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1、YCF正版可修改PPT（中职）金属切削原理与刀具第二章教学课件第二章第二章 刀具材料刀具材料第一节第一节 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能第二节第二节 常见刀具材料常见刀具材料第三节第三节 其他刀具材料其他刀具材料第一节第一节 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能 一、硬度、耐磨性和耐热性一、硬度、耐磨性和耐热性刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削以上。刀具材料越硬，
2、其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。织的稳定性。二、足够的强度和韧性二、足够的强度和韧性这是满足刀刃在承受重载荷及机械冲击时不致破损的需要。这是满足刀刃在承受重载荷及机械冲击时不致破损的需要。切削时，刀具切削部分要承受很大的切削力、冲击和振动，切削时，刀具切削部分要承受很大的切削力、冲击和振动，为避免崩刃和折断，刀具材料应具有为避免崩刃和折断，刀具材料应具有足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。下-页 返回第一节第一节 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能三、良好的工艺性能和经济性三、良好
3、的工艺性能和经济性这是为了便于使用和推广的需要。刀具材料具有良好的工艺这是为了便于使用和推广的需要。刀具材料具有良好的工艺性能，可以进行锻、轧、焊接、切削加工和磨削、热处理等，性能，可以进行锻、轧、焊接、切削加工和磨削、热处理等，方便制造加工，满足各种加工的需要。方便制造加工，满足各种加工的需要。四、良好的导热性和较小的膨胀系数四、良好的导热性和较小的膨胀系数这是提高加工精度的需要。在其他条件相同的情况下，刀具这是提高加工精度的需要。在其他条件相同的情况下，刀具材料的导热系数越大，则由刀具传出的热量越多，有利于降材料的导热系数越大，则由刀具传出的热量越多，有利于降低切削温度、提高刀具耐用度。低
4、切削温度、提高刀具耐用度。五、稳定的化学性能和良好的抗猫结性能五、稳定的化学性能和良好的抗猫结性能这是提高刀具抗化学磨损的需要。刀具材料的化学性能稳定，这是提高刀具抗化学磨损的需要。刀具材料的化学性能稳定，在高温、高压下，才能保持良好的抗扩散、抗氧化的能力。在高温、高压下，才能保持良好的抗扩散、抗氧化的能力。上-页 返回第二节第二节 常见刀具材料常见刀具材料 一、高速钢一、高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高高速钢是一种加入了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高
5、的。材料中最高的。1.高速钢的特点高速钢的特点高速钢是加入了高速钢是加入了W,Mo,Cr,V等合金元素的高合金工具钢，等合金元素的高合金工具钢，其合金元素其合金元素W,Mo,Cr,V等与等与C化合形成高硬度的碳化物，使化合形成高硬度的碳化物，使高速钢步埔书独子的耐磨高速钢步埔书独子的耐磨J性。性。W和和C的原子鬓洽力很强，提的原子鬓洽力很强，提高了马氏体受热时的高了马氏体受热时的;封脾稳定性，使钢在封脾稳定性，使钢在550一一600时仍能保持高硬度，增加了钢的热硬性。时仍能保持高硬度，增加了钢的热硬性。Mo的作用与的作用与W基基本相同，并能细化碳化物晶粒，提高钢中碳化物的均匀性，本相同，并能细
