3讲2章刀具材料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,金属切削原理与刀具,第,3,讲,教学内容,第,2,章 刀具材料,教学重点,刀具材料应具备的性能,常用刀具材料的选用方法,1,高硬度,常温硬度, 60HRC,2,强度 韧性足够,硬度与韧性、抗弯强度相互制约,基本性能指标：,首选指标,综合能力指标：承压抗冲击与振动,冲击韧度,a,k,工作条件：高温 高压 强摩擦 冲击和振动,2.1,概述,刀具材料,硬度,=,（,1.3,1.5,）工件硬度,抗弯强度,s,bb,解决,：优选刀具结构 刀具几何参数,一,刀具材料应具备的基本性能,3,较高耐磨性,4,较高耐热性,常用衡量指标：,硬度,衡量指标,重要性能指标：影响刀具寿命,主要性能指标 高温刀具维持切削的特性,B,允许耐热温度值,粘结和扩散磨损,A,高温硬度值（红硬性）,相变磨损,热膨胀系数小 刀具热变形小,6,导热性与热膨胀系数,5,工艺性,7,经济性,价格低廉 资源丰富,磨削加工性良好,导热性与焊接工艺性良好,热处理：淬火变形小 淬透层深 脱碳层浅,导热系数大,刀具温度低,加工尺寸精度稳定,高速钢,和,硬质合金,目前使用最广泛,工具钢,高速钢,硬质合金钢,陶瓷,超硬材料：,金钢石,、,立方氮化硼,二 常用刀具材料的种类,常用刀具材料的性能、牌号及用途,刀具材料种类,合金,高速钢 硬质合金 陶瓷 天然 聚晶金刚石 聚晶立方氮,工具钢 W18Cr4V YG6 Si,3,N,4,金刚石 PCD,化硼,PCBN,材料性能,硬度 HRC65 HRC66 HRA90 HRA93 HV10000 HV7500,HV4000,抗弯强度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa,导热系数,40-50,20-30,70-100,30-40,146.5 100-,120,40-,100,热稳定性 350 620 ,10,00 1,4,00 800 ,6,00-800 1000 ,化学惰性 低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大,耐磨性 低 低 较高 高 最高 最高 很高,一般精度 Ra0.8 高精度 Ra=0.4-0.2,加工质量 Ra0.8 IT7-8 Ra=0.1-0.05 IT5-6,IT7-8 IT5-6 可替代磨削,加工对象,低速加工一般钢材 铸铁,一般钢材 铸铁粗 精加工,一般钢材 铸铁粗 精加工,高硬度钢材精加工,硬质合金 铜 铝有色金属及其合金陶瓷等高硬度材料,淬火钢 冷硬铸铁 高温合金等难加工材料,常用,刀具材料,性能指标,用途,缺点,250,300,O,C,硬度下降 失去切削性能,常用牌号：,T8A T10A T12A,手用低速工具：锉刀 锯条 丝锥 扳牙,硬度,58,64,HRC,成分：含碳量,0.65,1.35%,优质高碳钢,2.2,工具钢,切削速度,5,10,m,/,min,红硬性,250,300,O,C,一,碳素工具钢,硬度,62,HRC,总量控制,3 5%,缺点：,325 400,O,C,时失去切削性能,用途：低速工具丝锥、扳牙、铰刀、搓丝板、量规,性能,指标,主要类型：,9Mn2V 9SiCr CrW5 CrWMn,二,合金工具钢,成分：高碳钢中加,Si,Cr,W,Mn,红硬性,=325 400,O,C,切削速度：,1015,m/min,硬度：,6265,HRC,常用牌号：,W18C,r,4V W6M,O,5C,r,4V2 W6M,O,5C,r,4V2Al,1,基本性能,2,优点,强度,=,（,23,）,硬质合金,2.3,高速钢,韧性等于硬质合金几十倍,加工性好,：,钻头、铣刀,耐热性：,500,600,0,C,强度：,s,bb,=,360,GPa,k,=3m/,C,m,2,切削速度：,V, 30,m,/,min,工艺性好,适于制造复杂刀具,1,钨系,典型牌号：,W18Cr4V,（简称：,18-4-1,W18,）,综合性能,缺点,硬度：,HRC,（,6266,）,碳化物分布不均匀 不宜做大截面刀具,一 普通高速钢,红硬度,620,O,600,O,时仍为,48.5,HRC,刃磨工艺好：,0.005,0.018,刃口平直,通用性强,:,车刀 