PCBN刀具材料制备及其特性

PCBN刀具材料制备及其特性
PCBN刀具材料制备及其特性

PCBN刀具材料制备及其特性

摘要:在现代工业尤其是汽车工业及航天航空工业中,复合材料及耐磨有色金属材料被大量使用,而采用普通刀具加工这类材料却难以胜任。因此,超硬刀具材料PCBN应运而生。本文对PCBN材料的主要性能进行了描述。指出,PCBN材料的性能主要与CBN的含量、粒度及结合剂的种类有关。一类是Co等作粘结相,高CBN含量的PCBN,主要用于粗加工,切削高硬度合金钢、耐磨铸铁、硬质合金等较优。另一类是以陶瓷作粘结相,低CBN含量,细粒度的PCBN,主要用于精加工,切削材料以淬火钢、模具钢、轴承钢为主。

一、引言

立方氮化硼复合体(PCBN)是上个世纪70年代初开发的一种超硬刀具材料。与传统刀具材料相比,具有耐磨性高、耐热性好、与铁族金属不起亲和反应等优点。

实践表明,PCBN刀具具有加工精度高和较低的工件表面粗糙度,达到“以车代磨”、“以铣代磨”、“以镗代磨”的使用效果。其加工精度可以达到1μm,表面粗糙度可以达到0.2μm。PCBN是先进加工不可缺少的利刃,高速切削技术发展的历史,也就是刀具材料不断进步的历史。铁族金属高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼。

单晶立方氮化硼的颗粒很小,目前人工合成的单晶立方氮化硼的最大粒径为3mm左右。鉴于培育立方氮化硼大单晶在技术上存在难度,所以,苏联、美国、英国、日本和中国相继研制出聚晶立方氮化硼[1]。

二、PCBN制造工艺简述

聚晶立方氮化硼可以分为整体PCBN烧结块和带硬合金基体的PCBN复合片。整体PCBN烧结块是由CBN颗粒在高压高温下烧结而成的;PCBN复合片是由CBN层与硬质合金基体在高压高温下烧结而成的。多晶体的结构使聚晶立方氮化硼具有各向同性,克服了单晶存在解理面的缺陷,同时,PCBN具有硬质合金基体的抗冲击韧性[2]。

目前,应用比较多是带粘结剂的聚晶立方氮化硼复合片。虽然,整体PCBN烧结块克服了立方氮化硼单晶颗粒小以及各向异性的缺点,但它作为刀具在焊接时存在一定问题,整体PCBN烧结体不易被通常的焊料所浸润粘接,直接进行焊接很困难,而聚晶立方氮化硼复合片则具有这方面的优势[3]。

1、粘结剂

粘接剂在烧结过程中起着降低烧结压力和温度,改善烧结体性能的重要作用。选择粘接

剂要遵循以下原则:

(1).线膨胀系数尽可能与立方氮化硼接近,这样可以降低温差应力;

(2).粘接剂与氮或硼元素应有强烈的化学亲和性,从而可以牢固地粘接立方氮化硼;

(3).可以牢固地连接硬质合金基体;

用作聚晶立方氮化硼粘结剂材料很多,大致可归结为三类:

(1).金属粘结剂,由金属或合金组成。一般有铝、钛、钴、镍等;

(2).陶瓷结合剂,主要有氮化物、碳化物、硼化物等;

(3).金属陶瓷结合剂,由陶瓷与金属或金属合金按一定配比组成。

用金属作粘结剂的聚晶立方氮化硼一般CBN含量高、韧性好、导热性优于陶瓷作粘结剂的聚晶立方氮化硼。但金属通常在七八百度的温度下就会软化,高温下软化效应会导致聚晶立方氮化硼的耐磨性下降。金属与立方氮化硼的线膨胀系数相差较大,高温时会导致立方氮化硼结构的变化,从而使红硬性下降。

陶瓷结合剂熔点相对较高,高温时不会产生软化效应,用陶瓷作结合剂的聚晶立方氮化硼具有较高的耐高温磨损和较强的抗化学磨损性。但陶瓷在高温时导热性差,切削温度集中在被加工材料上,使之软化。

金属陶瓷结合剂则兼具了纯金属和陶瓷粘结剂两者的优点,解决了上述问题,目前在发展推广中[4]。

2 、立方氮化硼的含量

立方氮化硼含量越高,聚晶立方氮化硼的硬度越硬。通常情况下聚晶立方氮化硼的硬度为HV3000~HV 5000。立方氮化硼的含量一般在40%~95%之间[5],超过95%时,烧结性能变差,并且耐磨性大大降低[6]。

3、立方氮化硼的粒度

立方氮化硼颗粒的尺寸大小对聚晶立方氮化硼的耐磨性和抗破损性的影响很大。一般说来,立方氮化硼颗粒越小,聚晶立方氮化硼耐磨性越好,抗压强度越高,但细粒度的立方氮化硼不容易烧结。颗粒尺寸越大,聚晶立方氮化硼抗机械磨损能力就越强,而抗磨损能力越弱,用此制作的刀具的刃口锋利性就越差。

