知识点

刀具的材料

在切削加工中常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金刚石等，其特性如表所示。

常用刀具材料的特性

种类	牌号	硬度	持续切削性能的最高温度/℃	抗弯强度/GPa	工艺性能	用途
碳素工具钢	T8A T10A T12A	60~64HRC (81~83HRA)	~200	2.45~2.75	可冷热加工成型，，工艺性能良好，磨削性好，需热处理	只用于手动刀具，如手动丝锥、板牙、铰刀、锯条、锉刀等
合金工具钢	9CrSi CrWMn等	60~65HRC (81~83HRA)	250~300	2.45~2.75	可冷热加工成型，，工艺性能良好，磨削性好，需热处理	只用于手动或低速机动道具，如丝锥、板牙、拉刀等
高速钢	W18Cr4V W16Mo5Cr4V2AI W10Mo4Cr4V3AI	62~70HRC (82~87HRA)	540~600	2.45~4.41	可冷热加工成形，工艺性能良好需热处理，磨削性好，但高钒类较差	用于各种刀具，特别是形状较复杂的刀具，如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具、丝锥、板牙、刨刀等
硬质合金	钨钴类YG3,YG6,YG8 钨钴钛类YT5,YT15,YT30	89~94HRC	800~1000	0.88~2.45	压制烧结后使用，不能冷热加工，多镶片使用，无需热处理	车刀刀头大部分采用硬质合金，铣刀、钻头、滚刀、丝锥等亦可镶刀片使用。钨钴类可加工铸铁，非铁金属；钨钴钛类加工碳素钢、合金钢、淬硬钢等
陶瓷材料		91~94HRC	>1200	0.441~0.833	压制烧结后使用，不能冷热加工，多镶片使用，无需热处理	多用于车刀，性脆，适于连续切削
立体氮化硼		7300~9000HV			压制烧结而成，可用于金刚石砂轮磨削	用于硬度、强度较高材料的精加工。在空气中达1300℃时仍保持稳定
金刚石		10000HV			用天然金刚石砂轮刃磨困难	用于非铁金属的高精度、小表面化粗糙度切削，700℃~800℃时易碳化

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(碳的质量分数为0.7%~1.2%，如T10A。碳素工具钢淬火后具有较高的硬度，而且价格低廉。但这种材料的耐热性较差，当温度达到200℃时，即失去它原有的硬度，并且淬火时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等合金元素形成的刀具材料(如9SiCr）。由于合金元素的加入，与碳素工具钢相比，其热处理变形有所减小，耐热性也有所提高。

以上两种刀具材料因其耐热性都比较差，所以常用于制造手工工具和一些形状较简单的低速刀具，如锉刀，锯条，铰刀等。

高速钢

高速钢又称为锋钢或风钢，它是含有较多W、Cr、V合金元素的高合金工具钢，如W18Cr4V。与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速钢具有较高的耐热性，温度达600℃时，仍能正常切削，其许用切削速度为30~50m/min，是碳素工具钢的5~6倍，而且它的强度、韧性和工艺性都较好，可广泛用于制造中速切削及形状复杂的刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀、各种齿轮加工工具。

为了提高高速钢的硬度和耐磨性，常采用如下措施来提高其性能。

①在高速钢中增添新的元素。例如，我国制成的铝高速钢，增添了铝元素，使其硬度达70HRC，耐热性超过600℃，被称之为高性能高速钢或超高速钢。

②用粉末冶金法制造的高速钢称为粉末冶金高速钢。它可消除碳化物的偏析并细化晶粒，提高了材料的韧性、硬度，并减小了热处理变形，适用于制造各种高精度刀具。

硬质合金

硬质合金是以高硬度、高熔点的金属碳化物(WC，TiC)为基体，以金属Co、Ni等为黏结剂，用粉末冶金方法制成的一种合金。其硬度为74~82HRC，能耐850℃~1000℃的高温，因此耐磨、耐热性好，许用切削速度是高速钢的6倍，但强度和韧性比高速钢低，工艺性差，因此硬质合金常用于制造形状简单的高速切削刀片，经焊接或机械夹固在车刀、刨刀、面铣铁刀、钻头等刀体(刀杆)上使用。

国产的硬质合金一般分为两大类，一类是由WC和Co组成的钨钴类(YG类)，另一类是WC、TiC和Co组成的钨钴钛类(YT类)

①YG类。YG类硬质合金的韧性较好，但切削韧性材料时，耐磨性较差。因此，它适用于加工铸铁、青铜等胞性材料。常用的牌号有YG3、YG6、YG8等，其中数字表示Co的质量分数。

②YT类。YT类硬质合金比YG类硬度高、耐热性好，在切削韧性材料时的耐磨性较好，但韧性较差，一般适用于加工钢件。常用的牌号有YT5、Ytl5、YT130等，其中数字表示TiC的质量分数。

为了克服常用硬质合金强度和韧性低、脆性大、易崩刃的缺点，常采用如下措施改善其性能。

①调整化学成分。增添少量的碳化钽(TaC)和碳化铌(NbC)，使硬质合金既有高的硬度又有好的韧性。

②细化合金的晶粒。例如，超细品粒硬质合金，硬度可达90~93HRC，抗弯强度可达2.0GPa。

③采用涂层刀片。在韧性较好的硬质合金(如YG类)基体表面，涂敷5~10um厚的一层TiC或TiN，以提高其表层的耐磨性。