国外刀具材料的发展近况
株洲硬质合金厂(412000) 李学芳
摘 要:近年来,国外切削刀具材料发展迅速,尤其是随着涂层技术的不断发展,金属切除率一直呈直线上升,制造业的生产效率大大提高。切削刀具材料正逐渐向高效加工、硬加工、干式加工、超精密加工和新型难加工材料加工的方向发展。
关键词:刀具材料 涂层硬质合金 超细硬质合金 金属陶瓷 陶瓷 超硬材料
Developing Situation of Cutting Tool Materials Abroad
Li Xuefang
Abstract :In recent years ,the rapid development of cutting tool materials in the w orld have greatly affected the manu facturing industry ,especially with the continuous advances of coating technology ,the metal rem oval rate is in 2creasing linearly and the production efficiency in manu facturing industry is enhanced largely.N ow cutting tool materials are gradually rising to the challenges of high productivity machining ,hard machining ,dry machining ,super fine machin 2ing and machining new difficult materials.
K eyw ords :cutting tool material coated cemented carbide ultrafine 2grained cemented carbide cermet ceramics superhard material
收稿日期:1998年10月
近几十年来,航空航天、汽车等行业使用材料的性能不断提高,轻质强韧材料的使用日渐增多,加工难度日益增大。机加工行业为了降低成本和保护环境,逐渐推广干式切削技术,也使某些材料的加工难度增大。随着机床制造业的发展,数控机床和加工中心的加工能力获得极大提高,并不断向高速、高效率加工发展,从而对刀具材料提出了更高的要求。随着切削刀具材料制造技术的日益成熟,市场竞争异常激烈,刀具行业的兼并或联合、机床制造业与切削刀具制造业的跨行业联合极大地提高了开发新产品和开拓新市场的能力。在这些因素的影响下,促进了切削刀具材料的高速发展,其中硬质合金涂层材料在切削刀具材料的发展中一直处于主导地位;金刚石和立方氮化硼等超硬刀具材料的高速发展为广泛采用新型硬韧材料和新型加工工艺提供了广阔的应用前景。
一、硬质合金涂层材料
硬质合金涂层材料在切削刀具材料的发展
中一直处于领先地位,在今后的发展中仍具有
相当大的潜力。硬质合金涂层材料现已发展到几十种,在涂层的化学稳定性、红硬性以及与基体的粘附性等方面已取得了新的突破。目前的涂层工艺已能自由控制涂层的形态、晶相结构、残余应力状态和设计界面等。
1.中低温C VD 涂层
中温化学气相沉积(MT C VD )涂层与C VD 涂层的区别是T iC N 层的结构不同。MT C VD 法采用乙腈在800～900℃的温度下沉积T iC N ,可得到较厚的细晶纤维状结构,商品牌号的涂层厚度通常为C VD 法涂层厚度的1.5倍,且为半粘结态晶界。这种中低温沉积的厚膜结构消除了在涂层过程中所产生的裂纹,而且在不降低耐磨性或抗月牙洼磨损性能的前提下提高了涂层的韧性和光洁度,从而改善了刀具在断续切削条件下的抗崩刃性能,这对加工不锈钢、球墨铸铁等十分有利。该涂层可用于加工各种铁基材料。目前国外大部分复合涂层牌号都具有这种耐磨的T iC N 涂层特征。
