刀具材料
前沿探索
作者：楊天娟 施偉斌 郭欣
摘要：刀具在工作時，主要使用刀具的刀刃部分來切削加工工件。刀具耐用度和刀具的使用壽命、切削加工生產率的高低、切削加工費用的多少，加工零件的精度和加工表麵質量的優劣等都取決於刀具材料選擇是否合理。本文著重介紹常用的幾種刀具材料。
關鍵詞：刀具；材料；高速鋼；硬質合金
一、刀具材料應具備的特性：
刀具的材料必須具備硬度高、耐磨性好，還要有很高的強度和韌性，此外，還必須具有良好的熱穩定性。不僅如此，刀具材料還必須具有良好的熱物理性能，能承受較大的熱衝擊。人們選用刀具材料時，往往還希望它們具有良好的加工工藝性和成本較低等性能。
目前刀具材料用的最多的是高速鋼和硬質合金；碳素工具鋼、合金工具鋼適用於一些切削要求不高及切削速度低的場合，以克服其耐熱性差的缺點；陶瓷，金剛石、立方氮化硼則適用的場合更加有限。實際上，新的刀具材料的發展速度越來越快，刀具的切削性能越來越得到提高，理想的刀具材料應該同時具有金剛石的高硬度高耐磨、立方氮化硼或陶瓷的高熱穩定性和、硬質合金的高強度，高抗彎、衝擊能力強等綜合性能。下麵介紹一下常用的刀具材料。
二、高速鋼：
按照用途可分為通用型高速鋼和高性能高速鋼；按照製造工藝可以分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。通用型高速鋼按照其含鎢量的不同，進一步分為鎢係、鎢鉬係、鉬係三類高速鋼。其中鎢係高速鋼最常用的W18Cr4V，含鎢18%，含鉻4%，含釩1%，具有較好的綜合性能，可以用於製造多種複雜的刀具。其優點是：含釩量較少，磨加工性較好，淬火時過熱傾向小，溫度較高時切削性能也較好。缺點：韌性和抗衝擊性能極差，不能做成大截麵，鎢市場價格相對較貴，限製了它的發展。鎢鉬係高速鋼如果（W+1.4～1.5Mo）=12%～13%時，鉬對其強度和韌性具有有利影響，且不會破壞熱穩定性。其典型代表為W6Mo5Cr4V2，含鎢6%，鉬5%，鉻4%，釩2%。優點：磨加工性好，韌性較鎢係高速鋼更好，可以做成大截麵，能承受較大衝擊。缺點：溫度較高時加工性能不如鎢係高速鋼，淬火溫度範圍太窄。
粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣霧化熔融的高速鋼鋼水，直接得到高速鋼粉末，然後在高溫高壓下製成鋼坯，最後鍛軋成刀具。優點：晶粒細小、均勻，解決了共晶偏析的問題；晶粒細小，表麵積較大，顆粒不易脫落，耐磨性好；均勻細小的顆粒使得不會因增加釩的含量而降低其磨加工性；具有高度各同向性，淬火變形小；合格率較高等。
三、硬質合金：
由於硬質合金中的金屬碳化物顆粒硬度高、熔點高、高溫不易產生化學反應，也不易變形等特點，所以硬質合金材料的硬度高、耐磨性、耐熱性好。常用硬質合金的硬度、切削速度，切削性能、刀具耐用度都比高速剛好。但硬質合金韌性及抗衝擊性不如高速鋼，因此在衝擊較大的場合還需要使用高速鋼，一般分為三類：YG、YT、YW三類。硬質合金含鈷較多時，其抗彎強度、韌性很好，適合於粗加工；含TiC、WC較多時，硬度、耐磨性增加，適合精加工。