刀具材料优秀课件

MetalCutting&MachineTools刀具材料优秀课件MetalCutting&MachineTools第三讲刀具材料刀具材料应具备的性能常用刀具材料的特性及应用场合高速钢硬质合金材料介绍其它刀具材料的性能MetalCutting&MachineTools概述刀具材料是指刀具上参与切削的那部分材料。刀具的切削部分不但要求具有一定的几何形状，而且还要求有相应的刀具材料。目前广泛应用的刀具材料有高速钢和硬质合金。高速钢一般允许切削速度为25～30m/min；硬质合金允许的切削速度为100m/min。要提高切削加工的生产率，就需要提高切削速度和刀具耐用度。就要求提供切削性能更好的刀具材料。切削过程中会产生切削抗力、切削热、冲击和振动。MetalCutting&MachineTools刀具材料应具备的性能一、足够的硬度和耐磨性1.硬度是指材料抵抗其它物体压入其表面的能力刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度，一般比工件高出1.5—2倍，否则在高温高压下，就不能保持刀具锋利的几何形状。目前，切削性能最差的刀具材料—碳素工具钢，其硬度在室温条件下也应在62HRC以上；高速钢的硬度为63～70HRC。硬质合金在89～93HRC左右。MetalCutting&MachineTools刀具材料应具备的性能2.耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。它与材料的硬度、强度和组织结构有关。一般来说，刀具材料硬度越高越耐磨。二、足够的强度和韧性在切削过程中，刀具承受很大的压力、冲击和振动，只有抗弯强度好，切削用量才不会发生变化。粗加工余量不均，切削力发生变化，对刀具有冲击和振动，如果韧性不好，常会出现崩刃或折断。一般用冲击韧度ak反映刀具材料抗脆性和抗崩刃能力。MetalCutting&MachineTools刀具材料应具备的性能三、较高的耐热性和传热性在高温下刀具材料保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。用红硬性表示。高温下硬度越高，则红硬性越好，允许的切削速度越高。刀具材料的传热系数大，有利于切削区热量的传出，降低切削温度。MetalCutting&MachineTools刀具材料应具备的性能四、良好的工艺性为了便于刀具的加工制造，刀具材料要有良好的工艺性能。工艺性良好热处理性能良好——淬透性好焊接性能良好——易焊接锻造性能良好——如麻花钻，先拧后锻磨削性能良好——易刃磨MetalCutting&MachineTools刀具材料应具备的性能五、经济性好经济性是评价新型刀具材料的重要指标之一，也是正确选用刀具材料、降低产品成本的主要依据之一。刀具材料的选用应立足于本国资源，注意经济效果，力求价格低廉。没有一种刀具材料能具备所有性能的最佳指标，所以在选择刀具材料时应合理选用。MetalCutting&MachineTools刀具材料材料类型目前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、硬质合金及陶瓷等。MetalCutting&MachineTools常用刀具材料一、碳素工具钢碳素工具钢是一种含C(碳)量较高的优质钢(含C一般在0.65～1.35%)。1、常用牌号：T7A、T8A·······T13A其中：T——碳，A——高级优质碳素工具钢数字表示含碳量，如7表示含碳0.7%。MetalCutting&MachineTools常用刀具材料2、主要性能淬火后硬度可达HRC61～65；红硬性为摄氏200～250度，价格低廉，不耐高温。允许切削速度Vc≤10m/min只能制作低速手用刀具，如板牙、锯条、锉等。优点：易刃磨，可获得锋利的刀刃。MetalCutting&MachineTools常用刀具材料二、合金工具钢在碳素工具钢中加入一定量的铬(Cr)、硅(Si)、钨(W)、锰(Mn)、钒(V)等合金元素（合金元素总量不超过3-5%），能够提高材料耐热性、耐磨性和韧性，同时可以减少热处理时的变形。