4 、烧结工艺

烧结过程中的主要参数是压力、温度和时间。

5、PCBN产品牌号及基本特征

目前,国外已有主要的PCBN复合片的生产商、产品牌号及基本特征见表1

表1 PCBN厂商、牌号及基本特征

PCBN复合片中的BZN6100是BZN6000的换代产品,BZN8200是BZN8100的换代产品,而新推出的BZN7000则是一种纯CBN烧结体,具有优良的导热性和抗冲击性,特别适合高硬度材料粗加工及铸铁的高速切削加工。

三、聚晶立方氮化硼的性能特点

聚晶立方氮化硼不仅具备了立方氮化硼的优良品质,而且带基体的复合片还具有硬质合金的抗冲击韧性。聚晶的晶粒呈无序排列,各向同性,不存在解理面,不像单晶立方氮化硼在不同晶面上的强度和耐磨性存在很大的差异,克服了单晶解理面的存在而导致的易脆弱性,聚晶立方氮化硼的主要性能有以下几点:

1、具有较高的硬度、耐磨性和抗冲击韧性

聚晶立方氮化硼的硬度远远高于陶瓷和硬质合金,耐磨性很高[7]。在加工高硬度材料时表现极佳,例如加工淬硬钢时,其耐用度是硬质合金的10~50倍。聚晶立方氮化硼刀具的抗冲击韧性也远远高于陶瓷刀具。

2、具有高的热稳定性

聚晶立方氮化硼在高达1200C的温度下仍表现出良好的热稳定性,而且在800C的高温下硬度也高于常温下的硬质合金和陶瓷材料[9]

3、化学稳定牲好

聚晶立方氮化硼与铁族金属在1200C1300C下不起化学反应。在酸中不受侵蚀,在碱中约300C时才被侵蚀。对各种材料的粘结、扩散作用比硬质合金小得多。因此,聚晶立方氮化硼刀具特别适合加工钢铁材料。

PCBN复合片耐高温,在大气和水蒸气中,在900C以下无任何变化且稳定,甚至在1300C 时,和Fe、Ni、Co等也几乎没有反应,更不会像金刚石那样急剧磨损,这时它能保持良好的红硬性。

4、导热性良好

聚晶立方氮化硼材料的导热系数略低于金刚石,是硬质合金的20倍。随着切削温度的提高,聚晶立方氮化硼的导热系数增大,而氧化铝的导热系数减小,如图3所示。因此,立方氮化硼刀具的刀尖处热量可以很快传出去,有利于加工精度和抗机械磨损能力的提高[8]。

5、摩擦系数较低

立方氮化硼与不同材料的摩擦系数在0.1~0.3之间,大大小于硬质合金的摩擦系数

0.4~0.6之间,而且随摩擦速度及正压力的增大而稍有减小[9]。

6、PCBN复合片显微硬度与抗弯强度(TRS)

温度是影响PCBN复合片烧结好环的主要因素之一。测试发现,随着温度的升高TRS 值明显变大。当CBN颗粒间结合能大于单晶的解理能时就表现为穿晶断裂,反之为沿晶断裂。通过电镜观测断口的形貌发现,沿晶断裂和穿晶断裂共存。但随着温度的升高或颗粒粒度的增大,穿晶断裂逐渐增多而且从PCBN层中心沿径向到边缘穿晶断裂也逐渐增多[10]。

7、硬质合金对PCBN硬度与导电性的影响[11]。

在合成PCBN的过程中,硬质合金中的钴扫越CBN层,尽管Co与CBN不反应,少量的钴还是残留在PCBN中作为CBN颗粒间“孔隙”的填充剂。而Co的硬度与CBN颗粒的硬度相比要低得多,因而导致CBN层硬度的降低。

硬质合金对PCBN的导电性有重要的影响,但其影响程度不如添加剂含量的影响明显。它影响到的绝对值跟PCBN本身有关,在通常的范围内(CBN粘结剂低于20%)硬质合金含钴量高,PCBN导电性能则较好,PCBN本身导电性能差,硬质合金不能跟本上改变其导电性,只能有限提高其导电性。这也与PCBN中钴检测情况基本吻合。

表2 PCBN的微观结构与特征

PCBN的等级粗略地分为两种类型(如表2)。A型的特征是CBN体积含量(高于80%)。这种PCBN有少量的钴或铝化物结合剂将CBN颗粒结合起来,表现出的高热传导性、硬度和韧性,它主要用于铸铁和特殊材料加工。另一种PCBN(B)含有40%到70vol%的CBN,没有任何CBN-CBN颗粒间粘结,它的粘结材料是对黑色材料亲合力低的钛化合物。这种PCBN 在加工淬硬钢时表现出了非常优秀的耐磨性[12]。

四、结语

1、PCBN可提供既好用而又经济的硬车硬切加工所需的耐磨性、强度和刚性,将最终取代许多传统的磨削加工方式。

2、由于PCBN材料性能广泛,人们可以利用其一种、两种或更多种性能而派生出很多不同的应用领域。每一种应用领域的需求需要选择最合适的PCBN材料。

3、超硬材料刀具发展特点:一是产品的系列化,适用于不同加工对象的规格品种不断增加;另一是,复合片尺寸不断增大。目前,国外复合片的供货规格一般为ф50mm以上,ф74mm 的复合片也能批量供货,PCBN复合片的最大规格可达ф101mm,小尺寸复合片则是从大复合片上切割下来的。大规格复合片成本低,更适合于大批量使用。