成型车刀 拉刀 宽刃精刨刀 齿轮刀具,热处理控制较容易,钨价高：国内外已逐渐淘汰,热塑性差,优点,缺点,典型牌号：,W6Mo5Cr4V2,（简称,6-5-4-2 M2,）,冲击韧性比,W18,，,k,提高约,40%,以上,热处理时脱碳过敏性大 淬火温度范围窄,我国通用牌号：,W9M,O,3C,r,4V,（简称,93-41 W9,）,2,钨钼系,目前各国使用较多的一种刀具系列,适用承受大冲击力刀具以及结构较薄弱刀具 如：麻花钻,晶粒密度,W18,，热塑性、加工性好,抗弯强度,W18,，,bb,提高,18%,刀具寿命 ,M2,类型,使用要点,在适用条件下 选用不要超出使用范围,高碳高速钢,钴高速钢,含铝高速钢,高钒高速钢,二 高性能高速钢,性能,P,16,表,2-2,成分：普通型,+,C,V,Co,Al,HRC,（,67 70,）,耐磨性、耐热性 通用型,适用切削不锈钢 耐热钢 高强度钢,1,工艺方法,2,性能特点,TiN,涂层在钻头 齿轮刀具广泛应用,多涂层 软硬组合涂层 纳米涂层 金刚石涂层,三,高速钢的表面处理,氮化处理 离子注入 真空溅射 物理气相沉积,涂层厚度 （,2 8,）,m,刀具重磨后其性能仍明显高于普通高速钢,切削力 切削温度,下降,25%,3,应用,4,技术发展,切削速度 进给量 刀具寿命显著提高,类别,牌 号,主 要 用 途,普通,高速钢,W18Cr4V,广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等,W6Mo5Cr4V2,用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具,如轧制钻头等,W14Cr4VmnRe,用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等,高性能高速钢,高碳,95W18 Cr4V,用于制造韧性要求不高,但对耐磨性要求较高的刀具,高矾,W12Cr4V4 Mo,用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具,超硬,W6Mo5Cr4V2Al,用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具,W10Mo4Cr4V3Al,耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具,W6Mo5Cr4V5SiNbAl,用于制造形状简单刀具,如加工铁基高温合金钻头,W12Cr4V3 Mo3Co5Si,耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具,W2Mo9Cr4VCo8,（M42）,用作难加工材料的刀具，,因其磨削性好可作复杂刀具,价格昂贵,常用高速钢牌号及其应用范围,硬度,74 82HRC,可切淬火钢,基本性能,主要成分,趋向,广泛应用,碳化物：,WC TiC TaC NbC,硬质相,2.4,硬质合金,耐热性,800 ,1000,切削速度,V,=,100 300,m,/,min,工艺性差 不宜制造整体结构的复杂刀具,抗冲击 振动差,k,=1/101/25,高速钢,抗弯强度低,bb,=1/2,高速钢,金属,：,Co Mo Ni,粘结相,车刀 深孔钻 复杂立铣刀 孔加工刀具 小模数齿轮滚刀,3,碳化物晶粒分布的影响,晶粒均匀 可防止由热应力和机械冲击而产生的裂纹,碳化物在硬质合金中所占比例大 硬度高,细晶粒硬质合金的硬度高于粗晶粒硬质合金,粘结剂厚度小 硬质合金硬度高,一 影响硬质合金性能的因素分析,1,碳化物种类的影响,含,TiC,硬质合金硬度高于只含,WC,的硬质合金,但脆性差 导热性更差、密度更小,2,碳化物数量、粒径及粘结剂数量的影响,1,分类方法,按化学成分与使用性能分类,二,硬质合金,的种类和牌号,标准：,GB/T20075 1998,符号,:,P,长屑,K,短屑,M,通用型,2,钨钴类（,WC +,Co,）硬质合金,抗弯强度与韧性,P,类 耐热性,P,类,典型牌号：,YG3,（,K01,）,YG6,（,K20,）,YG,（,K40,）,Co,含量愈高 