传统的氧化铝涂层是α2Al 2O 3和κ2Al 2O 3的混合相结构,表面不光滑,化学稳定性差,新近开发的MT C VD 单相α2Al 2O 3涂层工艺,其α2
Al2O3层呈微晶结构,热稳定性好,表面光滑,抗扩散磨损性好。
为了克服传统的C VD-T iC N涂层工艺中氯化物的污染,H.C.Stock公司采用四异丙基钛等物质代替四氯化钛,用等离子辅助化学气相沉积法涂覆T iN和T iC N时,可得到性能更好的T i(C NO)涂层。
在韧性基体上进行中温T iC N(厚膜)+α2 Al2O3+T iN涂层的复合涂层刀具,具有较强的抗侧面磨损性能,其切削速度达300m/min以上,已成功地用于铣削铸铁和不锈钢,具有代表性的牌号有山特维克公司的G C3032和G C4030;肯纳金属公司的K C992M;三菱综合材料公司的UE6005和UE6035等。
2.PVD涂层
首先将PVD涂层用于硬质合金工具的是日本,开始只能涂氮化钛,现在已能涂碳氮化钛、铝钛氮化合物以及各种难熔金属的碳化物和氮化物。原来采用阴极溅射法,沉积速度只有0.1μm/h,现已采用磁控阴极溅射法,沉积速度提高到3～10μm/h。
为了达到要求的涂层厚度而又不引起晶粒长大,以减少接触应力和改善涂层性能,通常可将刚开始产生晶粒长大的涂层过程中断,然后进行新的成分相容的薄层细晶涂层。基于这一理论,日本住友公司的AC105G、AC110G等牌号的ZX超晶格涂层与多层厚膜C VD涂层形成了鲜明的对比,ZX涂层为T iN与AlN的交互涂层,层数可达2000层,每层厚度仅1nm,其硬度接近C BN烧结体的硬度。该涂层具有很高的耐磨性、抗氧化性和抗剥落性,其寿命是T iC N、T iAlN涂层的2～3倍。
东芝坦葛洛依公司首次在PVD-T iC工艺中有目的地通入氧气,以产生纳米级氧化物薄膜,使涂层的性能得到改善。新的优质涂层牌号CH系列和CT系列,其顶部都有一层T i (C NO)涂层;其它牌号如不二越公司的T715X 和T725X,其最外层都有耐磨的“X”涂层(AlON 层)。
美国多弧涂层公司最先研究了PVD-T iAlN涂层,发现其硬度与T iC N和T iN相当,而热稳定性温度比T iC N和T iN要高,达到1450℃。改进的T iAlN涂层随Al含量的提高,其硬度更高,抗高温断裂性更强,而氧化温度不变。如果在其上再涂一层M oS2或T iC N光滑涂层,将形成具有耐高温磨损和摩擦系数低的复合涂层,适合于高速切削、干式切削和难加工材料的切削加工,其铰孔和钻孔加工能力比未涂层刀具提高3倍,磨损后还可重磨和重涂,而且切削速度越高,其切削效率越高,这对T iAlN涂层有利。最新的T iAlN涂层又进一步发展成T iAl(C N)超复合涂层,如三菱综合材料公司的AP20M和AP10H牌号;瓦尔特公司的WXK15、WX M15和WX M25等牌号。
3.C VD+PVD混合涂层
随着机床主轴转速的不断提高,促进了新一代C VD2T iC N+PVD2T iN混合涂层硬质合金材料的发展。C VD2T iC N涂层具有较高的耐磨性,而PVD2T iN涂层具有压缩残余应力,这种刀具车削钛合金的速度比传统刀具要高2倍。
4.涂层用硬质合金基体的改进
涂层必须与合适的基体相结合才能达到预期的性能。具有较高红硬性的耐磨基体通常为细晶低钴的碳化钨基合金,并通常加入少量的T iC、T aC和NbC,使其具有更高的抗变形能力。粗晶、高钴合金和通过热处理或添加钌、锆以改善粘结相性能的合金通常具有较高的韧性。如住友公司的AC2000和AC3000等牌号。表面层富钴的合金基体则使涂层切削刃强度更高,提高了涂层的抗裂纹扩展能力,特别适合于断续切削。这种涂层合金可通过梯度烧结脱除表面的立方碳化物相和在近表面区产生富钴带的工艺技术获得,通常可将这两种工艺技术结合使用。切削刃拐角处烧结时碰撞扩散区的影响以及烧结后因涂层需要进行的刃口钝化处理,将影响刃口的梯度状况,现在这一缺陷已通过专利技术及精确的工艺控制得到克服。这类涂层的代表产品有肯纳金属公司的K C9000系列、山特维克公司的G C4000系列和三菱综合材料公司的UC6000系列。
