硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路
作者：佚名来源：不详发布时间：2008-11-21 23:35:38 发布人：admin
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材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500～600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m/min，使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。
常规刀具材料的基本性能
1) 高速钢
1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢
至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%～1.05%。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40～60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。
2) 陶瓷
与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍，其红硬性比硬质合金高2～6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。
陶瓷刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93～95HRC，为提高韧性，常添加少量Co、Ni等金属。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶瓷为Si3N4+TiC+Co复合陶瓷，其韧性高于氧化铝基陶瓷，硬度则与之相当。③氮化硅—氧化铝复合陶瓷。又称为赛阿龙(Sialon)陶瓷，其化学成分为77%Si3N4+13%Al2O3，硬度可达1800HV，抗弯强度可达1.20GPa，最适合切削高温合金和铸铁。
3) 金属陶瓷
金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同，主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、M o等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金，低于陶瓷材料；其横向断裂强度大于
陶瓷材料，小于硬质合金；化学稳定性和抗氧化性好，耐剥离磨损，耐氧化和扩散，具有较低的粘结倾向和较高的刀刃强度。
金属陶瓷刀具的切削效率和工作寿命高于硬质合金、涂层硬质合金刀具，加工出的工件表面粗糙度小；由于金属陶瓷与钢的粘结性较低，因此用金属陶瓷刀具取代涂层硬质合金刀具加工钢制工件时，切屑形成较稳定，在自动化加工中不易发生长切屑缠绕现象，零件棱边基本无毛刺。金属陶瓷的缺点是抗热震性较差，易碎裂，因此使用范围有限。
4) 超硬材料
人造金刚石、立方氮化硼(CBN)等具有高硬度的材料统称为超硬材料。金刚石是世界上已知的最硬物质，并具有高导热性、高绝缘性、高化学稳定性、高温半导体特性等多种优良性能，可用于铝、铜等有色金属及其合金的精密加工，特别适合加工非金属硬脆材料。1 955年，美国GE公司采用高温高压法成功合成了人造金刚石，1966年又研制出人造聚晶金刚石复合片(PCD)，自此人造金刚石作为一类新型刀具材料得到迅速发展。但由于金刚石中的碳在高温下易与铁元素作用而迅速溶解，因此金刚石刀具不适合加工铁基合金，从而大大限制了金刚石在金属切削加工中的应用。
立方氮化硼(CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料。虽然CBN的硬度低于金刚石，但其氧化温度高达1360℃，且与铁磁类材料具有较低的亲和性。因此，虽然目前CBN还是以烧结体形式进行制备，但仍是适合钢类材料切削、具有高耐磨性的优良刀具材料。由于CBN 具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性等优异性能，因此特别适合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。如采用CBN可转位刀片干式精车淬硬齿轮，每个齿轮的加工成本可降低60%；采用配装球形CBN刀片的立铣刀精铣大型硬质磨具，磨削时间可比传统工艺减少80%。CBN材料的不足之处是韧性较差的问题尚待解决。
4) 硬质合金
硬质合金由Schroter于1926年首先发明。经过几十年的不断发展，硬质合金刀具的硬度已达98～93HRA，在1000℃的高温下仍具有较好的红硬性，其耐用度是高速钢刀具的几十倍。
硬质合金是由WC、TiC、TaC、NbC、VC等难熔金属碳化物以及作为粘结剂的铁族金属用粉末冶金方法制备而成。与高速钢相比，它具有较高的硬度、耐磨性和红硬性；与超硬材料相比，它具有较高的韧性。由于硬质合金具有良好的综合性能，因此在刀具行业得到了广泛应用，目前国外90%以上的车刀、55%以上的铣刀均采用硬质合金材料制造。
硬质合金牌号通常可分为三类：①YG类(WC-Co类)：该类硬质合金制造的刀具具有较好的韧性、耐磨性、导热性等，主要用于加工铸铁、有色金属和非金属。②YT类(WC-TiC-Co 类)：由于材料中加入了TiC，使材料的硬度和耐磨性有所提高，但抗弯刚度有所降低。该类硬质合金具有高硬度和高耐热性，抗粘结、抗氧化能力较好，适用于加工钢材，切削时刀具磨损小，耐用度较高。③YW类(WC-TiC-TaC-Co类)：在YT材料中加入TaC是为了提高刀具的强度、韧性和红硬性。该类硬质合金材料具有很高的高温硬度、高温强度和较强的抗氧化能力，特别适于加工各种高合金钢、耐热合金和各种合金铸铁。
虽然近年来各种新型刀具材料层出不穷，但在今后相当长一段时间内，硬质合金刀具仍将广泛应用于切削加工，因此需要研究开发新的材料制备技术，进一步改善和提高硬质合金刀具材料的切削性能。
硬质合金刀具材料的研究现状
由于硬质合金刀具材料的耐磨性和强韧性不易兼顾，因此使用者只能根据具体加工对象和加工条件在众多硬质合金牌号中选择适用的刀具材料，这给硬质合金刀具的选用和管理带来诸多不便。为进一步改善硬质合金刀具材料的综合切削性能，目前的研究热点主要包括以下几个方面：
1) 细化晶粒
通过细化硬质相晶粒度、增大硬质相晶间表面积、增强晶粒间结合力，可使硬质合金刀具材料的强度和耐磨性均得到提高。当WC晶粒尺寸减小到亚微米以下时，材料的硬度、韧性、强度、耐磨性等均可提高，达到完全致密化所需温度也可降低。普通硬质合金晶粒度为3～5μm，细晶粒硬质合金晶粒度为1～1.5μm(微米级)，超细晶粒硬质合金晶粒度可达0.5μm以下(亚微米、纳米级)。超细晶粒硬质合金与成分相同的普通硬质合金相比，硬度可提高2HRA以上，抗弯强度可提高600～800MPa。
常用的晶粒细化工艺方法主要有物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子体沉积法、机械合金化法等。等径侧向挤压法(ECAE)是一种很有发展前途的晶粒细化工艺方法。该方法是将粉体置于模具中，并沿某一与挤压方向不同(也不相反)的方向挤出，且挤压时的横截面积不变。经过ECAE工艺加工的粉体晶粒可明显细化。