4、目前,国内只有ф20mm以下的复合片供货,随着六面顶压机高压腔体尺寸的扩大,ф35mm~ф42mmPCBN复合刀具材料最近也有可能推向市场。这就缩短了我国PCBN复合刀具材料在尺寸规格上与国外的差距。

5、由于我国机床工具行业对现代金属切削刀具与传统刀具的差别缺乏足够的认识,长期以来重主机、轻工具,在发展战略上超硬材料刀具与数控机床的发展严重脱节,使我国超硬材料刀具技术的发展和行业水平与现代制造业的要求相差甚远。

6、PCBN由于高硬度、化学稳定性好、热膨胀系数小、导热率高等优点,将成为高速加工黑色金属、难加工材料以及进行干切削、硬切削的主要刀具材料。随着其韧性的进一步改善,它在切削工具中的比例将有很大的提高。此外,PCBN还是对黑色金属实现超高速切削,突破C.Salomon提出的临界速度,从本质上改善切削过程最有希望的刀具材料。

参考文献:

1邓福铭,陈启武.PDC超硬复合刀具材料及其应用.北京:化学工业出版社,2003,16

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3王光祖,李刚,张相法,立方氮化硼合成与应用[M]河南:河南科技出版社,1995,100

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5.杜国臣,PCBN刀具的切削性能[J].组合机床与自动化加工技术,2004,7:94

6刘一波,屠厚泽,陈庆寿,聚晶立方氮化硼刀具及其制造技术综述[J]地质与勘探,1996,32(4):61

7候世香,高开运等,PCBN刀具的特点及实际应用[J].现代制造工程,2002,5:28

8东辉,刘献礼,胡荣生,PCBN刀具的硬态切削加工原理[J]机电工程,2001,18(6):77 9李丹,寇自力等,聚晶立方氮化硼材料的性能及其应用[C]中国超硬材料行业技术发展论坛论文集,2006,11,p.25~28

10姜伟,刘进等,PCBN复合片显微硬度和抗弯强度分析[C].中国超硬材料行业技术发展论坛论文集,2006,11,p.72~74

11冯吉富,林峰,李立惟,硬质合金对立方氮化硼复合体性能影响的探讨[C]中国超硬材料新技术研讨会论文集,2004,12.p.46~48

12左宏森,王春华,新型PCBN工具高效加工难切削黑色金属材料[C]中国超硬材料新技术研讨会论文集,2004,12.p.127~130

常用刀具材料分类、特点及应用

常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等,所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要容之一。 1.刀具材料应具备的性能 金属切削时,刀具切削部分直接和工件及切屑相接触,承受着很大的切削压力和冲击,并受到工件及切屑的剧烈摩擦,产生很高的切削温度,即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此,刀具切削部分材料应具备以下基本性能。 1.1 高的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑,其硬度必须比工件材料的硬度大。 耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说,刀具材料的硬度越高,耐磨性就越好。组织中硬质点(碳化物、氮化物等)的硬度越高,数量越多,颗粒越小,分布越均匀,则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度,而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。 1.2 足够的强度和韧性 要使刀具在承受很大压力,以及在切削过程常要出现的冲击和振动的条件下工作,而不产生崩刃和折断,刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。 1.3 高的耐热性 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 1.4 导热性好 刀具材料的导热性越好,切削热越容易从切削区散走,有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大,表示导热性好,切削时产生的热量就容易传散出去,从而降低切削部分的温度,减轻刀具磨损。

1.5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好,且又要资源丰富,价格低廉。 2.常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。

刀具分类

一、刀具分类 刀具材料的种类很多,常用的材料有工具钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料四大类。 1、碳素工具钢 碳素工具钢是指碳的质量分数为0.65%~1.35%的优质高碳钢。用做刀具的牌号一般是T10A和T12A。常温硬度60~64HRC。当切削刃热至200~250℃时,其硬度和耐磨性就会迅速下降,从而丧失切削性能。碳素工具钢多用于制造低速手用工具,如锉刀、手用锯条等。 2、合金工具钢 为了改善碳素工具钢的性能,常在其中加入适量合金元素如锰、铬、钨、硅和钒等,从而形成了合金工具钢。常用牌号有9SiCr、GCrl5、CrWMn等。合金工具钢与碳素工具钢相比,其热处理后的硬度相近,而耐热性和耐磨性略高,热处理性也较好。但与高速钢相比,合金工具钢的切削速度和使用寿命又远不如高速钢,使其应用受到很大的限制。因此,合金工具钢一般仅用于取代碳素工具钢,作一些低速、手动刀具,如手用丝锥、手动铰刀、圆板牙、搓丝板等。 3、高速钢 高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。高速钢主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性,且耐热性和淬透性良好,其允许的切削速度是碳素工具钢和合金工具钢的两倍以上。高速钢刃磨后切削刃锋利,故又称之为“锋钢”和“白钢”。高速钢是一种综合性能好、应用范围较广的刀具材料,常用来制造结构复杂的刀具,如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀。拉刀、齿轮刀具等。 高速钢按其用途和性能不同,可分普通高速钢和高性能高速钢;按其化学成分不同,又可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢。 1) 普通高速钢是指加工一般金属材料用的高速钢。常用牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。 ① W18Cr4V属钨系高速钢,它具有性能稳定,刃磨及热处理工艺控制方便等优点,但因钨价较高,且使用寿命短故使用较少。 ② W6Mo5Cr4V2属钨钼系高速钢,它的碳化物分布均匀,抗弯强度,冲击韧度和高温塑性都比W18Cr4V好,但磨削工艺略差。因其使用寿命长、价格低,故被广泛使用。 2) 高性能高速钢是在普通高速钢中再加入一些合金元素,以进一步提高它的耐热性、耐磨性。其切削速度可达50~lOOm/min。主要用于不锈钢、耐热钢、高强度钢等难加工材料的切削加工。有高钒高速钢和超硬高速钢等。 ①高矾高速钢(W12Cr4V4Mo)由于钒、碳含量的增加提高了耐磨性,刀具寿命比普通高速钢提高2~4倍,但是随着钒含量的提高使其磨削性能变差。故使用较少。 ②超硬高速钢是为了加工一些难以加工的材料而发展起来的。其常温硬度。高温硬度、耐热性和耐磨性都比普通高速钢高,具有良好的综合性能,可以加工

