常用刀具材料优化为：常用刀具材料介绍

刀具材料中使用最广泛的是高速钢和硬质合金，主要有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。碳素工具钢（如T10A、T12A）及合金工具钢（如9SiCr、CrWMn）因耐热性较差，通常仅用于手动刀具和切削速度较低的刀具。陶瓷、金刚石、立方氮化硼虽然性能好，由于成本较高，经济性差，目前并没有广泛使用。常用刀具材料的分类及特性见表3.1。

表3.1　常用刀具材料的分类及特性

续表

（1）碳素工具钢与合金工具钢

碳素工具钢是含碳量最高的优质钢（通常含碳量的质量百分数在0.7%~1.2%），如T10A。碳素工具钢淬火后具有较高硬度，而且价格低廉。但这种材料的最大缺点是热硬性差，当温度达到200℃时，即不能保持原来的硬度，并且淬火后容易产生变形和裂纹。

合金工具钢是在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等合金元素组成的刀具材料（如9SiCr）。与碳素工具钢相比，合金工具钢的热硬性有所改善，淬火后的变形也较小。

上述两种刀具材料的耐热性都比较差，所以常用在制造手动刀具和一些形状较简单的低速切削环境的刀具，如锉刀、锯条和手用铰刀等。

（2）高速钢

高速钢又称锋钢或风钢，是含有W、Mo、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。它所允许的切削速度比碳素工具钢及合金工具钢高1~3倍，故称为高速钢。高速钢具有较高的耐热性，在500~650℃时仍能切削。高速钢还具有高的强度、硬度（62~70HRC）和耐磨性，另外，其热处理变形小、能锻易磨，是一种综合性能好、应用最广泛的刀具材料。特别适合制造结构复杂的成形刀具、钻头、滚刀、剃齿刀、拉刀和螺纹刀具等。由于高速钢的硬度、耐磨性、耐热性不及硬质合金，因此只适于制造中、低速切削的各种刀具。高速钢分两大类：普通高速钢和高性能高速钢，常用高速钢的化学成分、性能和用途见表3.2。切削一般材料可选用普通高速钢，其中W18Cr4V过去国内用得多，目前国内外大量使用的是W6Mo5Cr4V2；切削难加工材料时可选用高性能高速钢。

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（3）硬质合金

硬质合金是由高硬度的难熔金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）和金属黏结剂（如Co、Ni、Mo等）经高温高压的粉末冶金烧结方法制成的。硬质合金的硬度特别是高温硬度、耐磨性、耐热性都高于高速钢，硬质合金的常温硬度可达89~94HRA，在800~1 000℃时仍能进行切削。硬质合金的切削性能优于高速钢，刀具耐用度也比高速钢高几倍到几十倍，在相同耐用度时，切削速度可提高4~10倍。但硬质合金较脆，抗弯强度低，韧性也很低。

硬质合金的种类很多，ISO组织将切削用硬质合金分为K、P、M三类，分别大致对应国内常见的有钨钴类（YG）、钨钛钴类（YT）、稀有金属碳化物类（YW）。

硬质合金的代号里，Y表示硬质合金；G代表钴，其后数字表示合金中的钴含量；T表示钛，其后数字表示合金中TiC的含量；W表示通用合金。

其中，YG类—般用于切削铸铁等脆性材料和有色金属及其合金，也适于加工不锈钢、高温合金、钛合金等难加工材料；常用牌号有YG3、YG6、YG6X、YG8。精加工可用YG3，半精加工选用YG6、YG6X，粗加工宜用YG8。

YT类一般用于连续切削塑性金属材料，如普通碳钢、合金钢等。但不宜用于加工含钛的不锈钢和钛合金，因为硬质合金中的钛元素和工件材料中的钛元素之间易发生亲和作用，会加速刀具的磨损。常用牌号有YT5、YT14、YT15、YT30。精加工可用YT30，半精加工选用YT14、YT15，粗加工宜用YT5。

YW类主要用于难切削材料的加工。

硬质合金中含Co量增多，WC、TiC含量减少时，抗弯强度和冲击韧性提高，适用于粗加工；含Co量减少，WC、TiC增加时，其硬度、耐磨性及耐热性提高，强度及韧性降低，适用于精加工；所以新型的镍钼钛类（YN类）硬质合金含碳量较低，但TiC含量可达60%以上。

（4）其他刀具材料

①陶瓷。陶瓷是以氧化铝（Al2O3）或以氮化硅（Si3 N4）为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。陶瓷刀具比硬质合金具有更高的硬度和耐热性，在1 200℃的温度下仍能切削，切削速度更高，并可切削难加工的高硬度材料。它的主要缺点是性脆，抗冲击韧性差，抗弯强度低。

②金刚石。天然金刚石是自然界最硬的材料。耐磨性极好，但价格昂贵，主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜等。人造金刚石是除天然金刚石外最硬的材料，多用于有色金属及非金属材料的超精加工以及作磨料用。金刚石是碳的同素异形体，与碳极易发生亲和反应，故金刚石刀具不能用来加工含有碳的黑色金属。

③立方氮化硼。立方氮化硼刀具硬度与耐磨性仅次于金刚石。它的耐热性可达1 300℃以上，化学稳定性很高，在高温下与大多数铁族金属都不起化学反应，一般用于高硬度和难加工材料的高速精加工。