由于上述晶粒细化工艺方法仍不够成熟，因此在硬质合金烧结过程中纳米晶粒容易疯长成粗大晶粒，而晶粒普遍长大将导致材料强度下降，单个的粗大WC晶粒则常常是引起材料断裂的重要因素。另一方面，细晶粒硬质合金的价格较为昂贵，对其推广应用也起到一定制约作用。
2) 涂层硬质合金
在韧性较好的硬质合金基体上，通过CVD(化学气相沉积)、PVD(物理气相沉积)、HVOF(Hi ghVelocity Oxy-Fuel Thermal Spraying)等方法涂覆一层很薄的耐磨金属化合物，可使基体的强韧性与涂层的耐磨性相结合而提高硬质合金刀具的综合性能。涂层硬质合金刀具具有良好的耐磨性和耐热性，特别适合高速切削；由于其耐用度高、通用性好，用于小批量、多品种的柔性自动化加工时可有效减少换刀次数，提高加工效率；涂层硬质合金刀具抗月牙洼磨损能力强，刀具刃形和槽形稳定，断屑效果及其它切削性能可靠，有利于加工过程的自动控制；涂层硬质合金刀具的基体经过钝化、精化处理后尺寸精度较高，可满足自动化加工对换刀定位精度的要求。上述特点决定了涂层硬质合金刀具特别适用于FMS、CIMS(计算机集成制造系统)等自动化加工设备。
但是，采用涂层方法仍未能根本解决硬质合金基体材料韧性和抗冲击性较差的问题。
3) 表面、整体热处理和循环热处理
对强韧性较好的硬质合金表面进行渗氮、渗硼等处理，可有效提高其表面耐磨性。对耐磨性较好但强韧性较差的硬质合金进行整体热处理，可改变材料中的粘结成分与结构，降低WC硬质相的邻接度，从而提高硬质合金的强度和韧性。利用循环热处理工艺缓解或消除晶界间的应力，可全面提高硬质合金材料的综合性能。
4) 添加稀有金属
在硬质合金材料中添加TaC、NbC等稀有金属碳化物，可使添加物与原有硬质相WC、TiC 结合形成复杂固溶体结构，从而进一步强化硬质相结构，同时可起到抑制硬质相晶粒长大、增强组织均匀性等作用，对提高硬质合金的综合性能大有益处。在ISO标准的P、K、M类硬质合金牌号中，均有这种添加了Ta(Nb)C的硬质合金(尤以M类牌号中较多)。
5) 添加稀土元素
在硬质合金材料中添加少量钇等稀土元素，可有效提高材料的韧性和抗弯强度，耐磨性亦有所改善。这是因为稀土元素可强化硬质相和粘结相，净化晶界，并改善碳化物固溶体对粘结相的润湿性。添加稀土元素的硬质合金最适合粗加工牌号，亦可用于半精加工牌号。此外，该类硬质合金在矿山工具、顶锤、拉丝模等硬质合金工具中亦有广阔应用前景。我国稀土资源丰富，在硬质合金中添加稀土元素的研究也具有较高水平。
硬质合金刀具材料的发展思路
应用晶须增韧补强、纳米粉复合强化技术全面提高硬质合金刀具材料的硬度、韧性等综合性能，是硬质合金刀具材料研究今后发展的重要方向。
1) 晶须增韧补强技术
a. 增韧机理
由于硬质合金刀具材料的断裂韧性欠佳，因此很难应用于一些对刀具韧性要求较高的加工场合(如微型深孔钻削等)。解决这一问题的一种有效方法是使用晶须增韧补强技术。
加入硬质合金材料中的晶须能吸收裂纹扩展的能量，吸收能量的大小则由晶须与基体的结合状态决定。晶须增韧机制主要表现为：①晶须拔出增韧：晶须在外界负载作用下从基质中拔出时，因界面摩擦而消耗掉一部分外界负载能量，从而达到增韧目的，其增韧效果受晶须与界面滑动阻力的影响。晶须与基体界面之间必须有足够的结合力，以使外界负载能有效传递给晶须，但该结合力又不能太大，以便保持足够的拔出长度。②裂纹偏转增韧：当裂纹尖端遇到弹性模量大于基质的第二相时，裂纹将偏离原来的前进方向，沿两相界面或在基质内扩展。由于裂纹的非平面断裂比平面断裂具有更大的断裂表面，因此可吸收更多外界能量，从而起到增韧作用。在基质内加入高弹性模量的晶须或颗粒均可引起裂纹偏转增韧机制。③晶须桥接增韧：当基质断裂时，晶须可承受外界载荷并在断开的裂纹面之间起到桥梁连接作用。桥接的晶须可对基质产生使裂纹闭合的力，消耗外界载荷做功，从
而提高材料韧性。
b. 晶须的选用及添加方式
目前常用的晶须材料主要有SiC、TiC、TiB2、Al2O3、MgO、氮化硼、莫来石等。但研究重点应放在单晶SiC晶须材料上，这是由于SiC本身具有良好的抗热震性以及纤维状(针状)SiC粉末体较易获得。
SiC晶须的添加方式主要有两种：①外加晶须方式：将一定量的SiC粉末加入以氧化物、氮化物等为基体的粉末材料中，通过制造加工获得晶须增韧制品。这种方式目前使用较广泛。②合成晶须方式：将粉末基体与SiO2、碳黑、烧结助剂等混合后，在一定温度和压力下合成SiCw晶须，然后通过制造加工获得晶须增韧制品。这种方法目前尚在进一步研究开发之中。一般选用SiCw晶须的直径范围为0.01～3μm，长度范围为0.1～300μm，晶须的长径比取值为10，SiCw晶须添加量为5%～40%。我国目前使用的SiCw晶须特性见表1。
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c.晶须的取向与含量
晶须增韧硬质合金材料热压成形后，晶须的分布呈现出明显的方向性，在不同方向上因晶须取向不同而表现出不同的增韧效果。因此，在制造硬质合金刀片时应考虑晶须取向对刀具切削性能的影响。此外，WC-Co-SiCw材料中的晶须含量不同，其增韧效果也有较大差异。如晶须含量过多，会因烧结困难而难以获得致密度高的材料组织，从而影响硬质合金材料强度；如晶须含量过少，则晶须增韧效果不明显，材料断裂韧性提高有限，晶须可能非但起不到增韧作用，反而成为多余夹杂物甚至缺陷源。因此，存在一个最佳晶须配比，按此配比添加晶须，不仅可获得致密度高的材料，而且外载能通过界面传给晶须，有效实现晶须的增韧作用。为达此目的，应根据刀具损坏方式的不同，分别优选出具有不同晶须含量和不同晶须取向的WC-Co-SiCw刀具进行切削加工，以充分实现这种刀具材料的增韧补强作用。
2) 纳米复合强化技术
a.强化机理
纳米技术是近年来发展迅速的一门新兴技术。当材料的晶粒尺寸达到纳米级，就会产生许多特异性能。由于纳米材料具有较大界面，界面上的原子排列相当混乱，在外力变形条件下极易迁移，因此使材料表现出良好的韧性与延展性。纳米刀具材料的显微结构物相具有纳米级尺度，由于尺寸效应的作用，晶界面积增大，抗裂纹扩张阻力提高，从而可获得优异的力学性能(如断裂韧性、抗弯强度、硬度等)，表现出良好的切削性能。
由于生产工艺不成熟、价格昂贵以及烧结过程中纳米晶粒容易发生疯长等原因，迄今世界上还没有一家公司实现100nm粒度硬质合金材料的工业化规模生产。因此，纳米硬质合金材料的工业化应用还有待时日。但是人们发现，在细晶粒硬质合金基体中加入纳米颗粒，也可使硬质合金基体材料的硬度、韧性等综合性能有较大提高。因此，采用纳米复合强化是改善细晶粒硬质合金材料性能的有效途径。
纳米复合强化机理主要是因为弥散在硬质合金基体材料中的纳米颗粒具有弥散增韧作用。当在基质材料中加入高弹性模量的第二相粒子(纳米颗粒)后，这些粒子在基质材料受到拉伸作用时将阻止横向截面收缩，而要达到与基体相同的横向收缩，就则增大纵向拉应力，这样就可使材料消耗更多能量，起到增韧效果。同时，高弹性模量颗粒对裂纹可起到“钉扎”作用，使裂纹发生偏转、绕道，从而耗散裂纹前进的动力，起到增韧作用。此外，弥散在硬质合金基体材料中的纳米颗粒可抑制硬质合金晶粒在烧结过程中的长大，综合提高硬质合金材料的机械性能。
b. 抑制剂的选择
