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不同的刀具材料本身有不同的性能，今天，小編給金粉們介紹的內(nèi)容包括三部分：刀具材料應(yīng)具備的性能、常用的刀具材料種類、不同刀具材料的基本性能分析。一起學(xué)習(xí)吧。

刀具材料應(yīng)具備的性能

刀具在工作時，要承受很大的壓力和沖擊力。同時，由于切削時產(chǎn)生的金屬塑性變形以及在刀具、切屑、工件相互接觸表面間產(chǎn)生的強(qiáng)烈摩擦，使刀具切削刃上產(chǎn)生很高的溫度和受到很大的應(yīng)力。因此，作為刀具材料應(yīng)具備以下特性：

1. 高的硬度  刀具材料必須具備高于被加工材料的硬度，一般刀具材料的常溫硬度都在62HRC以上。

2. 高的耐磨性  耐磨性是刀具抵抗磨損的能力。它是刀具材料力學(xué)性能、組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能的綜合反映。

3. 足夠的強(qiáng)度和韌度  為能承受很大的壓力，以及沖擊和振動，刀具材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和韌度。一般強(qiáng)度用抗彎強(qiáng)度表示，韌度用沖擊值表示。

4. 高的耐熱性  耐熱性是指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌度的性能。

5. 良好的熱物理性能和耐熱沖擊性  刀具材料抵抗熱沖擊的能力可用耐熱沖擊系數(shù)表示。

6. 良好的工藝性  這里指的是鍛造性能、熱處理性能、高溫塑性變形性能以及磨削加工性能等。

7. 經(jīng)濟(jì)性  經(jīng)濟(jì)性是刀具材料的重要指標(biāo)之一。

常用刀具材料的種類

1. 非合金工具鋼（原碳素工具鋼）

按照GB/T13104.1—2008《鋼分類 第1部分：按化學(xué)成分分類》及GB/T1299—2014(模具鋼)，非合金工具鋼屬于非合金鋼。按照GB/T11304.2—2008《鋼分類第2部分：按主要質(zhì)量等級和主要性能或使用特性的分類》，非合金工具鋼屬于特殊質(zhì)量非合金鋼。

非合金工具鋼是高碳過共析、共析或亞共析鋼。碳是非合金工具鋼的主要強(qiáng)化元素。非合金工具鋼通常按用途可分為刃具鋼、模具鋼、量具鋼、耐磨的；按鋼質(zhì)可分為優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。這類鋼耐熱性較差(200~250℃)，經(jīng)熱處理后具有較高的硬度和耐磨性，但熱硬性差、淬透性低。這類鋼主要用于制造加工硬度和強(qiáng)度不太高的尺寸較小、小進(jìn)給、低速的切削工具和手動工具，以及形狀簡單、精度要求較低的量具、模具等。

2. 合金工具鋼

按照GB/T13304.1-2008《鋼分類第1部分：按化學(xué)成分分類》，合金工具鋼屬于合金鋼。按照GB/T13304.2-2008《鋼分類第2部分：按主要質(zhì)量等級和主要性能或使用特性的分類》，合金工具鋼屬于特殊質(zhì)量合金鋼。

合金工具鋼為中、高碳合金鋼，這類鋼碳含量較高，并含有多種強(qiáng)化合金元素，如鉻、鎢、硅、錳、釩等。合金工具鋼按用途可分為刃具鋼、模具鋼（冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼）、量具鋼，一種鋼通常兼有多種用途(熱作模具鋼除外)。這類鋼具有較高的耐熱性(300~400℃)，較高的硬度，一定的韌性,良好的耐磨性、熱硬性,一定的耐沖擊性,以及良好的淬透性、組織穩(wěn)定性，較小的熱處理變形等性能。這類鋼主要用于制造截面較大，要求熱處理變形小，對耐磨性及韌度有一定要求的低速切削刀具，以及形狀特殊且較復(fù)雜的量具、刃具、耐沖擊工具和冷熱作模具與一些特殊用途的工具。