二、超细晶硬质合金材料
超细晶硬质合金刀具的研究开发一直是国外各厂家竞相发展的重点。目前细晶和超细晶硬质合金正被大量用于制作印刷电路板钻头(最小直径为1.5mm)、立铣刀和圆盘切断刀等精密刀具,其加工精度大大提高,刀具寿命普遍提高。
过去,细颗粒合金粉末的高成本和烧结时晶粒的不均匀长大一直是限制超细晶碳化钨基硬质合金从实验室研究转化为工业规模化生产的主要障碍。近来,美国DOW化学公司采用改进的工艺技术,已能低成本、大批量生产三种亚微米级(细颗粒为018μm,超细颗粒为014μm,极细颗粒为012μm)的WC粉末。各种级别的粉末通过加入0.2%～0.6%的VC,进行传统烧结,可有效地抑制硬质合金烧结时的晶粒长大,制作的合金可用来制作刀具。
目前最有发展前途的是美国Nanodyne公司的制粉和合金生产技术。该公司用喷雾转化和碳热工艺生产WC粒度<50nm的纳米结构WC-C o硬质合金粉末,即以可熔性盐的混合溶液经喷雾干燥后得到的混合物,在流化床反应器中进行气相还原碳化生产纳米级钴包覆的WC/C o硬质合金粉末。这种复合工艺有利于晶粒度的均匀分布并可避免脏化。为便于压制,纳米晶粉末通常制备成50μm的大颗粒,然后用传统的热等静压(HIP)设备进行快速烧结致密化,用VC和Cr3C4晶粒长大抑制剂可使合金的平均晶粒度小于0.25μm,在特殊的烧结条件下,可降至0.15μm。用这种合金制作的印刷电路板钻头的寿命比微晶硬质合金制作的钻头高2～3倍。该公司已开始在北卡罗莱纳州建立采用该技术的WC/C o粉末生产车间,1998年秋季投产,年生产能力为450公吨。
1997年,山特维克公司开发出了晶粒度为0.2μm的WC合金微型钻头,据称该公司是世界上唯一制造、销售这种新型高性能硬质合金钻头的厂家。同年,该公司还制造出了双烧结的硬质合金钻头,外部为超细晶材料,以提高耐磨性;芯部为粗晶材料,具有较高的强度。
超细晶硬质合金的涂层正处于研究开发阶段,如研制成功,其性能及寿命是无可比拟的,市场前景十分广阔。
三、金属陶瓷材料
与硬质合金不同,金属陶瓷中的T iC和T iC N是主要的硬质相成分,它具有极高的抗磨损性能,但抗热冲击性能较差,通过不断改进,现已取得显著改善。通过硬质相与M o2C、WC、T aC、VC和T iN的合金化以及提高粘结相C o2Ni 的含量及对其比例的精确控制,在提高韧性和弹性变形抗力等方面已取得了极大进展。由于具有成分梯度的几个硬质相使显微结构变得极其复杂,因此与硬质合金的生产相比,要求更严格的原料制备,重点应放在对原料选择到烧结气氛等方面的精确控制。
金属陶瓷刀具适合于干式切削。以往对硬质模具通常采用磨削或电火花加工,现在可用金属陶瓷刀具进行铣削加工,不仅提高了工效,且光洁度也得到提高。
近年来,金属陶瓷材料又有很大进展,主要体现在以下几个方面。
1.涂层金属陶瓷的商业化应用
具有代表性的涂层金属陶瓷牌号有:山特维克公司的CT1525和伊斯卡公司的IC570、IC530N,其表面均涂覆了T i(C N)+T iN的物理涂层;肯纳金属赫尔特公司的HT7涂覆了新一代PVD-T iAlN涂层;普兰西公司的T CC10涂覆了T iC+T iC N+T iN+Al2O3的化学涂层,等等。这些牌号的共同特点是基体粘结相含量较高,韧性更好,切削更加可靠、锋利,适合于合金钢、高合金钢、不锈钢和延性铁的高速精加工和半精加工,其加工效率和加工精度均有显著提高。
2.新型金属陶瓷的开发
T iB2基金属陶瓷由于硬度高,适于制作刀具,已引起众多厂家的关注。日本最新研制的T iB2+T i(C N)+M o2SiB2金属陶瓷,其抗弯强度高达1300N/mm2,硬度高达2300H V,比超细硬
质合金的硬度更高,是新一代金属陶瓷的代表。
3.超细晶金属陶瓷的开发
日本三菱综合材料公司开发了NX1010牌号的细晶金属陶瓷,晶粒度约为0.8μm,其抗弯强度和硬度均有所提高,主要用于高速钢的精加工。