1、主要牌号：9SiCr：9表示平均含C量为0.9%，Si、Cr平均含量小于1.5%CrWMn：平均含C量大于1.0%，Cr、W、Mn平均含量小于1.5%MetalCutting&MachineTools常用刀具材料2、主要性能淬火后的硬度可达HRC61～65；红硬性为摄氏300～400度；允许切削速度Vc=10～15m/min；制作低速、形状比较细长、截面积大、刃形复杂、要求淬火后变形小的刀具。如：板牙、拉刀、手用铰刀、丝锥等。MetalCutting&MachineTools常用刀具材料三、高速钢高速钢是一种高合金工具钢，钢中含钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等合金元素，这些合金元素含量较高。高速钢经过适当热处理，可获得良好的切削性能。用高速钢制成的刀具，在切削时显得比一般低合金工具钢刀具更加锋利，因此又俗称锋钢。高速钢区别于其他一般工具钢的主要特性是它具有良好的热硬性（红硬性），当切削温度高达600℃左右时硬度仍无明显下降，能以比合金工具钢更高的切削速度进行切削，高速钢由此而得名。MetalCutting&MachineTools常用刀具材料1、高速钢性能具有较高的强度和韧性；良好的耐磨性，硬度达HRC63～66(V元素的作用)红硬性为摄氏600度(W元素的作用)；允许切削速度Vc=25～30m/min；具有良好的制造工艺性；可获得锋利的刀刃（有锋钢之称）加工范围较大：铸铁、有色金属、钢等。MetalCutting&MachineTools常用刀具材料2、高速钢的分类I.普通高速钢：钨系高速钢（W18Cr4V），最常用，刃磨性好钨钼系高速钢（W6Mo5Cr4V2），高温塑性好、韧性好，但淬火温度范围窄，脱碳过热敏感性大。钨钼系高速钢（W9Mo3Cr4V），抗弯强度与韧性好于前者。高温热塑性好，脱碳敏感性小。普通高速钢工艺性好，可以满足一般工程材料的切削加工。MetalCutting&MachineTools常用刀具材料2、高速钢的分类II.高性能高速钢：高碳高速钢(95W18Cr4V)，含碳量0.95%，很少用。高钒高速钢(W6Mo5Cr4V3)，提高耐磨性。钴高速钢(W6Mo5Cr4V2Co8—M42)，钴热导率高，有利于提高刀具切削性能，降低摩擦因数。铝高速钢(W6Mo5Cr4V2Al)，提高高温硬度、热塑性、韧性。刀具表面易形成氧化铝薄膜，减少摩擦与粘结性能较普通高速钢提高，可用于切削高强度钢、高温合金、钛合金等难加工材料。MetalCutting&MachineTools常用刀具材料2、高速钢的分类III.粉末冶金高速钢(PMHSS)：具有细小均匀的结晶组织，硬度达69.5-70HRC，抗弯强度达2.73～3.43GPa；无方向性，刀具各个点的压缩强度、冲击性、抗折能力、韧性都相同，适于制造精密刀具；无碳化偏析现象，PMHSS加工性好，不易变形。粉末冶金高速钢成本较高，主要用于制造复杂成形刀具。以及加工高强度钢、镍基合金、钛合金等难加工材料用的刨刀、钻头、铣刀等刀具MetalCutting&MachineTools常用刀具材料2、高速钢的分类IV.涂层高速钢：TiN涂层，厚度2μm，硬度达2200HV，高热稳定性；TiAlN高性能涂层：耐热摄氏800度，提高寿命；AlTiN高铝涂层：耐热摄氏800度，高硬度；TiCN复合涂层：耐热摄氏400度，高韧性，适合做丝锥、成形刀具；TiAlCN复合涂层：耐热摄氏500度，适合做铣刀、钻头，可加工60HRC的高硬度材料；DLC(类金刚石涂层)，适合用于加工硬木材的成形刀具MetalCutting&MachineTools常用刀具材料四、硬质合金是指由高硬度、高熔点的碳化物，用金属粘结剂，通过粉末冶金的工艺，经过高压成形，在摄氏500度的高温下烧结而成的材料。成分组成：硬质相（TiC、WC、TaC、NbC）+粘结相（Co、Ni、Mo等）硬质合金的主要成分，具有高硬度、高熔点和化学稳定性好的特点。