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(dòng)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。


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(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。


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