刀具的材料及其应具备的性能

刀具的材料及其应具备的性能 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素,对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。使用碳工具钢作为刀具材料时,切削速度只有10m/min左右;20世纪初出现了高速钢刀具材料,切削速度提高到每分钟几十米;30年代出现了硬质合金,切削速度提高到每分钟一百多米至几百米;当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现,使切削速度提高到每分钟一千米以上;被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。 一刀具材料应具备的性能 性能优良的刀具材料,是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作,应具备如下的基本要求。 高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属,这是刀具材料必备的基本要求,现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬,其耐磨性越好,但由于切削条件较复杂,材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力,一般地,硬度越高,冲击韧性越低,材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾,也是刀具材料所应克服的一个关键。 高耐热性 耐热性又称红硬性,是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 良好的工艺性和经济性 为了便于制造,刀具材料应有良好的工艺性,如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵,但其使用寿命很长,在成批大量生产中,分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 二常用刀具材料 常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料,目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 高速钢 高速钢是一种加人了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢,有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单,容易刃磨成锋利的切削刃;锻造、热处理变形小,目前在复杂的刀具,如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中,仍占有主要地位。高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢,如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高,切削普通钢料时为40-60m/min。 高性能高速钢,如W12Cr4V4Mo是在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的耐用度为普通高速钢的1.5-3倍。 粉末冶金高速钢是70年代投入市场的一种高速钢,其强度与韧性分别提高30%-40%和80%-90%.耐用度可提高2-3倍。目前我国尚处于试验研究阶段,生产和使用尚少。

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 (2) 2 常用刀具材料及特点 (2) 2.1 碳素工具钢 (2) 2.2 合金工具钢 (3) 2.3 高速钢 (4) 2.4 硬质合金 (5) 2.5 陶瓷 (7) 2.6 超硬材料 (9) 3 刀具材料的典型应用 (10) 3.1 工件材料与刀具材料 (10) 3.2 加工条件与刀具材料 (11) 4 总结 (11) 5 参考文献 (12)

1刀具材料的发展历史[1] 刀具材料的发展在人类的生活、生产中有着很大的重要性。 18世纪中叶, 在欧洲出现了工业革命以后, 切削刀具一直是用碳素工具钢制造, 其成分与现代的T10、T12相近。1865年,英国罗伯特?墨希特发明了合金工具钢,其牌号有9CrSi、CrWMn等。随着对加工效率要求的提高,新的刀具材料在不断更新。1898年,美国机械工程师泰勒和冶金工程师怀特发明了高速钢。进入20世纪,人们不断寻求新型刀具材料。20世纪20年代中期到30年代初,出现了钨钴类和钨钛类硬质合金。然而硬质合金刀具仍不能满足现代高硬度工件材料的超精密加工的要求,于是更新的刀具材料相继出现。20世纪30年代出现了氧化铝陶瓷,后来又有氦化硅陶瓷到50年代和60年代又制造出人造立方氮化硼和人造聚晶金刚石。 总而言之,20世纪中,刀具材料发展的速度比过去快得多,其种类、类型、数量和性能均有大幅度的发展。 2 常用刀具材料及特点 对于金属切削刀具来说,切削过程中要承受很大的压力,同时会与工件、切屑相互接触的表面产生摩擦力,切削产生的热量使得刀具温度上升,产生一定的热应力。因此刀具材料应能满足这样几个要求:高的硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、良好的热物理性能和耐热冲击性能、良好的工艺性以及经济性。目前在机械加工中常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。[2]不同刀具材料的性能有所不同,因此在应根据具体的切削条件选择合适的刀具材料。下面将分别介绍每种刀具材料。 2.1 碳素工具钢 按照GB/T13304《钢分类》第1部分“钢按化学成分分类”,碳素工具钢属于非合金钢。按照标准第2部分“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。碳素工具钢牌号及化学成分见表1

