從人類使用工具開始，便開始了人類發(fā)展的歷史，最初人們懂得將存在于身邊的東西折斷或彎曲，這已經(jīng)是“變形加工”的雛形。不久，又有了物質(zhì)的軟硬的“概念”，知道用硬的東西可以切削軟的東西。在遠(yuǎn)古時代所謂的“切削”，開始是“去除加工”。那時，硬的東西首先是石頭，把石頭弄碎、磨光作為工具。后來隨著鐵的發(fā)現(xiàn)，制作出比石頭更鋒利的刃具。良好的切削刃具，使人們能更容易制造出生產(chǎn)工具和生活工具。可以說工具的發(fā)展是人類文明進(jìn)步的永恒動力。
碳素工具鋼
現(xiàn)代的切削刀具材料經(jīng)歷了從碳素工具鋼到高速工具鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷刀具和超硬刀具材料的一百多年的發(fā)展歷史。18世紀(jì)后半葉，最初的刀具材料組要是碳素工具鋼。因為在當(dāng)時它是作為可以加工成切削刀具的最硬的材料，然而，由于其耐熱溫度很低（低于200℃）。碳素工具鋼在高速切削時，存在由于切削熱而理科完全變鈍的缺點，切削范圍受到限制。因此期待著出現(xiàn)在高速下也能切削的刀具材料。反映這一期待而出現(xiàn)的材料是高速鋼。
高速鋼
高速鋼也稱鋒鋼，是在1898年由美國的F.W.泰勒（F.W.Tayloe）和M.懷特（M.white）研制的。與其說它的含碳量比碳素工具鋼少，不如說加入了鎢。由于其中硬質(zhì)碳化鎢的作用，使之在高溫條件下硬度也不降低，而且由于可以用遠(yuǎn)比碳素工具鋼切削速度（切鋼6~10m/min，切鑄鐵3~5m/min）高的速度進(jìn)行切削，故命名為高速鋼。最初的高速鋼含鎢8%、鉻3.6%，切削速度達(dá)12m/min；1906年確定了高速鋼的最佳成分為：C 6.7%；W 18.9%；Cr 5.47%；Mn 0.11%；V 0.29%；其余為Fe。從1900~1920年，出現(xiàn)了添加釩和鈷的高速鋼，其耐熱性提高到500~600℃。切鋼的切削速度達(dá)到30~40m/min，提高了近6倍。此后，隨其組成元素的系列變化，形成了鎢系和鉬系高速鋼。直到目前它仍被廣泛應(yīng)用。高速鋼的出現(xiàn)引起了切削加工的革命，大大提高了金屬切削的生產(chǎn)率，并要求完全改變機(jī)床的機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)這種新刀具材料的切削性能要求。新機(jī)床的出現(xiàn)和進(jìn)一步發(fā)展，反過來又促進(jìn)了更優(yōu)良的刀具材料開發(fā)，刀具受到激發(fā)而得到發(fā)展，在新的制造技術(shù)條件下，高速鋼刀具在高速切削時也存在由于切削熱而限制刀具耐用度的問題。當(dāng)切削速度達(dá)到700℃，高速鋼刀尖就完全變鈍，在切削溫度高于此值的切削速度下，就完全不能進(jìn)行切削。因而，出現(xiàn)了比上述更高切削溫度條件下保持足夠硬度、可在更高的切削溫度下切削的硬質(zhì)合金刀具材料。
硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金是1925年德國人K.史律太爾（K.Schroter）發(fā)明；1929年由德國克虜伯公司商品化推向市場。它是以鎢為主要成分，將WC粉末以鈷作為結(jié)合劑燒結(jié)而成的。最初研制的WC-Co合金，耐熱性達(dá)到800℃，切削速度提高40m/min以上。這種硬質(zhì)合金雖然具有高溫下硬度不降低的有點，但存在沖擊強(qiáng)度低、性脆易破碎等缺點。這些缺點在后臺研制的添加碳化鈦等其他碳化物以及帶圖層的硬質(zhì)合金中得到了改善。1931年出現(xiàn)了在WC-Co合金中添加TiC合金，即WC-TiC-Co合金，其耐熱性達(dá)到了900℃以上，切鋼時的切削速度達(dá)到了220m/min。這就是說從高速鋼發(fā)展到硬質(zhì)合金的40年間，由于刀具材料的耐熱性能的提高，切削速度提高了近40倍。之后由于制造質(zhì)量的提高和添加了熔點更高的碳化物（TaC，NbC），如超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，WC-TiC-TaC（NbC）-Co合金等，其耐熱性提高到1000~1100℃以上，使切削速度進(jìn)一步得以提高。涂層硬質(zhì)合金由于綜合了TiC基硬質(zhì)合金的高耐磨性和金屬切除率以及WC基硬質(zhì)合金高的韌性和使用的可靠性，使它在告訴切削剛件和鑄鐵時都獲得了巨大的成功，特別是硬質(zhì)合金機(jī)夾刀片的廣泛使用，更增加了涂層硬質(zhì)合金刀片的使用價值。因此硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具與涂層硬質(zhì)合金刀具的出現(xiàn)與發(fā)展，進(jìn)一步完成了從高速鋼開始的金屬切削加工的革命。它的重要意義在于剛才的切量在機(jī)械加工車間整個切削量中占據(jù)非常大的比重。