6、化碳化物晶粒，提高钢中碳化物的均匀性，下-页 返回第二节第二节 常见刀具材料常见刀具材料从而提高钢的韧性。从而提高钢的韧性。V与与C的结合力比的结合力比W的更强，以稳定的的更强，以稳定的VC形式存在，且形式存在，且VC晶粒细小，分布均匀，硬度很高，晶粒细小，分布均匀，硬度很高，V使使钢的热硬性提高的作用比钢的热硬性提高的作用比W哪虽烈。哪虽烈。W和和V的碳化物在高温的碳化物在高温时有力地起到阻止晶粒长大的作用。时有力地起到阻止晶粒长大的作用。2.高速钢的种类高速钢的种类高速钢根据切削性能，可分为普通高速钢和高性能高速钢高速钢根据切削性能，可分为普通高速钢和高性能高速钢;根根据化学成分，可分为钨
7、系、钨钥系和钥系高速钢据化学成分，可分为钨系、钨钥系和钥系高速钢;根据制造方根据制造方法，可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。法，可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。(1)普通高速钢普通高速钢工艺性能好，切削性能可满足一般普通高速钢普通高速钢工艺性能好，切削性能可满足一般工程材料的常规加工要求。工程材料的常规加工要求。上-页 下-页 返回第二节第二节 常见刀具材料常见刀具材料(2)高性能高速钢高性能高速钢是在普通型高速钢中增加高性能高速钢高性能高速钢是在普通型高速钢中增加C,V，添加，添加Co,Al等合金元素的新钢种。其常温硬度可达等合金元素的新钢种。其常温硬度可达67一一70HRC，耐磨性和耐热
8、性有显著提高，能用于不锈钢、耐，耐磨性和耐热性有显著提高，能用于不锈钢、耐热钢和高强度钢等难加工材料的切削加工。热钢和高强度钢等难加工材料的切削加工。(3)冶金高速钢粉末冶金高速钢是把高频感应炉熔炼好的高冶金高速钢粉末冶金高速钢是把高频感应炉熔炼好的高速钢钢水置于保护气罐中，用高压隋性汽体速钢钢水置于保护气罐中，用高压隋性汽体(如氢气如氢气)雾化成雾化成细小的耀日丈，然后用高温、高压压制、烧结而成。它克服细小的耀日丈，然后用高温、高压压制、烧结而成。它克服了一般熔炼方法产生的粗大共晶偏析，热处理变形小，韧性、了一般熔炼方法产生的粗大共晶偏析，热处理变形小，韧性、硬度较高，耐磨性好。用它制成的刀
9、具，可切削各种难加工硬度较高，耐磨性好。用它制成的刀具，可切削各种难加工材料。材料。上-页 下-页 返回第二节第二节 常见刀具材料常见刀具材料二、硬质合金二、硬质合金硬质合金的发展很快，现已成为主要的刀具材料之一。目前硬质合金的发展很快，现已成为主要的刀具材料之一。目前车削刀具大都采用硬质合金，其他刀具采用硬质合金的也日车削刀具大都采用硬质合金，其他刀具采用硬质合金的也日益增多，如硬质合金端铣刀、立铣刀、镬刀、拉刀、铰刀等。益增多，如硬质合金端铣刀、立铣刀、镬刀、拉刀、铰刀等。1.钨钻类钨钻类(YG类类)硬质合金硬质合金YG类硬质合金相当于类硬质合金相当于ISO标准的标准的K类，主要由类，主要
10、由WC和和Co组成，组成，其常温硬度为其常温硬度为88 91 HRA，切削温度可达，切削温度可达800900 ，常用的牌号有，常用的牌号有YG3,YC,6,YG8等。等。YG类硬质合金的抗类硬质合金的抗弯强度和冲击韧度较好，不易崩刃，适合切削脆性材料，如弯强度和冲击韧度较好，不易崩刃，适合切削脆性材料，如铸铁。铸铁。YG类硬质合金的刃磨性较好，刃口可以磨得较锋利，类硬质合金的刃磨性较好，刃口可以磨得较锋利，同时导热系数较大，可以用来加工不锈钢和高温合金钢等难同时导热系数较大，可以用来加工不锈钢和高温合金钢等难加工材料、非铁金属及纤维层压材料。加工材料、非铁金属及纤维层压材料。第二节第二节 常见