常用刀具材料分类、特点、应用及发展

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 学号 班级 学院 二○一五年五月

摘要 机械制造工业是制造业最重要的组成之一,它担负着向国民经济的各个部门提供机械装备的任务。我国现代化建设的发展速度在很大程度上要取决于机械制造工业的发展水平,因此,从这个意义上说,机械制造工业的发展水平是关系全局的。机械制造中的加工方法很多,其中材料去除加工精度较高、表面质量较好,有很强的加工适应性,是目前机械制造中应用最广泛的加工方法。材料去除加工时,刀具在工作时,要承受很大的压力。同时,由于切削产生的金属塑性变形以及各部的摩擦,使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力,在这样的条件下,刀具将迅速磨损或破损。因此刀具材料性能应满足;高的硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、高的耐热性、良好的热物理性能和耐热冲击性能、良好的工艺性能和经济性等要求。常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、涂层刀具以及其他刀具材料包括陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。其中陶瓷材料和超硬刀具材料对常规刀具材料的竞争越来越激烈,且所占比重快速增长。随着上述刀具材料的发展,使车削加工的切削速度提高了100多倍,而且新刀具材料出现的周期也越来越短。但在较长时间内,各种刀具材料将仍是相互补充,相互竞争。 关键词:刀具材料性能,刀具材料分类,刀具材料特点,刀具材料应用

目录 引言 (3) 第一章绪论 (3) 1.1金属切削技术的发展概况 (3) 1.2金属切削材料的研究意义 (4) 第二章刀具材料性能 (4) 2.1刀具切削环境 (4) 2.2刀具材料性能要求 (4) 2.3刀具材料主要性能 (6) 第三章刀具材料分类 (7) 3.1高速钢 (7) 3.1.1 普通高速钢 (8) 3.1.2高性能高速钢 (8) 3.1.3粉末冶金高速钢 (9) 3.2硬质合金 (9) 3.2.1钨钴类硬质合金 (10) 3.2.2钨钛钴类硬质合金 (10) 3.2.3钨钛钽(铌)钴类硬质合金 (11) 3.2.4硬质合金的选用 (11) 3.3涂层刀具 (12) 3.4其它刀具材料 (13) 3.4.1陶瓷材料 (13) 3.4.2金刚石 (14) 3.4.3立方氮化硼(简称CBN) (15) 第四章刀具材料发展 (15) 参考文献 (16)

常用刀具材料硬度的比较

第三章 一、选择题 1.31210111下面是关于常用刀具材料硬度的比较,那个选项的论述是正确的(A)A金刚石>CBN>硬质合金>高速钢B金刚石>CBN>高速钢>硬质合金 C金刚石>硬质合金>高速钢>CBN D金刚石>高速钢>硬质合金>CBN 2. 31210122下面属于性质脆、工艺性差的刀具材料是(C) A碳素工具钢 B 合金工具钢 C 金刚石D 硬质合金钢 3. 31210113 目前使用最为广泛的刀具材料是(B) A陶瓷B高速钢和硬质合金 C 碳素工具钢 D CBN 4.31210114 W18Cr4V是:(C) A碳素钢 B 硬质合金钢 C 普通高速钢D 高性能高速钢 5.31210125 W18Cr4V比W6Mo5Cr4V2 好的性能是:(D) A硬度 B 韧性 C 切削性能D可磨性 6.31210116 WC—Co类属于哪一类硬质合金:(A) A YG类 B YT类 C YW类 D YM类 7.31210127 应用于切削一般钢料的硬质合金刀具是(B) A YG类 B YT类 C YW类 D YM类 8.31210128 在加工高温合金(如镍基合金)等难加工材料时,刀具材料可首选:(A) A CBN B 硬质合金 C 金刚石 D 陶瓷 9.31210129 在粗车铸铁时,选用:(B) A YG3 B YG8 C YT5 D YT30 10.3121012A碳素钢、合金钢的连续精加工,应选用:(D) A YG3 B YG8 C YT15 D YT30 11. 3121012B 在连续粗加工、不连续精加工碳素钢时,应选用:(B) A YT5 B YT15 C YT30 D YW2 12.31310121 在数控机床和自动线上,一般采用:(C) A整体式刀具 B 装配式刀具 C 复合式刀具D焊接装配式刀具 13. 32210111 增大前角,下面正确的是:(D) A增大粗糙度 B 增大切削效率 C 切削刃与刀头的强度增大 D 减小切削的变形 14.32210122 对于不同的刀具材料,合理前角(γopt)也不同,硬质合金刀具的γopt (B) 要____ 高速钢刀具的γ opt A大于 B 小于 C 等于 D 都有可能 15 32210113 增大前角可以(B) A减小切削力,导热面积增大B减小切削力,导热面积减小 C增大切削力,导热面积增大D增大切削力,导热面积减小1632210114 下面有关刀具前面的卷屑槽宽度的说法,正确的是:(D) A愈小愈好 B 愈大愈好 C 无所谓 D 根据工件材料和切削用量决定 17 32310111 增大后角(A) A减小摩擦 B 增大摩擦 C 切削刃钝园半径越大 D 刀头强度增强1832310121 加工下面哪种材料时,应该采用较小的后角(C) A工件材料塑性较大B工件材料容易产生加工硬化 C 脆性材料 D 硬而脆的材料