制备纳米复合细晶粒硬质合金时，一个重要问题是在烧结过程中如何抑制晶粒的长大。细晶粒硬质合金在烧结时极易快速长大，晶粒长大会导致材料强度下降，单个的粗大WC晶粒常常是硬质合金发生断裂的重要诱因。通过添加抑制剂能有效阻止烧结过程中WC晶粒的长大，而消除WC晶粒局部长大的关键在于抑制剂的均匀分布。晶粒长大现象主要发生在WC的溶解沉淀过程中，即WC溶解在液相中并沉淀在较大WC晶体上而导致晶粒长大。抑制剂可抑制晶粒长大的一个重要机理在于加入抑制剂可降低WC在粘结相中的溶解度，使WC晶粒的溶解—析出机制受到阻碍，从而破坏晶粒长大的条件；同时，加入的抑制剂可沉积在WC晶粒的活化长大晶粒上，从而阻止晶粒进一步长大。
通常用于控制WC晶粒长大的抑制剂有VC、Cr3C2等，此外，添加的难溶碳化物还有TiC、ZrC、NbC、Mo2、HfC、TaC等。图1所示为制备WC-X-20%Co(X为添加的碳化物)硬质合金时(1400℃下烧结1小时)WC的平均晶粒度与各种碳化物单独添加量之间的关系。由图可见，各种碳化物抑制剂控制WC晶粒长大的效果顺序为：VC>Mo2C>Cr3C2>NbC>TaC>TiC>Zr C>HfC，其中VC的抑制效果最明显，而添加微量Mo2C和Cr3C2则几乎没有抑制WC晶粒长大的作用。
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图1 碳化物添加量与WC晶粒度的关系
c. 抑制剂添加方式
抑制剂的添加方式对超细硬质合金性能影响极大。在添加量相同的条件下，以单质形式加入抑制剂通常可使硬质合金材料的孔隙度更高、晶粒更细；而以固溶体形式加入抑制剂时，硬质合金材料的孔隙相对较少、晶粒较粗。按不同方式添加抑制剂的WC-8%Co硬质合金的性能指标见表2。可知，以固溶体形式添加抑制剂的硬质合金各项性能指标较好，材料抗弯强度有较大提高。以VC为例，如以单质形式添加，VC更容易溶解于Co相中，从而减少了W的溶解量；VC排列在WC/Co界面上，可阻止晶粒长大，并使晶粒生长不完整；在冷却过程中，#0 向!0 晶粒扩散，形成(W，V)C固溶体，由于形成固溶体时间短，在晶粒内造成较大微观应变，从而影响硬质合金的机械物理性能。如以固溶体形式添加VC抑制剂，WC、VC同时向Co相内扩散，V的溶解量有所减少，而W的溶解量增加，孔隙充填更为容易，但同时也使VC的抑制作用下降；在冷却过程中，由于部分VC已经以(W，V)C的形式存在，使晶粒内部的应变减小，晶粒生长更趋完整，从而提高了硬质合金的机械物理性能。
表2 添加不同抑制剂的WC-8%Co硬质合金性能
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结语
本文通过对硬质合金刀具材料研究现状的综合评述，提出采用晶须增韧补强、纳米复合强化的协同增韧作用提高和改善硬质合金综合性能的研究发展思路。可以预计，由于晶须增韧补强、纳米复合强化工艺在改善硬质合金性能方面具有的显著优势，它们必将在新型高性能硬质合金刀具材料的研究开发中得到广泛应用。
硬质合金刀具基础知识
硬质合金刀具材料基础知识 文章来源：中国刀具信息网添加人：阿刀 硬质合金是使用最广泛的一类高速加工（HSM）刀具材料，此类材料是通过粉末冶金工艺生产的，由硬质碳化物（通常为碳化钨WC）颗粒和质地较软的金属结合剂组成。目前，有数百种不同成分的WC基硬质合金，它们中大部分都采用钴（Co）作为结合剂，镍（Ni）和铬（Cr）也是常用的结合剂元素，另外还可以添加其他一些合金元素。为什么有如此之多的硬质合金牌号？刀具制造商如何为某种特定的切削加工选择正确的刀具材料？为了回答这些问题，首先让我们了解一下使硬质合金成为一种理想刀具材料的各种特性。 硬度与韧性 WC-Co硬质合金在兼具硬度和韧性方面具有独到优势。碳化钨（WC）本身具有很高的硬度（超过刚玉或氧化铝），而且在工作温度升高时其硬度也很少下降。但是，它缺乏足够的韧性，而这对于切削刀具是必不可少的性能。为了利用碳化钨的高硬度，并改善其韧性，人们利用金属结合剂将碳化钨结合在一起，从而使这种材料既具有远远超过高速钢的硬度，同时又能够承受在大多数切削加工中的切削力。此外，它还能承受高速加工所产生的切削高温。 如今，几乎所有的WC-Co刀具和刀片都采用了涂层，因此，基体材料的作用似乎显得不太重要了。但实际上，正是WC-Co材料的高弹性系数（衡量刚度的指标，WC-Co的室温弹性系数约为高速钢的三倍）为涂层提供了不变形的基底。WC-Co基体还能提供所需要的韧性。这些性能都是WC-Co材料的基本特性，但也可以在生产硬质合金粉体时，通过调整材料成分和微观结构而定制材料性能。因此，刀具性能与特定加工的适配性在很大程度上取决于最初的制粉工艺。 制粉工艺 碳化钨粉是通过对钨（W）粉进行渗碳处理而获得的。碳化钨粉的特性（尤其是其粒度）主要取决于原料钨粉的粒度以及渗碳的温度和时间。化学控制也至关重要，碳含量必须保持恒定（接近重量比为6.13％的理论配比值）。为了通过后续工序来控制粉体粒度，可以在渗碳处理之前添加少量的钒和/或铬。不同的下游工艺条件和不同的最终加工用途需要采用特定的碳化钨粒度、碳含量、钒含量和铬含量的组合，通过这些组合的变化，可以产生各种不同的碳化钨粉。例如，碳化钨粉生产商ATI Alldyne公司共生产23种标准牌号的碳化钨粉，而根据用户要求定制的碳化钨粉品种可达标准牌号碳化钨粉的5倍以上。 在将碳化钨粉与金属结合剂一起进行混合碾磨以生产某种牌号硬质合金粉料时，可以采用各种不同的组合方式。最常用的钴含量为3%－25%（重量比），而在需要增强刀具抗腐蚀性的情况下，则需要加入镍和铬。此外，还可以通过添加其他合金成分，进一步改良金属结合剂。例如，在
刀具材料的研究现状及展望
刀具材料的研究现状及展望 2012034110 李贺 【摘要】随着难加工材料的日益增多以及对加工效率的要求的提高，刀具的发展对提高生产效率和加工质量具有直接影响。本文以刀具材料为主线，介绍了高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料等刀具材料的性能以及现状。根据刀具材料的优缺点提出其适合的加工切削条件，同时在理论层面提出对未来发展的思考。 【关键词】高速钢；硬质合金；陶瓷；超硬材料；研究现状；展望 1 刀具失效形式和性能要求 刀具磨损是刀具的主要失效形式，常见的失效形式有：磨粒磨损、氧化磨损、粘结磨损、扩散磨损等正常磨损；卷刀、崩刃、崩碎、打刀等非正常磨损[1]。由此，刀具材料应具有良好的力学性能，另外还应具有良好的工艺性能以及可最大限度降低刀具成本的经济性[2]。 2 高速钢刀具材料 高速钢刀具材料可分为传统熔融高速钢、粉末冶金高速钢和少无莱氏体高速钢。但随着加工材料的发展，虽然其能满足通用工程材料切削加工的要求，但其性能已不够先进。 2.1 传统熔融高速钢 熔融高速钢刀具材料分为：普通高速钢；高性能高速钢。普通高速钢具有较好的塑性，常温硬度63～66HRC，而在高温下，硬度很差。高性能高速钢的硬度普遍比普通高速钢提高2～4 个HRC，高温硬度也较好，但是其抗弯强度、韧性较低[3]。 2.2 粉末冶金高速钢、少无莱氏体高速钢 粉末冶金高速钢及少无莱氏体高速钢解决了熔炼高速钢在冷凝过程中产生的粗大碳化物偏析及碳化物粗大问题。 少无莱氏体钢在热处理时需要进行渗碳处理提高表层的含碳量，以增加硬度，表层经淬火及回火后硬度可达66～67HRC 以上，成为超硬高速钢。少无莱氏体高速钢刀具有芯韧表硬的特点，具有好的综合性能[4]。 3 硬质合金刀具材料 硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物（称硬质相）和金属（称粘结相）。近年来随着材料技术的发展，将其分为P、M、K、H、S、N 六个系列[5]。P 类，主要用于切削钢材；K 类，主要用于切削铸铁；M 类，为普通型硬质 合金；H 类，主要用于切削高硬材料，如淬硬钢，冷硬铸铁等；S 类，用于切削耐热材料、高温合金等；N 类，用于切削有色金属[6]。 3.1 传统硬质合金刀具材料 分类：碳化钨基硬质合金、碳（氮）化钛基硬质合金。 性能：硬度为89.5～94HRA，具有较好的红硬性、耐磨性等综合性能，其适于加工未淬火的钢材。
