刀具材料性能分类
刀具材料是衡量刀具切削性能的主要标志,通常用高温下保持高硬度的性能来衡量,也称热硬性。刀具材料需要满足一些基本要求,如高硬度、良好的工艺性与经济性、优良导热性等。
1.3 刀具材料的基本要求
刀具材料需要满足一些基本要求,如:
(1)高硬度
(2)高强度与强韧性
(3)良好的工艺性与经济性
(4)优良导热性
1.3.1 普通刀具材料
普通刀具材料包括高速钢和硬质合金两大类。
1.3.1.1 高速钢
高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元素较多的工具钢。高速钢具有良好的热稳定性、高强度和韧性、较高的硬度(63~70HRC)和耐磨性。高速钢的分类包括:
(1)普通高速钢
(2)高性能高速钢
(3)粉末冶金高速钢
普通高速钢的优点是钢磨削性能和综合性能好,通用性强。但是,它的缺点是碳化物分布常不均匀,强度与韧性不够强,热塑性差,不宜制造成大截面刀具。
高性能高速钢的优点是具有较强的耐热性。但是,它的缺点是强度与韧性较普通高速钢低,高钒高速钢磨削加工性差。
粉末冶金高速钢的优点是无碳化物偏析,提高钢的强度、韧性和硬度,硬度值达69~70HRC;保证材料各向同性,减小热处理内应力和变形;磨削加工性好,磨削效率比熔炼高速钢提高2~3倍;耐磨性好。
1.3.1.2 硬质合金
硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。硬质合金的性能特点是高熔点、高硬度碳化物含量高,热熔性好、热硬性好,切削速度高。但是,它的缺点是脆性大,抗弯强度和抗冲击韧性不强。
普通硬质合金的种类包括:
(1)钨钴类(WC+Co)
(2)钨钛钴类(WC+TiC+Co)
(3)钨钛钽(铌)钴类(WC+TiC+TaC(Nb)+Co)
(4)碳化钛基类(WC+TiC+Ni+Mo)
超细晶粒硬质合金多用于YG类合金,它的硬度和耐磨性得到较大提高,抗弯强度和冲击韧度也得到提高,已接近高速钢。
1.3.2 特殊刀具材料
特殊刀具材料包括陶瓷刀具、金刚石刀具和立方氮化硼刀具等。
1.3.2.1 陶瓷刀具
陶瓷刀具的材料组成主要由硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成。陶瓷刀具的优点是有很高的硬度和耐磨性,刀具寿命比硬质合金高;具有很好的热硬性,摩擦系数低,切削力比硬质合金小,用该类刀具加工时能提高表面光洁度。但是,它的缺点是强度和韧性差,热导率低。
1.3.2.2 金刚石刀具
金刚石刀具的分类包括天然金刚石刀具、人造聚晶金刚石刀具和复合聚晶金刚石刀具。金刚石刀具的优点是极高的硬度和耐磨性,人造金刚石硬度达10000HV,耐磨性是硬质合金的60~80倍;切削刃锋利,能实现超精密微量加工和镜面加工;很高的导热性。但是,它的缺点是耐热性差,强度低,脆性大,对振动很敏感。
1.3.2.3 立方氮化硼刀具
立方氮化硼刀具的优点是硬度高,硬度仅次于金刚石,热稳定性好,较高的导热性和较小的摩擦系数。但是,它的缺点是强度和韧性较差,抗弯强度仅为陶瓷刀具的1/5~1/2。