数控刀具材料的选用

3.3 数控刀具材料及选用 先进的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。 3.3.1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。 3.3.2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0.002μm,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(PCD),自20世纪70年代初,采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond,简称PCD刀片研制成功以后,在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。PCD原料来源丰富,其价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一。 PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口,加工的工件表面质量也不如天然金刚石,现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此,PCD只能用于有色金属和非金属的精切,很难达到超精密镜面切削。 ③CVD金刚石刀具:自从20世纪70年代末至80年代初,CVD金刚石技术在日本出现。CVD金刚石是指用化学气相沉积法(CVD)在异质基体(如硬质合金、陶瓷等)上合成金刚石膜,CVD金刚石具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。 CVD金刚石的性能与天然金刚石相比十分接近,兼有天然单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)的优点,在一定程度上又克服了它们的不足。 ⑵金刚石刀具的性能特点: ①极高的硬度和耐磨性:天然金刚石是自然界已经发现的最硬的物质。金刚石具有极高的耐磨性,加工高硬度材料时,金刚石刀具的寿命为硬质合金刀具的lO~100倍,甚至高达几百倍。 ②具有很低的摩擦系数:金刚石与一些有色金属之间的摩擦系数比其他刀具都低,摩擦系数低,加工时变形小,可减小切削力。 ③切削刃非常锋利:金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利,天然单晶金刚石刀具可高达0.002~0.008μm,能进行超薄切削和超精密加工。 ④具有很高的导热性能:金刚石的导热系数及热扩散率高,切削热容易散出,刀具切削部分温度低。 ⑤具有较低的热膨胀系数:金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍,由切削热引起的

浅谈数控刀具材料及选用

浅谈数控刀具材料及选用 先进的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。 3.3.1 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。 3.3.2 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卩m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(PCD),自20世纪70年代初,采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond ,简称PCD刀片研制成功以后,在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。PCD原料来源丰富,其价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一。 PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口,加工的工件表面质量也不如天然金刚石,现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此,PCD只能用于有色金

机械加工常用金属材料及特性

机械加工常用金属材料及 特性 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

简介:1. 45——优质碳素结构钢,是最常用中碳调质钢。主要特征: 最常用中碳调质钢,综合力学性能良好,淬透性低,水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理,大型件宜采用正火处理。应用举例 1. 45——优质碳素结构钢,是最常用中碳调质钢。 主要特征: 最常用中碳调质钢,综合力学性能良好,淬透性低,水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理,大型件宜采用正火处理。应用举例: 主要用于制造强度高的运动件,如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热,焊后消除应力退火。 2. Q235A(A3钢)——最常用的碳素结构钢。 主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能,以及一定的强度、好的冷弯性能。应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。 3. 40Cr——使用最广泛的钢种之一,属合金结构钢。 主要特征: 经调质处理后,具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性,淬透性良好,油冷时可得到较高的疲劳强度,水冷时复杂形状的零件易产生裂纹,冷弯塑性中等,回火或调质后切削加工性好,但焊接性不好,易产生裂纹,焊前应预热到100~150℃,一般在调质状态下使用,还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。 应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件,如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等,调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件,如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等,经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件,如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等,经淬火及低温回

刀具材料应具备的性能及分类 (2)

刀具材料决定刀具切削性能的根本因素,对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。使用碳工具钢作为刀具材料时,切削速度只有10m/min左右;20世纪初出现了高速钢刀具材料,切削速度提高到每分钟几十米;30年代出现了硬质合金,切削速度提高到每分钟一百多米至几百米;当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现,使切削速度提高到每分钟一千米以上;被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。 一刀具材料应具备的性能 性能优良的刀具材料,是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作,应具备如下的基本要求。 1.高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属,是刀具材料必备的基本要求,现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬,其耐磨性越好,但由于切削条件较复杂,材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 2.足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。 冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力,一般地,硬度越高,冲击韧性越低,材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾,也是刀具材料所应克服的一个关键。

3.高耐热性 耐热性又称红硬性,是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 4.良好的工艺性和经济性 为了便于制造,刀具材料应有良好的工艺性,如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵,但其使用寿命很,在成批大量生产中,分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 二常用刀具材料 常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料,目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 高速钢 高速钢是一种加了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢,有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单,容易刃磨成锋利的切削刃;锻造、热处理变形小,目前在复杂的刀具,如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中,仍占有主要地位。 高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢,如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高,切削普通钢料时为40-60m/min。

常用刀具材料分类特点及应用

常用刀具材料分类特点 及应用 GE GROUP system office room 【GEIHUA16H-GEIHUA GEIHUA8Q8-

常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等,所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。 1.刀具材料应具备的性能 金属切削时,刀具切削部分直接和工件及切屑相接触,承受着很大的切削压力和冲击,并受到工件及切屑的剧烈摩擦,产生很高的切削温度,即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此,刀具切削部分材料应具备以下基本性能。 1.1 高的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑,其硬度必须比工件材料的硬度大。 耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说,刀具材料的硬度越高,耐磨性就越好。组织中硬质点(碳化物、氮化物等)的硬度越高,数量越多,颗粒越小,分布越均匀,则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度,而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。 1.2 足够的强度和韧性 要使刀具在承受很大压力,以及在切削过程中通常要出现的冲击和振动的条件下工作,而不产生崩刃和折断,刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。

1.3 高的耐热性 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 1.4 导热性好 刀具材料的导热性越好,切削热越容易从切削区散走,有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大,表示导热性好,切削时产生的热量就容易传散出去,从而降低切削部分的温度,减轻刀具磨损。 1.5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好,且又要资源丰富,价格低廉。 2.常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。 表2-1 常用刀具材料的主要性能

