《金属切削原理》第2章[刀具材料].doc

第二章 刀具材料 第一节 刀具材料应具备的性能 刀具的工作条件：高压、高温、强烈摩擦、振动、冲击、热冲击 一、刀具材料应具备的性能 1、高硬度和耐磨性 硬度≥62HRC 耐磨性与硬度、化学成分、强度、显微组织、摩擦区温度有关 2、足够的强度和韧性 动静载荷下变形小、不崩刃折断 3、高耐热性 高温下保持耐磨性、硬度、化学成分、强度、韧性的能力（高温硬度表示） 一般以高温硬度表示 4、良好的热物理性能和耐热冲击性能 导热系数 热膨胀系数 5、良好的工艺性 6、经济性 二、刀具材料的分类 工具钢 碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金 陶瓷 超硬材料 人造金刚石 立方氮化硼 第二节 工具钢 一、碳素工具钢 含碳量0.65～1.35％的优质高碳钢 T7A T8A T10A T12A 工艺性好 可热处理 耐磨性好 淬火硬度可达HRC58～64 价格低 耐热性差 250～300℃硬度下降（马氏体分解）碳化物分布不均匀 淬火变形大 淬透性差 v 5～10m/min 锉刀、丝锥、锯条、板牙等低速手动工具 二、合金工具钢 高碳钢中加入合金元素（Si、Cr、W、Mn、V）总量不超过3～5％ 9SiCr CrWMn CrMn CrW5 9Mn2V 提高韧性、耐磨性、耐热性 耐热性 325～400℃ v 10～15m/min 丝锥、板牙、铰刀、搓丝板等低速机用工具 三、高速钢（白钢、锋钢、风钢） 含有较多合金元素（W、Cr、Mo、V等）的高合金工具钢 HRC63～67 500～650℃ 强度高 工艺性好 高性能HSS 高耐热性HSS 高碳HSS 9W6Mo5Cr4V2 （提高耐热、耐磨） 高钒HSS W6Mo5Cr4V3 钴HSS W2Mo9Cr4VCo8 超硬HSS 铝HSS W6Mo5Cr4V2Al 粉末冶金HSS（可加大含碳量、细小均匀结晶组织、磨加工性好、物理力学性能高度各向同性、减小淬火变形、碳化物不易剥落） 四、合金元素的作用 W、Fe、Cr、V与C形成化合物提高耐磨性 W溶于基体，增加高温硬度 Mo作用同W（1％Mo＝2％W）并可细化碳化物，提高韧性 Co、Al、Si、Nb（铌）提高高温硬度 V提高耐磨性（不宜超过3％） 第三节 硬质合金 一、组成及特点 1、组成 高硬度、高熔点的重金属碳化物（WC、TiC、TaC钽、NbC铌）粉末和金属结合剂（Co、Ni）粉末冶金而成 2、特点 高硬度 HRA89～91 强度韧性低 高耐热性 800～1000℃ 热稳定性好 v是HSS的4～10倍 二、影响硬质合金性能的因素 金属碳化物的种类、性能、数量、粒度、结合剂数量 1、种类和性能 硬度 TiC＞WC＞TaC 熔点 TaC＞TiC＞WC 强度 WC＞TiC＞TaC 导热 WC＞TiC＞TaC 2、数量、粒度、结合剂数量 碳化物↑→硬度↑强度↓ 结合剂↑→硬度↓强度↑ 粒度↓→结合剂层厚度↓→硬度↑强度↓ 3、碳化物分布 均匀→防止热应力和机械冲击产生裂纹 TaC→碳化物颗粒细化 分布均匀 三、种类及牌号 1、WC基类（常用） 1）钨钴类 WC－Co YG 数字为Co含量 YG3 YG6 YG8 硬度↓ 强度↑ 2）钨钛钴类 WC－TiC－Co YT 数字为TiC含量 YT5 YT15 YT30 硬度↑ 强度↓ 3）钨钴钽（铌）类 WC－TaC（NbC）－Co YGA YG6A 4）钨钛钴钽（铌）类 WC－TiC－TaC（NbC）－Co YW 通用硬质合金 YW1 YW2 2、TiC基类 TiC－NiMo YN 钢件精加工 YN10 YN05 3、钢结硬质合金 TiC或WC 30～40％ HSS 70～60％ 粉末冶金 性能介于HSS与Y之间 可锻造、热处理、切削加工、制作复杂刀具 四、性能特点 1、硬度、强度 Co↑→硬度↓强度↑韧性↑ Co相同 硬度 YT＞YG 强度韧性 YG＞YT 硬度 细晶粒＞粗晶粒 强度 细晶粒＜粗晶粒 含TaC（NbC）→硬度↑强度↑ 2、导热系数 YG＞YT （因WC＞TiC） YG：Co↑→导热系数↓ YT：TiC↑→导热系数↓ 3、线膨胀系数 YT＞YG TiC↑→线膨胀系数↑ 4、抗粘结性 YT＞YG 五、硬质合金的选用 （P26 表2－4） 第四节 涂层刀具 一、材料 TiC（灰）：硬度高、耐磨性好、线膨胀系数与基体相近，粘结牢固 TiN（金）：硬度稍低、结合稍差、摩擦系数小、抗粘结磨损 Al2O3（亮白）：类刚玉结构，高硬度，高耐磨，高温稳定 TiAlN（灰蓝）：Al含量小于50％，高温Al渗出，形成耐高温