11、刀具材料常见刀具材料 2.钨钻钦类硬质合金钨钻钦类硬质合金YT类硬质合金相当于类硬质合金相当于ISO标准的标准的P类，主要由类，主要由WC,TiC和和Co组成，其常温硬为组成，其常温硬为8993 HRA，切削温度可达，切削温度可达8001000 ，常用的牌号有，常用的牌号有YT5,YTlS,YT30等。等。YT类硬质合金中加入类硬质合金中加入TiC，使其硬度、耐热性、抗豁结性和，使其硬度、耐热性、抗豁结性和抗氧化能力均有所增加，从而提高了刀具的切削速度和刀具抗氧化能力均有所增加，从而提高了刀具的切削速度和刀具耐用度。耐用度。3.钨钻钦担类硬质合金钨钻钦担类硬质合金W类硬质合金相当于类硬质合金相
12、当于ISO标准的标准的M类，它是在普通硬质合金类，它是在普通硬质合金中加入了中加入了TaC或或NbC等稀有难熔金属碳化物，从而提高了硬等稀有难熔金属碳化物，从而提高了硬质合金的韧性和耐磨性，使其具有较好的综合切削性能。质合金的韧性和耐磨性，使其具有较好的综合切削性能。上-页 下-页 返回第二节第二节 常见刀具材料常见刀具材料4.碳化钦基类碳化钦基类YN类类)硬质合金硬质合金YN类硬质合金相当于类硬质合金相当于ISO标准的标准的P类，又称为金属陶瓷，它是类，又称为金属陶瓷，它是以以TiC为主要成分，以为主要成分，以Ni和和Mo为豁结剂的硬质合金，具有很高为豁结剂的硬质合金，具有很高的硬度，与工件
13、材料的亲和力较小，可采用较高的切削速度。的硬度，与工件材料的亲和力较小，可采用较高的切削速度。因此，它适用于高速精加工普通钢、工具钢和淬火钢。因此，它适用于高速精加工普通钢、工具钢和淬火钢。5.超细晶粒硬质合金超细晶粒硬质合金这是一种高硬度、高强度兼备的硬质合金，具有这是一种高硬度、高强度兼备的硬质合金，具有硬质合金的硬质合金的高硬度和高速钢的高强度。因此，这类合金可用于间断切削，高硬度和高速钢的高强度。因此，这类合金可用于间断切削，特别是难加工材料的间断切削特别是难加工材料的间断切削;加工难加工材料时，其刀具耐用加工难加工材料时，其刀具耐用度可比普通硬质合金高度可比普通硬质合金高310倍倍;
14、这类合金适用于高速钢刀具耐这类合金适用于高速钢刀具耐用度不够，一般硬质合金又易崩刃的场合，对于切断和端面车用度不够，一般硬质合金又易崩刃的场合，对于切断和端面车削这类切削速度变化范围很宽的加工也是很适宜的。削这类切削速度变化范围很宽的加工也是很适宜的。上-页 下-页 返回第二节第二节 常见刀具材料常见刀具材料 6.涂层硬质合金涂层硬质合金涂层硬质合金采用韧性较好的基体和硬度、耐磨性极高的表涂层硬质合金采用韧性较好的基体和硬度、耐磨性极高的表层，通过化学气相沉积层，通过化学气相沉积(CVD)等方法实行表面涂层，是等方法实行表面涂层，是20世世纪的重大技术进展，较好地解决了刀具的硬度、耐磨性与强纪
15、的重大技术进展，较好地解决了刀具的硬度、耐磨性与强度、韧性之间的矛盾，因而具有良好的切削性能。度、韧性之间的矛盾，因而具有良好的切削性能。涂层材料主要有涂层材料主要有TiC,TiN,Al2O3及其他复合材料。及其他复合材料。TiC涂层涂层具有很高的硬度与耐磨性，抗氧化性也好，切削时能产生氰具有很高的硬度与耐磨性，抗氧化性也好，切削时能产生氰化钦薄膜，降低摩擦系数，减少刀具磨损。化钦薄膜，降低摩擦系数，减少刀具磨损。TiN涂层在高温涂层在高温时能形成氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗豁结性能好，时能形成氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗豁结性能好，能有效地降低切削温度。能有效地降低切削温度。上-
16、页 下-页 返回第二节第二节 常见刀具材料常见刀具材料7.钢结硬质合金钢结硬质合金钢结硬质合金的代号为钢结硬质合金的代号为YE。它以。它以WC,TiC作硬质相作硬质相(占占30%40%)，以高速钢，以高速钢(或合金钢或合金钢)作黏结相作黏结相(占占60%70%)。上-页 返回第三节第三节 其他刀具材料其他刀具材料 一、金刚石一、金刚石金刚石是碳的同素异构体。它的硬度极高，接近于金刚石是碳的同素异构体。它的硬度极高，接近于10 000HV(硬质合金仅为硬质合金仅为1 300一一1 800HV)，是目前已知，是目前已知的最硬材料。的最硬材料。1.天然单晶金刚石刀具天然单晶金刚石刀具单晶金刚石结晶界