刀具材料应具备的性能及常用材料

刀具材料应具备的性能及常用材料 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素,对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。使用碳工具钢作为刀具材料时,切削速度只有10m/min左右;20世纪初出现了高速钢刀具材料,切削速度提高到每分钟几十米;30年代出现了硬质合金,切削速度提高到每分钟一百多米至几百米;当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现,使切削速度提高到每分钟一千米以上;被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。一刀具材料应具备的性能 性能优良的刀具材料,是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作,应具备如下的基本要求。 高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属,这是刀具材料必备的基本要求,现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬,其耐磨性越好,但由于切削条件较复杂,材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。 冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力,一般地,硬度越高,冲击韧性越低,材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾,也是刀具材料所应克服的一个关键。 高耐热性

耐热性又称红硬性,是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 良好的工艺性和经济性 为了便于制造,刀具材料应有良好的工艺性,如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵,但其使用寿命很长,在成批大量生产中,分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 二常用刀具材料 常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料,目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 高速钢 高速钢是一种加人了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢,有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单,容易刃磨成锋利的切削刃;锻造、热处理变形小,目前在复杂的刀具,如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中,仍占有主要地位。 高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢,如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高,切削普通钢料时为40-60m/min。 高性能高速钢,如W12Cr4V4Mo是在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的耐用度为普通高速钢的

常用刀具材料及选用

常用刀具材料及选用 在切削过程中,刀具担负着切除工件上多余金属以形成已加工表面的任务。刀具的切削性能好坏,取决于刀具切削部分的材料、几何参数以及结构的合理性等。刀具材料对刀具寿命、加工生产效率、加工质量以及加工成本都有很大影响,因此必须合理选择。 一、刀具材料应具备的性能刀具在切削时要承受高温、高压、强烈的摩擦、冲击和振动,因此刀具材料必须具备以下性能: 1.高的硬度和耐磨性刀具应具备高的硬度和耐磨性。一般刀具材料的硬度越高,耐磨性越好。其常温硬度一般要求大于60HRC。 2.足够的强度和韧性为承受切削负荷、振动和冲击,刀具材料必须具备足够的强度和韧性。 3.高的热稳定性刀具在高温下工作,要求刀具材料具备高的热稳定性,也称高的耐热性。即刀具材料在高温下硬度、耐磨性、强度和韧性变化很小,仍能保持正常切削。 4.良好的物理特性即刀具材料具备良好的导热性、大的热容量以及优良的热冲击性能。 5.良好的工艺性即刀具材料应具备良好的锻造性、机械加工性和热处理性。 除此之外,要求刀具材料经济性要好。 二、常用刀具材料的性能及选用常用刀具材料的种类和特性刀具材料种类很多,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。碳素工具钢和合金工具钢,因其耐热性很差,目前仅用于手工工具。下面对高速钢、硬质合金、陶瓷及其它超硬刀具材料进行介绍。 1)高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢有很高的强度,抗弯强度为一般硬质合金的2~3倍;韧性也高,比硬质合金高几十倍。高速钢的硬度在63HRC以上,且有较好的耐热性,在切削温度达到500650°C时,尚能进行切削。高速钢可加工性好,热处理变形较小,目前常用于制造各种复杂刀具(如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等)。高速钢刀具可以加工从有色金属到高温合金的各种材料。 表1-2列出了几种常用高速钢的牌号及其主要用途,可供选择时参考。 2)硬质合金硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)粉末和金属粘结剂(如Co、Ni、Mo等)经高压成型后,再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金中的金属碳化物熔点高、硬度高、化学稳定性与热稳定性好,因此,硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高,允许的切削速度远高于高速钢,加工效率高且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足是与高速钢相比,其抗弯强度较低、脆性较大,抗振动和冲击性能也较差。 硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。在我国,绝大多数车刀、端铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造,目前,在一些较复杂的刀具上,如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。我国常用的硬质合金牌号及其应用范围见表1-3。 3)陶瓷和超硬刀具材料陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度(91~95HRA)和耐热性,在1200℃的温度下仍能切削,耐磨性和化学惰性好,摩擦系数小,抗粘结和扩散磨损能力强,因而能以更高的速度切削,并可切削难加工的高硬度材料。主要缺点是性脆、抗冲击韧性差,抗弯强度低。

常用刀具材料分类 特点及应用

常用刀具材料分类、特点及应用刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等,所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。 1.刀具材料应具备的性能 金属切削时,刀具切削部分直接和工件及切屑相接触,承受着很大的切削压力和冲击,并受到工件及切屑的剧烈摩擦,产生很高的切削温度,即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此,刀具切削部分材料应具备以下基本性能。 1.1 高的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑,其硬度必须比工件材料的硬度大。 耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说,刀具材料的硬度越高,耐磨性就越好。组织中硬质点(碳化物、氮化物等)的硬度越高,数量越多,颗粒越小,分布越均匀,则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度,而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。 1.2 足够的强度和韧性 要使刀具在承受很大压力,以及在切削过程中通常要出现的冲击和振动的条件下工作,而不产生崩刃和折断,刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。 1.3 高的耐热性 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 1.4 导热性好 刀具材料的导热性越好,切削热越容易从切削区散走,有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大,表示导热性好,切削时产生的热量就容易传散出去,从而降低切削部分的温度,减轻刀具磨损。

1.5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好,且又要资源丰富,价格低廉。 2.常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。