硬质合金车刀几何角度选择原则
●硬质合金车刀合理前角、后角的参考值 (1)前角的选择 增大前角，可减小切削变形，从而减小切削力、切削热，降低切削功率的消耗，还可以抑制积屑瘤和鳞刺的产生，提高加工质量。但增大前角，会使楔角减小、切削刃与刀头强度降低，容易造成崩刃，还会使刀头的散热面积和容热体积减小，使切削区局部温度上升，易造成刀具的磨损，刀具耐用度下降。 选择合理的前角时，在刀具强度允许的情况下，应尽可能取较大的值，具体选择原则如下： 1)加工塑性材料时，为减小切削变形，降低切削力和和切削温度，应选较大的前角，加工脆性材料时，为增加刃口强度，应取较小的前角。工件的强度低，硬度低，应选较大的前角，反之，应取较小的前角。用硬质合金刀具切削特硬材料或高强度钢时，应取负前角。 2)刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较高时，应取较大的前角。如高速钢刀具的前角比硬质合金刀具的前角要大；陶瓷刀具的韧性差，其前角应更小。 3)粗加工、断续切削时，为提高切削刃的强度，应选用较小的前角。精加工时，为使刀具锋利，提高表面加工质量，应选用较大的前角。当机床的功率不足或工艺系统的刚度较低时，应取较大的前角。对于成形刀具和在数控机床、自动线上不宜频繁更换的刀具，为了保证工作的稳定性和刀具耐用度，应选较小的前角或零度前角。 (2)后角的选择 增大后角，可减小刀具后刀面与已加工表面间的摩擦，减小磨损，还可使切削刃钝圆半径减小，提高刃口锋利程度，改善表面加工质量。但后角过大，将削弱切削刃的强度，减小散热体积使散热条件恶化，降低刀具耐用度。实验证明，合理的后角主要取决于切削厚度。其选择原则如下： 1)工件的强度、硬度较高时，为增加切削刃的强度，应选较小后角。工件材料的塑性、韧性较大时，为减小刀具后刀面的摩擦，可取较大的后角。加工脆性材料时，切削力集中在刃口附近，应取较小的后角。 2)粗加工或断续切削时，为了强化切削刃，应选较小的后角。精加工或连续切削时，刀具的磨损主要发生在刀具后刀面，应选用较大的后角。 3)当工艺系统刚性较差，容易出现振动时，应适当减小后角。在一般条件下，为了提高刀具耐用度，可增大后角，但为了降低重磨费用，对重磨刀具可适当减小后角。 为了使制造、刃磨方便，一般副后角等于主后角。下表1给出了硬质合金车刀合理后角的参考值。 表1 硬质合金车刀合理前角、后角的参考值
硬质合金刀具材料发展现状与趋势_陶国林
第18卷 第3期2011年6月 金属功能材料M etallic Functional M aterials Vol .18, No .3 June , 2011 硬质合金刀具材料发展现状与趋势 陶国林 1,2 ,蒋显全2,黄 靖 3 (1.重庆工商大学,重庆400067;2.重庆市科学技术研究院 新材料研究中心,重庆400020; 3.重庆机械电子技师学院,重庆400030) 摘 要:回顾了各种硬质合金刀具材料的基本性能和发展现状,并对各种刀具材料技术的研究成果及发展趋势进行了探讨,同时提出了今后的发展方向。关键词:硬质合金;刀具材料;涂层 中图分类号:T G135.5 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2011)03-0079-05 Research Status and Developing Trend of Cemented Carbide Tool TA O G uo -lin 1,2,JIA NG Xian -quan 2,H U A NG Jing 3 (1.Chongqing Technolo gy and Business U niv ersity ,Chongqing 400067,China ;2.Cho ng qing A cademy o f Science and T echno lo gy ,Chongqing 400020,China ;3.Chongqing M echanical Elec trical A rtificer Co llege ,Cho ng qing 400030,China ) Abstract :Co nventio na l pe rfor mances and resea rch status o f many kinds of cemented car bide cutting too l material are rev iewed ,and the resea rch achievement o f cemented ca rbide too ls in recent year s are discussed ;M eanw hile ,develop -ment trend in the future is put fo rw ard . Key words :ceme nted ca rbide ;cutting to ol ma te rial ;coa ting 作者简介:陶国林(1975-),男,四川德阳人,硕士,助理研究员,主要从事碳化钨硬质合金方面的研究。 随着加工业的发展,难加工材料的使用日益增多,对加工效率的要求也不断提高。刀具的发展对 提高生产效率和加工质量具有直接影响。材料成分和结构以及几何形状是决定刀具性能的3要素,其中刀具材料的性能起着关键性作用。目前虽然可供使用的品种很多,新型的刀具材料也不断出现,但硬质合金是最受欢迎的一种刀具材料[1]。 硬质合金是由高硬度、难熔的金属碳化物(WC 、TiC 等)微米级粉末采用Co 、Mo 、Ni 等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品,。其高温碳化物含量超过高速钢,允许的切削温度高达800～1000℃,常温硬度达89～93H RA ;在540℃时为82～87H RA ,与高速钢常温时硬度(83～86H RA )相同;760℃时硬度达77～85H RA ,并具有化学稳定性好、耐热性高等优点。硬质合金刀具切削速度可达 100～300m /min ,远远超过高速钢,寿命是高速钢的几倍到几十倍[2] 。发达国家90%以上的车刀和 55%以上的铣刀都采用硬质合金材料制造,目前使用比重仍在增加[3]。另外,硬质合金也用来制造钻头、铣刀、齿轮刀具、铰刀等复杂刀具,硬质合金以其优良的性能正在更多的场合替代其他的刀具材料,现在已成为主要的刀具材料之一。 目前世界上硬质合金刀具已占刀具主导地位,占比达70%;金刚石、立方氮化硼等超硬刀具占比约为3%左右;而高速钢刀具正以每年1%～2%速度缩减,目前所占比例已降至30%以下。我国目前年产硬质合金1.6万t ,占全球总产量40%左右。但硬质合金制品附加值最高的切削刀片产量只有 3000余t ,只占20%[4,5] 。 从经济效益方面比较,我国刀具年销售额为
数控刀具材料及选用
