高温下的刀具材料选取与应用

在切削加工时，刀具材料要在高温条件下承受较大的切削力、摩擦、冲击、振动。为了保证零件的加工精度和刀具寿命，刀具材料必须具有特殊的综合性能。

1.对刀具材料的基本要求

1）较高的硬度（大于60HRC以上）。

2）足够的强度和韧性（承受切削力，冲击、振动、不变形等）。

3）较好的耐磨性（抵抗磨损，耐用）。

4）较高的耐热性（在高温下保持较高的硬度，又称为红硬性）。

5）较好的工艺性（便于制造成各种复杂成形刀具）。

6）成本低，来源广。

2.常用的刀具材料(www.xing528.com)

1）碳素工具钢是碳的质量分数为0.65%～1.35%的优质碳素钢，常用钢号有T7A、T8A、T10A、T12A等。其特点是：工艺性能良好，经适当热处理，硬度可达60～64HRC，有较高的耐磨性，价格低廉。但热硬性差，在200～300℃时硬度开始降低，故允许的切削速度较低（5～10m/min）。其主要用于制造手用刀具、低速及小进给量的机用刀具，如丝锥、锉刀、锯条等。

2）合金工具钢：9SiCr、CrWMn。其特点是：合金工具钢是在碳素工具钢中加入适当的合金元素铬（Cr）、硅（Si）、钨（W）、锰（Mn）、钒（V）等炼制而成的（合金元素总含量不超过5%），提高了淬透性和回火稳定性，从而提高了刀具材料的韧性、耐磨性和耐热性。其耐热性达325～400℃，所以切削速度（10～15m/min）比碳素工具钢提高了。其主要用于制造细长的或截面积大、刃形复杂的刀具，如铰刀、丝锥和板牙等。

3）高速钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。与碳素工具钢、合金工具钢相比，高速钢的热硬性很高，在切削温度高达500～650℃时，仍能保持60HRC的高硬度，因此允许切削速度可提高1～2倍（25～30m/min）。同时，高速钢还具有较高的耐磨性以及较高的强度和韧性。高速钢仍是世界各国制造复杂、精密和成形刀具的基本材料，是应用最广泛的刀具材料之一，如车刀、滚刀、麻花钻、铣刀等。

高性能高速钢是在普通高速钢成分中再添加一些C、V、Co（钴）、Al（铝）等合金元素，进一步提高耐热性和耐磨性。这类高速钢刀具的寿命为普通高速钢的1.5～3倍。其主要用于加工不锈钢、耐热钢、钛合金及高强度钢等难加工材料。

4）硬质合金：粗加工用YG6、YG8、YT5；精加工用YT15、YT30。能耐1000℃高温，耐磨性好。硬质合金是将一些难熔的、高硬度的合金碳化物微米数量级粉末与金属粘结剂按粉末冶金工艺制成的刀具材料。常用的合金碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等，常用的粘结剂有Co、Mo、Ni等。硬质合金具有高硬度、高熔点和化学稳定性好等特点。因此，硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性均超过高速钢，其缺点是抗弯强度低，冲击韧性差；由于硬质合金的常温硬度很高，很难采用切削加工方法制造出复杂的形状结构，故可加工性差。硬质合金的性能取决于化学成分、碳化物粉末粗细及其烧结工艺。

5）陶瓷：Al₂O₃、Al₂O₃-TiC、Si₃ N₄；用做车刀（高速）。特点：热硬性好，耐磨、抗弯性差，易碎。陶瓷材料是以氧化铝为主要成分在高温下烧结而成的。优点是有很高的硬度和耐磨性；有很好的耐热性，在1200℃高温下仍能进行切削；有很好的化学稳定性和较低的摩擦因数，抗扩散和抗粘结能力强。缺点是强度低、韧性差，抗弯强度仅为硬质合金的1/3～1/2；热导率低，仅为硬质合金的1/5～1/2。其主要用于钢、铸铁及塑性大的材料（如纯铜）的半精加工和精加工，对于冷硬铸铁、淬硬钢等高硬度材料加工特别有效；但不适于机械冲击和热冲击大的加工场合。

6）立方氮化硼：CBN；如车刀、铣刀（中高速）。特点：热硬性强，可耐1500℃高温，与铁亲和力小。

7）人造金刚石：如车刀、铣刀、砂轮等。特点：热硬性好。