陶瓷刀具
然而人民是不會滿足于此的，由于Al2O3硬度高且耐熱性好，通常不容易與被切削材料粘附，已被廣泛應(yīng)用于砂輪磨削加工中。因此能耐高速度下切削熱的材料--熔融氧化鋁收到了廣泛的關(guān)注，由此產(chǎn)生了陶瓷刀具材料。由于陶瓷刀具材料高硬度和高溫硬度穩(wěn)定性（1200℃以上），因而在告訴切削和對某些難加工材料的切削方面，是任何硬質(zhì)合金刀具都無法比擬的；另外，由于世界方位內(nèi)的W、Co、Ta等資源奇缺，價格昂貴，而陶瓷材料和多重碳化物資源比較豐富，對發(fā)展陶瓷刀具非常有利；特別是近年來可供陶瓷刀具使用的高剛性機(jī)床數(shù)量增加，因而，陶瓷刀具材料進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來得以迅速發(fā)展。陶瓷刀具材料性能得到很大的改善，其使用量也迅速增加，目前已形成了氧化鋁系、氮化鈦系、碳化物系、碳化硅纖維增強(qiáng)Al2O3等幾種系列產(chǎn)品。
超硬刀具
用硬的材料可以切削軟的材料，為了切削硬質(zhì)材料，就必須使用比它更硬的材料。目前地球上嘴硬的物質(zhì)是金剛石。盡管自然界天然金剛石早已被發(fā)現(xiàn)，且用他們作為切削工具也有很長的歷史，人工合成金剛石也早在20世紀(jì)50年代初合成成功，但真正用金剛石廣泛地制作工業(yè)切削刀具材料，還是近20多年的事。一方面，鎖著現(xiàn)代空間技術(shù)和宇航技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代工程材料的使用日益繁多，如有色金屬及其合金、SiCp或SiCw增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料、玻璃鋼、碳纖維增強(qiáng)材料、多層石英-聚醯乙酰胺或碳纖維-聚醯乙酰胺印刷電路板、中密與高密度復(fù)合纖維板，Al2O3強(qiáng)化復(fù)合地板、半導(dǎo)體硅、鍺、砷化鎵等。雖然改進(jìn)的高速鋼、硬質(zhì)合金及新型陶瓷刀具材料在切削傳統(tǒng)加工工件時，卻邪速度和切削加工生產(chǎn)率成倍甚至十幾倍的增加，但是，當(dāng)用他們加工上述材料時，刀具的耐用度和切削加工效率仍然很低，且切削加工質(zhì)量難以保證，有時甚至無法加工，需要用更鋒利更耐磨的刀具材料。另一方面，隨著現(xiàn)代機(jī)械制造與加工工業(yè)的迅猛發(fā)展，自動機(jī)床、計算機(jī)數(shù)控（CNC）加工中心、無人加工車間的廣泛應(yīng)用，為了進(jìn)一步提高加工精度、減少換刀時間，提高加工效率，越來越迫切要求有耐用度更高、性能更穩(wěn)定的刀具材料。在這種情況下，金剛石刀具迅速發(fā)展，同時也大大促進(jìn)了金剛石刀具材料的發(fā)展。金剛石刀具材料具有一系列優(yōu)異的性能，具有加工精度高，切削速度快，使用壽命長的特點。如用Compax（聚晶金剛石復(fù)合片）刀具可以保證加工上萬件硅鋁合金活塞環(huán)零件且其刀尖基本保持不變；用Compax大直徑銑刀加工飛機(jī)鋁制翼梁，其切削速度可高達(dá)3660m/min；這些都是硬質(zhì)合金刀具無法媲美的。不僅如此，金剛石刀具材料的采用還可以擴(kuò)大加工領(lǐng)域，改變傳統(tǒng)的加工工藝。以前鏡面加工只能用研磨拋光工藝，現(xiàn)在不僅可以用天然單晶金剛石刀具，而且在有的情況下還可以用PDC超硬復(fù)合刀具進(jìn)行超精密切削，實現(xiàn)以車代磨。隨著超硬刀具的應(yīng)用，機(jī)加工領(lǐng)域出現(xiàn)了一些新的概念，如使用PDC道具后，限制車削速度的不再是刀具面是機(jī)床，并且當(dāng)車削速度超過某一速度后，工件和刀具均不發(fā)熱。這些突破性的概念的含義是很深刻的，它為現(xiàn)代機(jī)加工行業(yè)展示了無限的發(fā)展前景。
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