数控刀具材料及选用，再也不用盲目选刀 加工设备与高性能的数控刀具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。随着刀具材料迅速发展，各种新型刀具材料，其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。 一. 刀具材料应具备基本性能 刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此，刀具材料应具备如下一些基本性能： (1) 硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。 (2) 强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。 (3) 耐热性。刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。 (4) 工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能；磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。 二.刀具材料的种类、性能、特点、应用 1．金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用 金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。 ⑴金刚石刀具的种类 ①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002靘，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。 ②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石
硬质合金基础知识
硬质合金基础知识 1概述 1.1 硬质合金定义 硬质合金是由难熔金属硬质化合物和金属粘结剂经过粉末冶金方法而制成的。其中难熔金属化合物有碳化钨（WC）、碳化钛（TiC)、碳化铌(NbC)、碳化钽(TaC)等。粘结金属有铁（Fe)、钴(Co)、镍(Ni)等。 1.2 硬质合金的性能及用途 硬质合金具有熔点高、硬度高、屈服强度高；良好的耐磨性、导热性、抗腐蚀性、抗氧化性等特殊的优良性能，广泛地应用于切削刀具、耐磨零件、模具材料、矿用齿、石油控制件等方面。 1.3 硬质合金的分类 按照硬质合金的用途，可分为： （1）切削工具：用作各种各样的切削工具。如：焊接刀具、数控刀具、整体硬质合金钻头、PCB等。我国切削工具的硬质合金用量约占整个硬质合金产量的1/3。 （2）矿用工具：主要用于冲击凿岩用钎头，地质勘探用钻头，矿山油田用潜孔钻、牙轮钻以及截煤机截齿，建材工业冲击钻等。我国地矿用硬质合金约占硬质合金生产总量的25%。（3）模具：拉丝模、冷镦模、挤压模、冲压模、拉拔模以及轧辊等。用作各类模具的硬质合金约占硬质合金生产总量的8%， （4）结构零件：如压缩机活塞、车床夹头、磨床心轴、轴承轴颈等。 （5）耐磨零件：如喷嘴、导轨、柱塞、球、轮胎防滑钉、铲雪机板等。 （6）耐高压高温用腔体：顶锤、压缸等制品。 （7）其他用途：如表链、表壳、高级箱包的拉链头、硬质合金商标等。 2. 硬质合金生产流程
3 硬质合金性能与应用 硬质合金性能指标： 包括材质检测和外观尺寸检测。 ?密度D—密度是单位体积重量； ?硬度HRA、HV—表征合金抵抗变形和磨损的能力； ?相对磁饱和Ms%—现代硬质合金生产总碳控制是通过合金的磁饱和来实现的； ?矫顽磁力Hc—主要决定于钴层厚度，同时与钴相分布的均匀性和合金的碳含量有 关； ?抗弯强度TRS—表征合金在弯曲负荷的作用下，试样完全断裂时的极限强度。 ?冲击韧性a k—试样破断时的冲击消耗功与所测试样横截面积之比值。固溶度越大， 冲击韧性越大。 ?金相—微观结构特征和缺陷。微观结构特征包括合金相成份、平均晶粒度和粒度组 成，钴层厚度及其分布。缺陷包括孔隙度，夹杂，聚晶、夹粗、混料、钴池、渗碳、脱碳等。 ?尺寸——主要指合金的尺寸以及形位公差。 ?外观——主要指合金的外观颜色、缺口、掉边、凹坑等等。 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！
硬质合金刀具牌号
焊接刀、焊接刀片：A1型：A116、A118、A120、A122、A125、A130、A136、A140等 A2型：A216 A220 A225等 A3型：A315 A320 A325 A330 A340等 A4型：A416 A420 A425 A430等 B2型：B214 B216 B220 B225等 C1型：C116 C120 C122 C125等 C3型：C304 C305 C306 C308 C310 C312 C316等 C4型：420 C425 C430 C435等 D2型：D216 D220 D224 D226 D228 D230等 E3型：E325 E330等 F2型：F216 F216A F220 F230 F230A等 机夹刀片主要型号： 3A型：31305A 31605A等 3C型：31303C 31603C等 3D型：31303D 31603D 31903D等 3V型：31305V 31310V 31320V 31605V 31610V 31620V等 C-H型：C1610H6 C1610H6Z C1910H6 C1910H6Z等 T3A型：T31305A T31605A T31905A等 T3F型：T31305F T31605F T31905F等 T3V型：T31305V T31310V T31605V T31610V T31910V等 4A型：41305A 41315A 41605A 41905A等 4F型：41305F 41605F 41905F等 4H型：41305H 41605H 41905H 41910H 42210H8 42510H8等 4V型：41305V 41310V 41605V 41610V 41620V等 铣刀片主要型号： 3-0型：313100 316100等 3-8型：313058 313108等 3-11型：3100511 3130511 3131011等 4-0型：413050 413100 416050 416100 419100 419200等 4-8型413058 416058 416108 416158 419108等 4-11型：4130511 4131011 4160511 4161011 4161511 4191011等 G3-0型：G307050 G310050 G313050 G316050等
刀具基础知识及应用考试题-刀父
《刀具基础知识及应用》试题 考试时间：60分钟总分：100分 姓名：部门：得分： 一、填空题（每空1分，共30分） 1．刀具材料的种类很多，常用的金属材有高速钢、；非金属材料 有金刚石、、等。 2．材料的硬度主要有洛氏硬度、、等。 3．金属材料热处理方式有、、、。 4．钻头的钻芯形状有、两种。 5.车削刀具的‘两刃’指的是、。 6．用来作为刀具钝化的材料主要有、。 7．刀具涂层工艺的方法有磁控离子溅射、两种。 8.切削是一个从弹性变形-- --挤裂--切离的过程。 9.硬质合金的主要化学成分是、。 10．高速钢与硬质合金相比，强度高韧性好的是材料，硬度高、 脆性大的是材料。 11．下图1中刀具周刃标注参数中，19 指的是，Φ7.2指的 是，0.4±0.05指的是；下图2中刀具端刃标注参数中， 2 指的是，6 指的是，35 指的是；下图3中刀具 标注参数中，60±1指的是，12 -0.005/-0.015指的是， 2.7 +0.5/-0 指的是。 图1 图2