常用的金属材料及其特性

常用金属材料及其特性 1、45——优质碳素结构钢,是最常用中碳调质钢 主要特征: 最常用中碳调质钢,综合力学性能良好,淬透性低,水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理,大型件宜采用正火处理。应用举例: 主要用于制造强度高的运动件,如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热,焊后消除应力退火。 2、Q235A(A3钢)——最常用的碳素结构钢 主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能,以及一定的强度、好的冷弯性能。应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。 3、40Cr——使用最广泛的钢种之一,属合金结构钢 主要特征: 经调质处理后,具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性,淬透性良好,油冷时可得到较高的疲劳强度,水冷时复杂形状的零件易产生裂纹,冷弯塑性中等,回火或调质后切削加工性好,但焊接性不好,易产生裂纹,焊前应预热到100~150℃,一般在调质状态下使用,还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件,如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等,调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件,如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等,经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件,如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等,经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件,如蜗杆、主轴、轴、套环等,碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件,如轴、齿轮等。

4、HT150——灰铸铁 应用举例:齿轮箱体,机床床身,箱体,液压缸,泵体,阀体,飞轮,气缸盖,带轮,轴承盖等。 5、35——各种标准件、紧固件的常用材料 主要特征: 强度适当,塑性较好,冷塑性高,焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低,正火或调质后使用应用举例: 适于制造小截面零件,可承受较大载荷的零件:如曲轴、杠杆、连杆、钩环等,各种标准件、紧固件。 6、65Mn——常用的弹簧钢 应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条, 也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧,卡簧等。 7、0Cr18Ni9——最常用的不锈钢(美国钢号304,日本钢号SUS304) 特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛,如食品用设备,一般化工设备,原于能工业用设备。 8、Cr12——常用的冷作模具钢(美国钢号D3,日本钢号SKD1) 特性和应用: Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢,属高 碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性;由于Cr12钢碳含量高达2.3%,所以冲击韧度较差、易脆裂,而且容易形成不均匀的共晶碳化物;Cr12钢由于具有良好的耐磨性,多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冲头、下料模、冷镦模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等。

常用金属材料及特性

机械加工常用金属材料及特性 1. 45——优质碳素结构钢,是最常用中碳调质钢。 主要特征: 最常用中碳调质钢,综合力学性能良好,淬透性低,水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理,大型件宜采用正火处理。应用举例: 主要用于制造强度高的运动件,如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热,焊后消除应力退火。 2. Q235A(A3钢)——最常用的碳素结构钢。 主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能,以及一定的强度、好的冷弯性能。应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。 3. 40Cr——使用最广泛的钢种之一,属合金结构钢。 主要特征: 经调质处理后,具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性,淬透性良好,油冷时可得到较高的疲劳强度,水冷时复杂形状的零件易产生裂纹,冷弯塑性中等,回火或调质后切削加工性好,但焊接性不好,易产生裂纹,焊前应预热到100~150℃,一般在调质状态下使用,还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。 应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件,如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等,调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件,如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等,经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件,如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等,经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件,如蜗杆、主轴、轴、套环等,碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件,如轴、齿轮等。 4. HT150——灰铸铁应用举例:齿轮箱体,机床床身,箱体,液压缸,泵体,阀体,飞轮,气缸盖,带轮,轴承盖等 5. 35——各种标准件、紧固件的常用材料 主要特征: 强度适当,塑性较好,冷塑性高,焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低,正火或调质后使用应用举例: 适于制造小截面零件,可承受较大载荷的零件:如曲轴、杠杆、连杆、钩环等,各种标准件、紧固件 6. 65Mn——常用的弹簧钢应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条,也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧,卡簧等。 7. 0Cr18Ni9——最常用的不锈钢(美国钢号304,日本钢号SUS304)特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛,如食品用设备,一般化工设备,原于能工业用设备 8. Cr12——常用的冷作模具钢(美国钢号D3,日本钢号SKD1) 特性和应用: Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢,属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性;由于Cr12钢碳含量高达2.3%,所以冲击韧度较差、易脆裂,而且容易形成不均匀的共晶碳化物;Cr12钢由于具有良好的耐磨性,多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冲头、下料模、冷镦模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等 9. DC53——常用的日本进口冷作模具钢特性和应用: 高强韧性冷作模具钢,日本大同特殊钢(株)厂家钢号。高温回火后具有高硬度、高韧性,线切割性良好。用于精密冷冲压模、拉伸模、搓丝模、冷冲裁模、冲头等10、SM45——普通碳素塑料模具钢(日本钢号S45C) 10. DCCr12MoV——耐磨铬钢国产.较Cr12钢含碳量低,且加入了Mo和V,碳化物不均匀有所改善,MO能减轻碳化物偏析并提高淬透性,V能细化晶粒增加韧性.此钢有高淬透性,截面在400mm以下可以完全淬透,在300~400℃仍可保持良好的硬度和耐磨性,较Cr12有高的韧性,淬火时体积变化小,又有高的耐磨性和良好的综合机械性能.所以可以制造截面大,形状复杂,经受较大冲击的各种模具,例如普通拉伸模,冲孔凹模,冲模,落料模,切边模,滚边模,拉丝模,冷挤压模,冷切剪刀,圆锯,标准工具,量具等。 11. SKD11——韧性铬钢.日本日立株式生产.在技术上改善钢中的铸造组织,细化了晶粒.较Cr12mov的韧性和耐磨性有所提高.延长了模具的使用寿命.

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。

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