以上兩種鋼材作為刀具材料的使用量都很少。

3. 高速工具鋼

按照GB/T13304.1-2008《鋼分類第1部分：按化學(xué)成分分類》。高速工具鋼屬于合金鋼。按照GB/T13304.2-2008《鋼分類第2部分：按主要質(zhì)量等級和主要性能或使用特性分類》，高速工具鋼屬于特殊質(zhì)量合金鋼。

高速鋼刀具材料

高速工具鋼是高碳合金鋼，主要合金元素有鎢、鉻、鉬、釩等，含有大量的碳化物。這些碳化物使高速工具鋼具有高的熱硬性和耐磨性，高速工具鋼在較高溫度(不大于600℃)下能保持良好的切削性能，用于制造高效率切削刀具，如銑刀、鉸刀、拉刀、插齒刀及鉆頭等，也用于鐵冷模具、高溫彈簧及高溫軸承等，是應(yīng)用較多的一種刀具材料。

4. 鑄造鈷基合金（斯太立特合金）

鑄造鉆基合金是一種w(C)=1%~3%和數(shù)量不等的鈷、鎢、鉻、釩等成分組成的高鈷基合金。這類材料具有高的耐熱性（與高速工具鋼相比）和抗彎強(qiáng)度(與硬質(zhì)合金相比)，同時具有良好的抗氧化性以及高溫尺寸穩(wěn)定性、高的熱硬性和韌性，在各種介質(zhì)中具有良好的抗腐蝕性，其常溫性能雖不及高速工具鋼，但是高溫性能較高，故有較好的切削性能。此類合金在美國應(yīng)用較多。

5. 硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是一種主要由硬化相（難熔金屬的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等）和粘結(jié)劑相（鈷、鎳等）組成的粉末冶金產(chǎn)品。硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨，強(qiáng)度和韌性較好，耐熱、耐腐蝕等系列優(yōu)良性能，特別是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的溫度下也基本保持不變，在1000℃時仍有很高的硬度。硬質(zhì)合金廣泛用作刀具材料，如車刀、銑刀、創(chuàng)刀、鉆頭、鏜刀等，用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材，也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。硬質(zhì)合金可分為碳化鎢基與碳（氮）化鈦基兩大類，現(xiàn)在新型硬質(zhì)合金刀具的切削速度等于非合金工具鋼的數(shù)百倍，是目前應(yīng)用較多的一種刀具材料。

6. 超硬刀具材料

超硬刀具材料有陶瓷、金剛石和立方氮化硼（CBN）等，其硬度、熱硬性和耐磨性都很高。金剛石是目前已知的最硬的材料，立方氮化硼是硬度僅次于金剛石的材料，可用來加工高硬度的工件。

（1）陶瓷  

陶瓷刀具具有高的硬度、熱硬性和耐磨性，在高速切削和干切削時，表現(xiàn)出優(yōu)異的切削性能，是一類極具發(fā)展前途的刀具材料。刀具用陶瓷一般采用熱壓法，即將粉末狀原料在高溫高壓下壓制成餅狀，然后切割成刀片。按化學(xué)成分，陶瓷刀具材料約可以分為氧化鋁系、氮化硅系陶瓷兩大類，目前發(fā)展的有復(fù)合氮化硅一氧化鋁系，以及納米增韌陶瓷刀具材料、陶瓷涂層刀具材料。納米改性、納米復(fù)合及超細(xì)晶粒陶瓷刀具材料的研究與開發(fā)將是今后陶瓷刀具材料發(fā)展的主要方向。

（2）金剛石 

金剛石的化學(xué)穩(wěn)定性較低，切削溫度超過700~800℃時，其硬度就會急劇下降。另外，金剛石刀具不適合于加工鋼鐵材料，因為金剛石和鐵有很強(qiáng)的化學(xué)親和力，在高溫下鐵原子容易與碳原子作用而使其轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)，刀具極易損壞。

（3）立方氮化硼  

立方氮化硼是由軟的六方氮化硼在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成的。它是20世紀(jì)70年代才發(fā)展起來的一種新型刀具。