图3 二、判断题：（在题末括号内作记号：“√”表示对，“×”表示错）（每题2分，共20分） 1．刀具寿命的长短、切削效率的高低与刀具材料切削性能的优劣有关（）2．积屑瘤的产生在精加工时要设法避免，但对粗加工有一定的好处。（）3．刀具的磨钝出现在切削过程中，是刀具在高温高压下与工件及切屑产生强烈摩擦，失去正常切削能力的现象。（）4．刀具材料的硬度越高，强度和韧性越低。（）5．当粗加工、强力切削或承冲击载荷时，要使刀具寿命延长，必须减少刀具摩擦，所以后角应取大些。（） 6.当工件表面有硬皮时，宜采用逆铣方式。（） 7.切削加工中使用切削液目的是降低切削温度、润滑、冲洗切屑。（） 8.立铣刀刃长越短，刚性越高，在切削过程中不容易发生弯曲和震动，提 高加工的精度。（） 9.钻头顶角越大，轴向力越大，但毛刺力矩减少。（） 10.一般硬质合金的硬度在92-94HRC。（） 三、选择题（将正确答案填在空格内）（每题2分，共20分） 1.切削刃形状复杂的刀具有（）材料制造较合适。 A.硬质合金 B、人造金刚石 C、陶瓷 D、高速钢 2．刀具磨损过程的三个阶段中，作为切削加工应用的是( )阶段。 A.初期磨损 B.正常磨损 C.急剧磨损 3.丝锥是用于加工各种( )螺纹的标准刀具。 A.内 B.外 C.内、外 4．加工塑性材料、软材料时刀具前角应________；加工脆性材料、硬材料时
硬质合金刀具采购合同范本
合同合同编号： 项目名称： 需方： 供方： 签订时间：
合同书 合同编号： 1.合同供货名称： 2.名称、规格型号、数量、材质: 3.合同总价：（含税） 4.交货期及交货方式 4.1 交货期： 在签订合同后30天到货。 4.2 交货地点： 4.3 运输方式：货物发到指定地点。 4.4 货物包装须适合多次搬运、防腐、防变形，防挤压磕碰，包装物不回收，不另收费。 4.5 供方负责将所供全部货物安全运抵合同交货地点。 5.到货验收
5.1 货物到货后，供方通知需方，供方必须携带“技术协议”及图纸和有关资料到交货地点与需方一起按合同验货，并在验货报告上签字。 5.2 货物验货缺损问题，按以下原则办理： 5.2.1 在验货之前(包括公路、铁路运输过程中)出现的货物缺、损、丢失件等由供方负责解决(包括索赔事宜)，费用由供方承担。 5.2.2 验货过程中出现的缺、损、丢失、质量不合格等，供方须按合同要求补发，费用由供方负责。 6. 质量 6.1 质量验收按本合同“技术协议”及图纸规定执行。 6.2 质保期一年，质保期出现的货物质量问题，供方负责实行“三包”。由于供方原因出现重大质量问题，除质保期顺延外，造成的经济损失，供方还将承担相应的赔偿。由于需方责任造成的货物损坏，供方负责维修，合理收费。 6.3 供方保证所提供的设计、选材、加工制造、检验、验收要符合技术协议规定要求。 6.4 供方在规定的质量保证期负责实行“三包”，应对由于设计、制造、工艺或材料的缺陷所发生的质量问题负责，并免费修理和更换有缺陷的部分。 7. 费用结算方式与支付时间 7.1货物到货验货符合合同和技术协议要求，刀具调试验收合格后20日，支付合同金额的60%，计5.1万元(人民币)；刀具试用期
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路【深度解读】
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路【深度解读】
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500——600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m/min，使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加
入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%——1.05%。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40——60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10——20倍，其红硬性比硬质合金高2——6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93——95HRC，
常用刀具材料分类特点及应用
金属切削原理读书报告 常用刀具材料分类特点及应用 姓名： 班级： 学号： 2014年5月7日
摘要 本文在阅读有关论文和专著的基础上对现阶段常用的刀具材料进行了总结和分析，总结出了碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方碳化硼等刀具材料的特点及应用范围，同时针对几种常见的切削工序中刀具材料的应用做了简单的分析。
目录 摘要 (1) 1刀具材料的发展历史 ......................................................... 错误!未定义书签。 2 常用刀具材料及特点 ........................................................ 错误!未定义书签。 碳素工具钢 ................................................................... 错误!未定义书签。 合金工具钢 ................................................................... 错误!未定义书签。 高速钢 ........................................................................... 错误!未定义书签。 硬质合金 ....................................................................... 错误!未定义书签。 陶瓷 ............................................................................... 错误!未定义书签。 超硬材料 ....................................................................... 错误!未定义书签。 3 刀具材料的典型应用 ........................................................ 错误!未定义书签。 工件材料与刀具材料 ................................................... 错误!未定义书签。 加工条件与刀具材料 ................................................... 错误!未定义书签。 4 总结 .................................................................................... 错误!未定义书签。 5 参考文献 ............................................................................ 错误!未定义书签。