17、面有一定的方向，不同的晶面上硬度与耐单晶金刚石结晶界面有一定的方向，不同的晶面上硬度与耐磨性有较大的差异，刃磨时需选定某一平面，否则影响刃磨磨性有较大的差异，刃磨时需选定某一平面，否则影响刃磨与使用质量。与使用质量。2.人造聚晶金刚石人造聚晶金刚石聚晶金刚石是将人造金刚石微晶在高温高压下再烧结而成，聚晶金刚石是将人造金刚石微晶在高温高压下再烧结而成，可制成所需形状尺寸，镶嵌在刀杆上使用。由于其抗冲击强可制成所需形状尺寸，镶嵌在刀杆上使用。由于其抗冲击强度提高，可选用较大切削用量。度提高，可选用较大切削用量。下-页 返回第三节第三节 其他刀具材料其他刀具材料3.复合金刚石刀片复合金刚石刀片这类刀
18、片是在硬质合金基体上烧结一层约这类刀片是在硬质合金基体上烧结一层约0.5mm厚的聚晶厚的聚晶金刚石。复合金刚石刀片强度较好，允许切削断面较大，也金刚石。复合金刚石刀片强度较好，允许切削断面较大，也能间断切削，可多次重磨使用。能间断切削，可多次重磨使用。金刚石刀具主要用于非铁金属及其合金进行精密加工、超精金刚石刀具主要用于非铁金属及其合金进行精密加工、超精加工，还能切削高硬度非金属材料，如压缩木材、陶瓷、刚加工，还能切削高硬度非金属材料，如压缩木材、陶瓷、刚玉、玻璃等的精加工，以及难加工的复合材料的加工。玉、玻璃等的精加工，以及难加工的复合材料的加工。二、立方氮化硼二、立方氮化硼(cBN)立方氮
19、化硼是六方氮化硼的同素异构体，是人类已知的硬度立方氮化硼是六方氮化硼的同素异构体，是人类已知的硬度仅次于金刚石的物质。仅次于金刚石的物质。立方氮化硼刀片可用机械夹固或焊接的方法固定在刀杆上，立方氮化硼刀片可用机械夹固或焊接的方法固定在刀杆上，也可以将立方氮化硼与硬质合金压制在一起成为复合刀片。也可以将立方氮化硼与硬质合金压制在一起成为复合刀片。上-页 下-页 返回第三节第三节 其他刀具材料其他刀具材料三、陶瓷三、陶瓷陶瓷具有很高的高温硬度和耐磨性，在陶瓷具有很高的高温硬度和耐磨性，在1 200高温时仍具高温时仍具有较好的切削性能，其化学稳定性好，在高温下不易氧化，有较好的切削性能，其化学稳定性
20、好，在高温下不易氧化，与金属亲合力小，不易发生豁结和扩散。与金属亲合力小，不易发生豁结和扩散。1.高纯氧化铝高纯氧化铝Al2O3陶瓷陶瓷这类陶瓷的主要成分是这类陶瓷的主要成分是Al2O3，加入微量，加入微量Mg0(用于细化晶用于细化晶粒粒)，经冷压烧结而成。为，经冷压烧结而成。为92 94HRA，抗弯强度为，抗弯强度为0.3920.491 GPa。2.复合氧化铝复合氧化铝Al2O3一一TiC陶瓷陶瓷这类陶瓷是在这类陶瓷是在Al2O3基体中添加基体中添加TiC,Ni,W和和Co等合金元等合金元素，经热压烧结而成，硬度为素，经热压烧结而成，硬度为9394HRA，抗弯强度为，抗弯强度为0.5860.
21、785 GPa。上-页 下-页 返回第三节第三节 其他刀具材料其他刀具材料 3.复合氮化硅复合氮化硅Si3N4一一TiC一一Co陶瓷陶瓷这类陶瓷是将硅粉氮化、球磨后，添加助烧剂，置于模腔内这类陶瓷是将硅粉氮化、球磨后，添加助烧剂，置于模腔内热压烧结而成。热压烧结而成。氮化硅陶瓷最大的特点是能进行高速切削，车削灰铸铁、球氮化硅陶瓷最大的特点是能进行高速切削，车削灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等材料效果更为明显。氮化硅陶瓷适合于墨铸铁、可锻铸铁等材料效果更为明显。氮化硅陶瓷适合于精车、半精车、精铣或半精铣精车、半精车、精铣或半精铣;还可用于精车铝合金，达到以还可用于精车铝合金，达到以车代磨。车代磨。上-页 返回