强度 韧性愈好,高适于粗加工 少用于精加工,3,钨钛钴类,（,P,类,YT,）,成分,：,WC + TiC + Co,性能,硬度 耐热性较高,(,900,1000,0,C,),YT5,(,P30,),YT14,(,P20,),YT15(P10,),YT30,(,P01,),典型牌号,应用,：,加工长切屑黑色金属 塑性材料,较好的抗粘结 抗氧化作用,焊接 刃磨易产生裂纹,使用时要特别注意,TiC,量增多时 合金导热性差,YT30,高速精加工淬硬钢 高温合金,4,通用合金类,M,类,YM,成分,：,WC,+ TiC,+ TaC,（,NbC,）,+,Co,YW1,（,M10,）,YW2,（,M20,）,YW3,（,M30,）,典型牌号,加工短切屑铸铁、长切屑钢材,应用,导热差 耐磨性好 刀具寿命长,性能,适于断续切削、铣削，不易崩刃,在,YG,类、,YT,类分别加入,TaC,时,YG,类,800,0,C,使,bb,提高,0.15 0.20%,YT,类 高温硬度可提高约,（,50 100,）,HV,精加工,粗加工,牌号,应 用 范 围,YG3X,铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工,不能承受冲击载荷,YG3,铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工,不能承受冲击载荷,YG6X,普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工,YG6,铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工,YG8,铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工,也可用于断续切削,YG6A,冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工,亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工,YT30,碳素钢、合金钢的精加工,YT15,碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工,亦可用于断续切削时的精加工,YT14,同,YT15,YT5,碳素钢、合金钢的粗加工,也可以用于断续切削,YW1,高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料,的半精加工和精加工,普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工,YW2,高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工,抗弯强度,韧性,进给量,硬度,耐磨性,切削速度,抗弯强度韧性进给量,硬度耐磨性,切削速度,抗弯强度、韧性、进给量,硬度、耐磨性、切削速度,各种硬质合金的应用范围,1,硬度,2,强度 韧性,三,硬质合金的性能特点,含,TaC,（,N,b,C,）比不含者高,细晶粒粗晶粒,含量相同时，,YT,YG,Co,含量增加,bb,k,增加,Co,相同时,YG,高于,YT,细晶粒略低于粗晶粒,加,TaC,时 除,YGA,bb,有所提高,Co,含量多则硬度低,5,抗粘结性,YT,中随,TaC,增加而减小,YT,明显高于,YG,且随,TaC,含量增加而增大,YT,类高于,YG,类,硬质合金比高速钢高,硬质合金比高速钢低,4,线膨胀系数,YG,中随,Co,量增加而减小,YG,YT,高近,1,倍,(,20 88) W/m,0,C,3,导热系数,冷焊,：,与钢发生粘结的温度,YG,类,YGA,类,五,选用原则,YW,类,YT,类,铸铁 有色金属及其合金 非金属等脆性材料,高速加工钢料,含,Co,少宜于精加工 含,Co,量多宜于粗加工,冷硬铸铁 高锰钢 淬硬钢 含钛不锈钢 钛合金与高温合金,不宜含,Ti,不锈钢和钛合金等难加工材料,用于难加工材料的半精 精加工,高温合金 高锰钢 淬硬钢 不含,Ti,不锈钢,