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路 作者：佚名来源：不详发布时间：2008-11-21 23:35:38 发布人：admin 减小字体增大字体 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500～600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m/min，使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢 至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%～1.05%。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40～60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍，其红硬性比硬质合金高2～6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93～95HRC，为提高韧性，常添加少量Co、Ni等金属。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶瓷为Si3N4+TiC+Co复合陶瓷，其韧性高于氧化铝基陶瓷，硬度则与之相当。③氮化硅—氧化铝复合陶瓷。又称为赛阿龙(Sialon)陶瓷，其化学成分为77%Si3N4+13%Al2O3，硬度可达1800HV，抗弯强度可达1.20GPa，最适合切削高温合金和铸铁。 3) 金属陶瓷 金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同，主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、M o等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金，低于陶瓷材料；其横向断裂强度大于
中国刀具行业现状
中国刀具概况 1. 引言 中国的刀具市场，是一个造就个人英雄主义、成就代理商魅力的舞台。没有哪一种产品，能像刀具这样，小产品成就大事业。 刀具在制造业中所占比重较少但却是一个非常活跃的领域。刀具的新材料．新技术层出不穷，生产．销售、服务的方式丰富多彩。伴随着中国制造业的腾飞，刀具市场也上演了一场令人眼花缘乱的变革。 在中国的刀具领域，国外厂家的销售额有三个门槛，分别是三亿．二亿和一亿人民币，可谓一亿一个门槛。全球行业龙头山特维克可乐满(Sandvik Coromant)在最高的一个门槛，全球第二的肯纳Kennametal 在中国靠近第二个门槛，对于第三个门槛则有很多竞争似乎很难摆清。近几年发展迅猛的伊斯卡 ISCAR 大约在 8000万，而瓦尔特通过出色的营销方案，加上工具磨床在内大约 1.3 亿元左右，稳扎稳打的山高Seco 出货量预计也在 8000万元左右；而在代理中则以上海联创、北京金万众、上海兴合等代理商比较出色，总体销售额(包括刀具、对刀仪、刀柄等产品)都在亿元附近。 而国内则有株洲、成量．哈一工以及哈尔滨工量数控刀具公司，加上成都英格、成都量具刃具厂、上海机床附件一厂．东风汽车公司工具厂等在国内的产值过亿。在市场份额上，国产货有着一定的差距；但更大的差距在于我们还不能生产高档次的数控刀具产品。 国内刀具行业面临的状态是刀具行业起步晚，先进的数控刀具仅仅是随着近年来数控机床的发展而发展，因此数控刀具产品发展速度缓慢，基础比较薄弱，竞争力不高。为什么国外刀具行业能抢滩中国的市场？主要原因是：国外产品档次高、品种多，产品质量好；而且，刀具是与机床紧密联系在一起的，国外机床往往选用在国外已经配套使用的刀具，再加上产品精加工、高性能切削，国内产品品种不全，特殊需要时也使用外国刀具，这就是国产刀具形成被动局面的原因。 2. 五大派系 在中国活跃着五大派系主流，一是山特系，山特维克公司有着庞大而复杂的刀具分支，因此在中国的兄弟纷多；二是美国系，主要以肯纳Kennametal 、Widia 、Star 等为代表；三是欧洲系，主要以德国为主，包括 MAPAL 、Guehring 、EMUGE 、TBT 、瓦格纳等；四是日本系，包括三菱．住友、东芝、OSG 、黛杰、不二越、日立等；五是以色列系包括ISCAR(伊斯卡)、莫格索尔、瓦格丝等。 山特系包括山特维克可乐满(Sandvik Coromant)、山高(Seco)、Titex 、瓦尔特 (Walter)、Valenite 等，他们构成一幅独特的层山叠翠的山水图。例如瑞典的山高仍然是独立天地间，甚至在山特维克对外公布的业绩报表中，山高也是独立出现。 在山特维克收购Valenite 时，Seco 成功收购法国刀柄和镗刀制造公司─EPB 公司及荷兰生产整体硬质合金铣刀的Jabro 公司，进一步完善了其产品系列；家族 企业瓦尔特在出售给山特维克之后，基本上在中国也仍是忙碌着瓦尔特业务与品牌的双重扩张；在深孔加工领域有着突出优势的Titex 公司，多年来似乎一直站 在幕后，直到2003年首次单独参加CIMT 展会，今年销售额预计2000万元，Titex 已经有足够的底气以独立的形象获得更大的市场份额。 在这五大派系中，伊斯卡ISCAR 的上升速度只能用“眩晕”二字来形容， 全球范围内以伊斯卡为主体的IMC(Iscar Metal Cutting group)公司已经成为 全球第三大刀具供应商。ISCAR 兼并Ingersoll ，主要看中了其在重型刀具、汽车工业、模具行业专用刀具的开发能力，收购韩国特固克Taegutec 则标志 着其在亚洲的进一步扩张。IMC 集团预计在2004年销售额将达到9 ～ 10亿 美元。
金属切削刀具材料的选择
金属切削刀具材料的选 择 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】
金属切削刀具材料的选择金属切削加工时利用刀具切除被加工零件多余材料从而获得合格零件的加工方法，它是机械制造业中最基本的方法。而在金属切削加工中，刀具是必不可少的一部分，而刀具材料的选择更是重要的一部分。 在现代机械制造业中，机械加工的切削刀具对于提高生产效率，改进产品质量起到关键的作用。由于目前国家各工厂所应用的刀具材料非常复杂，又由于刀具材料的性能优劣能够影响加工零件表面的切削效率，刀具寿命等，而在金属切削过程中刀具切削部分在高温下承受着很大的切削力与剧烈摩擦，所以为了提高工件表面质量，刀具寿命及切削效率因此刀具材料应具备以下性能： ①高的硬度和耐磨性②足够的强度和韧性③高的耐热性④良好的工艺性与经济性⑤好的导热性和小的膨胀系数。因此面对刀具所应具备的性能，刀具材料选择时很难找到各方面的性能都是最佳的，因为各种材料性能之间有的是相互制约的，面对如此情况只能根据工艺的需要保证主要需求性能。 当前使用的刀具材料主要分为四大类：工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢）、硬质合金、陶瓷、超硬质刀具材料，一般的机加工使用最多的是高速钢与硬质合钢。 1、工具钢 用来制造刀具的工具钢主要有三种即碳素工具钢，合金工具钢和高速钢。工具钢的主要特点是耐热性差但抗弯强度高，价格便宜焊接与刃磨性能好故广泛用于中低速切削的成形刀具，不宜高速切削。