立方氮化硼有很高的硬度及耐磨性，熱穩(wěn)定性很好，在1400℃的高溫下仍能保持很高的硬度和耐磨性。另外，立方氮化硼的化學(xué)惰性很大，它與鐵族金屬直至1200~1300℃時也不易起化學(xué)作用，因此立方氮化硼刀具可用于加工淬硬鋼和冷硬鑄鐵等。

不同刀具材料的基本性能分析

1. 硬度與耐磨性  

硬度是刀具材料應(yīng)具備的基本特性。切削金屬所用刀具切削刃的硬度，一般都在60HRC以上。

淬火工具鋼的硬度主要取決于含碳量。因此，工具鋼的含碳量都比較高。工具鋼熱處理后的硬度可達(dá)60~65HRC（81.2~84HRA）。

硬質(zhì)合金的主要成分是難熔金屬碳化物，這些碳化物的硬度很高，因此，硬質(zhì)合金的硬度可達(dá)89~94HRA。

陶瓷材料的主要成分是氧化鋁，氧化鋁的硬度很高，而且燒結(jié)時不需加粘結(jié)劑，因此陶瓷的硬度金剛石是人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最硬的材料，其硬度可高達(dá)91~95HRA。

金剛石是人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最硬的材料，其硬度可達(dá)10000HV、立方氮化硼硬度僅次于金剛石，硬度可達(dá)8000~9000HV。

耐磨性是刀具應(yīng)具備的主要條件之一，它是決定刀具壽命的主要因素。材料的耐磨性是材料的硬度、強(qiáng)度、化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)的綜合反應(yīng)。

一般來說，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好。但情況也并不完全如此。例如各種工具鋼的硬度基本相同，但耐磨性卻相差很大，合金工具鋼中的合金碳化物分布在馬氏體基體上，比單一的馬氏體組織具有更高的耐磨性。高速工具鋼中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%~20%的合金碳化物，其耐磨性比一般合金工具鋼要高。常用硬質(zhì)合金中含有更大量的（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%~95%）合金碳化物,其耐磨性比高速工具鋼還要高15~20倍。

2. 強(qiáng)度及韌度

現(xiàn)有刀具材料中，高速工具鋼具有較高的強(qiáng)度和韌度，因此能用于重負(fù)荷條件下的加工。常用硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度只有高速工具鋼的1/3~1/2左右，沖擊值則更低。陶瓷刀具的抗彎強(qiáng)度僅及高速工具鋼的1/5左右，沖擊值則低得多。

3. 耐熱性

耐熱性也是衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志。非合金工具鋼的耐熱性最低，能維持切削性能的最高溫度僅為200~250℃。合金工具鋼的耐熱性較好，在300~400℃的溫度下仍能保持較好的切削性能。高速工具鋼是一種高合金工具鋼，在500~600℃的高溫下，切削性能仍比較好。鑄造鈷基合金在700~850℃時硬度仍無顯著變化。

硬質(zhì)合金的耐熱性更高，一般在800~1000℃的高溫下尚能進(jìn)行切削。而陶瓷刀具在1200℃的高溫下仍能保持很高的硬度。至于超硬刀具材料（如立方氮化硼），在1400℃時仍能保持很好的切削性能。

4. 導(dǎo)熱性

刀具在切削時，有相當(dāng)一部分熱量需要由刀具傳出。因此，刀具的導(dǎo)熱性越好，從刀具傳出的熱量也就越多，有利于降低切削區(qū)的溫度。

5. 工藝性能

刀具材料的工藝性能包括刀具材料的被切削性能、磨削性能、高溫塑性變形性能、熱處理性能和焊接性能等。

工具鋼的工藝性能較好，不僅能進(jìn)行切削加工和熱處理，而且磨削加工和焊接性能均較好。

硬質(zhì)合金的硬度高，很難進(jìn)行切削加工。又由于其脆性較大，線膨脹系數(shù)與鋼相差較大，焊接和磨削時容易產(chǎn)生裂紋。

來源：金屬加工、金屬切刀具設(shè)計手冊

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