào)；高速切削時(shí)，切削溫度對(duì)刀具材料的磨損影響最大，應(yīng)選擇耐用消費(fèi)品磨性好的刀具材料牌號(hào)。