⑴碳素工具钢 碳素工具钢按化学成分分类，碳素工具钢负属于非合金钢，按主要质量等级和主要性能及使用特性分类，碳素工具钢属于特殊质量非合金钢，碳素工具钢常用于制作刀具、模具和量具的碳素钢，其加工性良好价格低廉，使用范围广泛所以它在工具钢中用量较大。由于碳素工具钢生产成本极低，原材料来源方便易于冷热加工，在热处理后可获得相当高的硬度，由于碳素工具钢在切削温度高于250～300℃时，马氏体要分解，使得硬度降低，碳化物分布不均匀，淬火后变形较大，易产生裂纹，淬透性差，淬硬层薄所以只适于用于切削速度很低的刀具，如锉刀、手用锯条等。 ⑵合金工具钢 合金工具钢是在碳素工具钢基础上加热铬、钨、钒等合金元素，以提高淬透性，韧性，耐磨性和耐热性的一类钢种，它主要用于制造量具、刀具、耐冲击工具和冷热模具及一些特殊用途的工具。由于合金工具钢热硬性达325～400℃，允许切削速度为10～15m/min，所以其目前主要用于低速工具如丝锥、板牙等 ⑶高速钢 高速钢是含有W、Mo、Cr、V等元素较多，具有高硬度，高耐磨性的工具钢，又称高速工具钢为白钢或锋钢。高速钢的综合性能较好，应用范围最广的一种刀具材料，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具也可制造高温轴承和冷挤压模具等，高速钢经过热处理后硬度达62～66HRC，抗弯强度约为，耐热性为600℃左右，此外还具有热处理变形小，
常用刀具材料及其特性
常用刀具材料的种类及其特性 碳素工具钢 优点：碳素工具钢生产成本较低，原材料来源方便；易于冷、热加工，在热处理后可获得相当高的硬度；在工作受热不高的情况下，耐磨性也较好。 缺点：淬透性差，需要用水、盐水或碱水淬火，畸变和开裂倾向性大，耐磨性和热强度都很低。 常用牌号：T7、T8、T8Mn、T10、T11、T12。 应用：碳含量较低的T7钢具有良好的韧性，但耐磨性不高，适于制作切削软材料的刃具和承受冲击负荷的工具，如木工工具、镰刀、凿子、锤子等。T8钢具有较好的韧性和较高的硬度，适于制作冲头、剪刀，也可制作木工工具。锰含量较高的T8Mn钢淬透性较好，适于制作断口较大的木工工具、煤矿用凿、石工凿和要求变形小的手锯条、横纹锉刀。T10钢耐磨性较好，应用范围较广，适于制作切削条件较差、耐磨性要求较高的金属切削工具，以及冷冲模具和测量工具，如车刀、刨刀、铣刀、搓丝板、拉丝模、刻纹凿子、卡尺和塞规等。T12钢硬度高、耐磨性好，但是韧性低，可以用于制作不受冲击的，要求硬度高、耐磨性好的切削工具和测量工具，如刮刀、钻头、铰刀、扩孔钻、丝锥、板牙和千分尺等。T13钢是碳素工具钢中碳含量最高的钢种，其硬度极高，但韧性低，不能承受冲击载荷，只适于制作切削高硬度材料的刃具和加工坚硬岩石的工具，如锉刀、刻刀、拉丝模具、雕刻工具等。高速钢 优点：避免了熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形。高速钢强度、韧性均好，刃磨后切削刃锋利，质量稳定强度较好，可磨性好，可用普通钢玉砂轮磨削。缺点：价格高，耐热性中等，热塑性差。 主要种类：高速钢是一种复杂的钢种,含碳量一般在0.70～1.65%之间。含合金元素量较多，总量可达10～25%。按所含合金元素不同可分为：①钨系高速钢（含钨9～18%）；②钨钼系高速钢（含钨5～12%,含钼2～6%）；③高钼系高速钢（含钨0～2%,含钼5～10%）；④钒高速钢，按含钒量的不同又分一般含钒量（含钒1～2%)和高含钒量(含钒2.5～5%)的高速钢； ⑤钴高速钢（含钴5～10%）。按用途不同高速钢又可分为通用型和特殊用途两种。①通用型高速钢：主要用于制造切削硬度HB≤300的金属材料的切削刀具(如钻头、丝锥、锯条)和精密刀具（如滚刀、插齿刀、拉刀），常用的钢号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。②特殊用途高速钢:包括钴高速钢和超硬型高速钢（硬度HRC68～70）,主要用于制造切削难加工金属（如高温合金、钛合金和高强钢等）的刀具，常用的钢号有W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。 主要用途：通用性强，广泛用于制造钻头、铰刀、丝锥、铣刀、齿轮刀具及拉刀等。 常用牌号：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8 硬质合金 优点：硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”，用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域，伴随下游产业的发展，硬质合金市场需求不断加大。并且未来高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源的快速发展，将大力提高对高技术含量和高质量稳定性的硬质合金产品的需求。 缺点：抗弯强度低，冲击韧性差，脆性大，承受冲击和抗振能力低。
硬质合金刀具的型号、分类、用途
硬质合金刀具的型号、分类、用途 型号 1、整体硬质合金刀具类，包含麻花钻，铣刀，铰刀，镗刀,铣刀片,球头铣刀，锯片铣刀，锥度铣刀，光面塞规，圆棒及阶梯钻。 2、镶合金刀具类，包含铰刀、螺旋立铣刀，钻扩成型刀，汽车轮毂刀，三面刃，T型铣刀和各种成型刀。 3、可转位刀具类，包括硬质合金可转位立铣刀,可转位面铣刀，可转位燕尾铣刀和可 转位三面刃。 4、高速钢刀具类，包括高速钢成型铣刀，左旋钻，球面铣刀，钴高速钢刀具及各种非标成型高速钢刀具。 5、行业专用刀具类，包含汽车行业专用刀、动员机行业专用刀、缝纫机行业专用刀、模具行业专用刀、纺机业专用刀和印制线路板行业专用刀。 硬质合金分类与用途－ 硬质合金分类及用途，直到国家标准正式发布之前，国内相关书本、杂志、资料中表 述没有严格规范，通常按合金成份进行分类，用途表述则比较分散。 分类 碳化钨基硬质合金：包括WC—Co、WC—TaC—Co、WC—TiC—Co、WC—TiC—TaC —Co、WC—Ti—TaC—NbC—Co等合金，这些合金均以碳化钨为主成份。 碳化钛基或碳氮化钛基硬质合金：通常以TiC或Ti（C、N）为基础成份，以Ni—Mo 作粘结剂而组成的一种硬质合金。这类硬质合金近几年又有许多新的进展，如含Ta、W等重金属元素的多元复式碳化物固溶体加入研制高性能Ti（C、N）基金属陶瓷等。 碳化铬基硬质合金：以Cr3C2为基，以Ni或Ni—W等作粘结剂而组成的硬质合金， 通常用来作耐磨耐腐蚀零件，近几年还大量用于装饰品部件如表链等。 钢结硬质合金：以TiC或 WC为基，钢作粘结剂而组成的一种硬质合金，是一种可进 行机加工和热处理的合金，是介于传统硬质合金与合金钢之间的一种工程材料。 涂层硬质合金：通常指在韧性的碳化钨基硬质合金基体上通过化学气相沉积或物理涂 层方法，涂上几微米厚的TiC、TiN、Ti（C、N）、Al2O3之类的硬质化合物而生产的。 用途