刀具材料是指刀具切削部分的材料。金属切削时,刀具切削部分直接和工件及切屑相接触,承受着很大的切削压力和冲击力,并受到工件及切屑的剧烈摩擦,产生很高的切削温度。刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此,刀具材料应具备高硬度、足够的强度和韧性、高耐磨性和耐热性、良好的导热性、良好的工艺性和经济性,以及化学稳定性等基本性能。
1.高速工具钢(HighSpeedSteel,HSS)
高速工具钢(简称高速钢)是一种含钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等合金元素较多的工具钢。高速钢刀具制造简单,刃磨方便,容易通过刃磨得到锋利的刃口,它具有较好的力学性能和良好的工艺性,可以承受较大的切削力和冲击。高速钢的品种繁多,按切削性能可以分为普通高速钢和高性能高速钢;按化学成分可以分为钨系、钨钼系和钼系高速钢;按制造工艺不同,可以分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。
(1)普通高速钢 国内外使用最多的高速钢是W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V(钨钼系)及W18Cr4V(W18钨系)钢,含碳量为0.7%~0.9%(质量分数),硬度为63~66HRC,不适应于高速和硬材料切削。但由于金属钨的价格较高,国内外已较少采用钨系高速钢,较多采用钨钼系高速钢。
(2)高性能高速钢 高性能高速钢指在普通高速钢中加入一些合金,如钴(Co)、铝(Al)等,使其耐热性、耐磨性又有进一步提高,热稳定性高。但其综合性能不如普通高速钢,不同牌号只有在各自规定的切削条件下,才能达到良好的加工效果。
(3)粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢是20世纪60年代出现的新型高速钢,可以避免熔炼钢产生的碳化物偏析。其强度、韧性比熔炼钢有很大提高,可用于加工超高强度钢、不锈钢、钛合金等难加工材料,可用于制造大型拉刀和齿轮刀具,特别是切削时受冲击载荷的刀具效果更好。
2.硬质合金(CementedCarbide)
硬质合金是用高硬度、难熔的金属化合物(碳化钨WC、碳化钛TiC等)微米数量级的粉末与钴、钼、镍(Ni)等金属黏结剂,高压压制成形后再经高温烧结而成的粉末冶金制品。其高温碳化物的含量超过高速钢,具有硬度高(大于89HRC)、熔点高、化学稳定性好、热稳定性好等特点,但其韧性差,脆性大,承受冲击和振动的能力差。其切削效率是高速钢刀具的5~10倍,切削线速度可达220m/min,硬质合金是现在应用范围最广的刀具材料。(www.xing528.com)
(1)普通硬质合金 常用的有WC+Co类和TiC+WC+Co类。
1)WC+Co类(YG):常用的牌号有YG3[1]、YG3X(K01)、YG6(K20)、YG6X(K10)、YG8(K30)等。数字表示钴(Co)的质量百分比含量,此类硬质合金强度好,硬度和耐磨性较差,主要用于加工铸铁及有色金属。钴的含量越高,韧性越好,适合粗加工;钴含量少的用于精加工。
2)TiC+WC+Co类(YT):常用的牌号有YT5(P30)、YT14、YT15(P10)、YT30(P01)等。此类硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都明显提高,但韧性、抗冲击振动性差,主要用于加工钢材。TiC含量多,钴含量少,耐磨性好,适合精加工;TiC含量少,钴含量多,承受冲击能力好,适合粗加工。
(2)新型硬质合金 在上述两类硬质合金的基础上,添加某些金属的碳化物可以使其性能提高。如在YG(K)类中添加碳化钽(TaC)或碳化铌(NbC),即TiC+WC+TaC(NbC)+Co,可以细化颗粒,提高硬度和耐磨性,而韧性不变,还可以提高合金的高温硬度、高温强度和抗氧化能力,如YG6A、YG8N、YG8P3等。在YT(P)类中添加合金,可以提高抗弯强度、冲击韧性、耐热性、耐磨性及高温强度、抗氧化能力等。既可以用于加工钢材,又可以加工铸铁和有色金属,被称为通用合金[代号TW(M)]。此外,还有TiC(或TiN)基硬质合金(又称金属陶瓷)、超细晶粒硬质合金(如YS2、YM051、YG610、YG643)等。硬质合金的分类、用途、性能、代号以及与旧牌号的对照见表2-1。
表2-1 硬质合金的分类、用途、性能、代号以及与旧牌号的对照
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