硬度↑抗弯强度↓硬度↓抗弯强度↑MetalCutting&MachineTools常用刀具材料1、硬质合金的主要性能常温硬度74～81.5HRC，红硬性为800～1000摄氏度，耐磨性优良；允许切削速度100m/min≤Vc≤200m/min，比高速钢提高4～7倍，刀具寿命提高5～80倍；脆性较大，怕冲击，易崩刃。制造工艺性差，一般制成一定规格的刀片焊在刀体上。加工范围广，脆性材料、钢材、有色金属等均可MetalCutting&MachineTools常用刀具材料2、普通硬质合金分类I.K类合金——钨钴类硬质合金（合金代号YG）（1）组成：WC+Co（2）常用牌号：YG3、YG6、YG8符号中的数字代表Co含量占3%、6%、8%Co的含量↑韧性↑强度↑HRC↓耐磨性↓（3）应用：主要用于加工铸铁、青铜等脆性材料。YG3（精加工）、YG6（半精加工）、YG8（粗加工）MetalCutting&MachineTools常用刀具材料2、普通硬质合金分类II.P类合金——钨钴钛类硬质合金(合金代号YT)（1）组成：硬质相(WC+TiC)+粘结相Co（2）常用牌号：YT5、YT14、YT15、YT30符号中的数字代表TiC含量占5%、14%、15%TiC的含量↑硬度↑耐磨性↑脆性↑韧性↓（3）应用：主要用于加工钢材及有色金属。YT5（粗加工）、YT14\YT15（半精加工）、YT30（精加工）MetalCutting&MachineTools常用刀具材料2、普通硬质合金分类III.M类合金——钨钛钽(铌)钴类硬质合金(合金代号YW)（1）组成：YG、YT合金中加入TaC、NbC（2）TaC：质量分数达12%～15%NbC：质量分数在4%左右（3）性能：提高抗弯强度、疲劳强度、高温硬度与强度，提高抗氧化能力。（4）应用：主要用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金的半精加工也能用于高锰钢、淬火钢、合金钢的精加工。MetalCutting&MachineTools常用刀具材料2、普通硬质合金分类IV.P01类——碳化钛基硬质合金(原冶金部YN)（1）组成：硬质相(TiC)+粘结相(Ni+Mo)这种合金有很高的耐磨性，有较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳定性好，与工件材料的亲合力小，抗粘结能力较强。缺点是导热率和韧性较差。（2）应用：适用于半精加工与精加工，对于大长零件且加工精度较高的零件尤其适合，但不适合有冲击载荷的粗加工和低速切削。MetalCutting&MachineTools常用刀具材料3、细晶粒、超细晶粒硬质合金细晶粒硬质合金：WC的平均粒度≤1.5μm；超细晶粒硬质合金：WC的平均粒度在0.2～1μm，绝大多数≤0.5μm；多用于YG类合金，适合做小尺寸铣刀、钻头等，可用于加工高硬度难加工材料。4、钢结硬质合金硬质相WC、TiC+粘结相高速钢MetalCutting&MachineTools常用刀具材料5、涂层硬质合金在硬质合金表面涂覆一层或多层5～13μm难熔金属碳化物。涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因此具有较高的耐磨性。涂层材料：TiC、TiN、TiCN、Al2O3单涂层刀片已经很少使用，大多采用TiC-TiN复合涂层或TiC-Al2O3-TiN三复合涂层。适用范围：主要用于车削、铣削等加工，不适合受力大和冲击大的粗加工，高硬材料的加工以及进给量很小的精密切削。MetalCutting&MachineTools各类涂层刀具适用范围涂层种类应用范围表面颜色TiN通用涂层，常用于丝锥、钻头加工普通碳钢等。金黄色TiCN常用于丝锥，铣刀加工工具钢、铜合金，以及常用于各类工模具加工高强度钢和有色金属等。蓝灰色TiAlN常用于硬质合金铣刀和丝锥加工高强度、高韧性材料以及加工难加工材料。紫黑色CrN用于加工铜皮、铜合金的模具和工具。银灰色TiAlCN用于加工淬火钢及轻合金等难切削材料。紫色CrN+CBC用于加工切削阻力大的非金属材料及有色金属等工模具。灰黑色其他各种复合涂层MetalCuttin