数控机床的刀具材料.pdf

数控机床对刀具材料的基本要求是高的硬度、高的耐磨性、

高的红硬性和足够的强度7和韧性。

加工的刀具种类视加工对象而定

刀具材料应当具备的性能

切削过程中，刀具直接完成切除余量和形成已加工表面的任务。刀具切削性能的

优劣，取决于构成切削部分的材料、几何形状和刀具结构。由此可见刀具材料的

重要性，它对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本影响极大。因此，

应当重视刀具材料的正确选择和合理使用，重视新型刀具材料的研制。

在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和

强烈的摩擦，刀具在高温下进行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因

此刀具材料应具备以下基本要求：

1．硬度

刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度须在HRC62以上，并要求

保持较高的高温硬度。

2．耐磨性

耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，它是刀具材料机械性能（力学性能）、组织

结构和化学性能的综合反映。例如，组织中硬质点的硬度、数量、大小和分布对

抗磨料磨损的能力有很大影响，而抗冷焊磨损(冷焊磨损即过去有些书上所称的

粘结磨损、抗扩散磨损和抗氧化磨损的能力还与刀具材料的化学稳定性有关。

3.强度和韧性

为了承受切削力、冲击和振动，刀材料应具有足够的强度和韧性。一般，强度

用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。刀具材料中强度高者，韧性也较好，但硬

度和耐磨性常因此而下降，这两个方面的性能是互相矛盾的。一种好的刀具材料，

应当根据它的使用要求，兼顾以上两方面的性能，而有所侧重。

4．耐热性

刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性，并有良好的抗扩

散、抗氧化的能力。这就是刀具材料的耐热性。

5．导热性和膨胀系数

在其他条件相同的情况下，刀具材料的导热系数(热导率)越大，则由刀具传出

的热量越多，有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命。线膨胀系数小，则可减

少刀具的热变形。对于焊接刀具和涂层刀具，还应考虑刀片与刀杆材料、涂层与

基体材料线膨胀系数的匹配。

6．工艺性

为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性，包括锻、轧、焊接、切削加

工和可磨削性、热处理特性等。材料的高温塑性对热轧刀具十分重要。可磨削性

可用磨削比——磨削量与砂轮磨损体积之比来表示，磨削比大，则可磨削性好。

此外，在选用刀具材料时，还应考虑经济性。性能良好的刀具材料，如成本和

价格较低，且立足于国内资源，则有利于推广应用。

刀具材料种类很多，常用的有工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢)、

硬质合金、陶瓷、金刚石(天然和人造)和立方氮化硼等。碳素工具钢(如T10A、

T12A)和合金工具钢(如9CrSi、CrWMn)，因其耐热性很差，仅用于手工工具。

陶瓷、金刚石和立方氮化硼则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，目前尚

只在较小的范围内使用。当今，用得最多的刀具材料为高速钢和硬质合金。

.高速钢

高速钢是加入了钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等合金元素的高合金工具钢。

按重量计，钨和钼占10—20％，铬约占4％，钒占1％以上，它们都是强烈的

碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳形成了高硬度的碳化物，从而提高

了钢的耐磨性。另外，高速铜采用了接近熔点的淬火温度，得到细晶粒的合金化

的马氏体组织，它在低温回火(约560℃)时又使合金碳化物析出，从而进一步提

高了硬度与耐磨性。在高速钢中，钼和钨的作用基本相同，1％的钼可代替2％

的钨。钼并能减少钢中碳化物的不均匀性，细化碳化物晶粒，提高韧性。

另外，在某些高速钢中，为了提高高温硬度，添加钴、铝、硅、铌等元素；为

了提高耐磨性，可适当增加含钒量。但是，随着含钒量的增加，可磨削性变差，

因此钒的含量不宜超过3％。表2—1、2—2分别列出了主要高速钢的成分和性

能。从表中可见，高速钢在600℃时，仍能保持切削加工所要求的硬度，切削

中碳钢时，切削速度可0.5m／s(30m／min)左右。

高速钢的强度、韧性和工艺性能均较好，能进行锻造，磨出的切削刃比较锋利，

熔炼质量稳定，使用比较可靠。各种刀具都可用高速钢制造；尤其是形状复杂的

刀具和小型刀具，均大量使用着高速钢。目前，高速钢占刀具材料总使用量的

60％以上。

按基本化学成分，高速钢可分为钨系、钨钼系和钼钨系。按切削性能分，则

有普通高速钢和高性能高速钢。按制造方法