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不同刀具材料不同特性，你選哪一款

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發(fā)布時(shí)間：

2020-04-15

不同的刀具材料本身有不同的性能：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。

刀具材料應(yīng)具備的性能

刀具在工作時(shí)，要承受很大的壓力和沖擊力。同時(shí)，由于切削時(shí)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(dòng)，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(jí)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(guò)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(jí)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(dòng)工具，以及形狀簡(jiǎn)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(jí)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(duì)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(jí)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. 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(shí)仍有很高的硬度。硬質(zhì)合金廣泛用作刀具材料，如車(chē)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(lái)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。

5. 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(lái)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(shí)，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(kāi)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(guò)700~800℃時(shí)，其硬度就會(huì)急劇下降。另外，金剛石刀具不適合于加工鋼鐵材料，因?yàn)榻饎偸丸F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(lái)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(shí)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(shí)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(lái)說(shuō)，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好。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(shí)硬度仍無(wú)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(shí)仍能保持很好的切削性能。

4. 導(dǎo)熱性

刀具在切削時(shí)，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。

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