四、陶瓷材料
研究结果表明,通过强化作用可改善陶瓷材料的韧性和抗冲击性。强化陶瓷材料主要有两种,一种是SiC晶须增强Al2O3,通过在氧化铝陶瓷中添加25～35wt%的SiC晶须,使其抗断裂强度提高2倍,抗热冲击能力增强,可防止加工中产生积屑瘤;另一种是半增韧强化或自增韧强化氮化硅陶瓷,它实质上是一种两相结构材料,即包含细粒状粘结的晶体相和长条棱柱状的晶体相,它可提高材料的韧性,起到类似于晶须的强化作用。随着纳米晶陶瓷材料致密化技术的发展,陶瓷材料的强度和韧性会有新的突破,如纳米晶Z rO2陶瓷和纳米晶Si3N4陶瓷已具有较理想的韧性。
晶须增强的氧化铝陶瓷刀具除可铣削耐热合金外,还可粗加工超合金,其生产效率可提高近10倍。新一代高氧化铝含量的赛龙陶瓷(SiAlON)刀具也可粗加工高强度的镍基超合金,用其加工Inconel718耐热合金时,比未改进的赛龙陶瓷刀具寿命提高40%。自增韧氮化硅陶瓷刀具更适合于高速铣削加工HRC>50的灰口铸铁和针状铸铁。混合陶瓷刀具可连续进行硬车削,可部分取代传统的磨削和电火花加工。
为避免陶瓷刀具与工件材料产生化学反应,通过对韧性较好的陶瓷刀具进行涂层,其使用寿命可大大提高,从而拓宽了其应用范围。对氮化硅陶瓷进行一层或多层(T i化合物、Al2O3和T iN等)化学涂层,可进一步改善其加工性能,极大地提高抗侧面磨损性能,在相同的加工条件下车削球墨铸铁时,其寿命比未涂层陶瓷刀具提高10倍。具有代表性的涂层氮化硅陶瓷牌号有山特维克公司的CC1690、住友公司的NS260C和三菱综合材料公司的XE9等。对Al2O32SiC陶瓷进行涂层的牌号有三菱综合材料公司的X D805(物理沉积T i化合物涂层)、Cerasiv公司的SC7015(化学沉积T iC N涂层)等。
五、超硬材料
金刚石涂层硬质合金刀具是涂层技术发展的一项重大突破。首次应用这一新工具材料的是瑞典山特维克可乐满公司,其C D1810牌号采用精心设计的梯度烧结硬质合金作为基体,进行新型的等离子体活化化学气相沉积(PAC VD)金刚石涂层,解决了涂层与基体粘结力较差的问题。采用改进的低压等离子体工艺及设备,能够经济地批量重复生产金刚石涂层硬质合金刀具。金刚石涂层硬质合金刀具具有比PC D 刀具更为复杂的几何形状,适合于加工铝等非铁材料,其寿命是未涂层硬质合金刀具的几十倍,不低于PC D刀具的寿命,可逐步替代未涂层硬质合金刀具和PC D刀具。
目前开发的不定形金刚石膜与由碳氢化合物气体合成的类碳金刚石膜不同,它是一种不需用氢气或任何其它反应气体就能合成的物质。通过改进普通的阴极弧工艺及设备,提高电离能,使SP2结构的石墨阴极蒸发,蒸发的碳原子在低温(150℃以下)低压下冷凝时按SP3键进行组合,形成不定形金刚石膜。这种膜具有较低的摩擦系数、较高的硬度和热化学稳定性,与C VD涂层的金刚石膜的性能相当,是用于铣削和钻削非铁材料如石墨、锻压铝、模铸铝和碳复合材料的最经济实用的涂层,其价格比化学气相沉积金刚石涂层低10～20倍,且能对多种牌号和复杂形状的硬质合金基体进行涂层,并具有较好的膜2基结合性。沉积不定形金刚石涂层的难点是要在三维切削刀具上沉积出厚度大于2μm的不定形金刚石膜,同时要求保持较高的硬度和较强的粘结力比较困难,因此国外研究者正努力寻求在不降低硬度的前提下提高不定形金刚石涂层厚度的方法。
立方氮化硼刀具由于硬度高,可用于断续切削精加工淬硬钢,可替代硬质材料的磨削和
电火花加工。采用PC BN可转位刀片干式精车硬化齿轮,可将每个齿轮的加工成本降低60%;采用装配了球形C BN刀片的立铣刀精铣大型硬质模具,可将传统的磨削加工时间减少80%。通过对C BN晶粒大小和粘结剂性能的改进,整体C BN烧结刀片的性能达到了PC BN 刀片的性能。日本住友公司的BNX10牌号是目前市场上销售的C BN烧结体中耐磨性最好的品种,适合于HRC>60的淬硬钢的高速连续切削加工,其寿命是其它C BN烧结体的2倍以上,切削速度可达200m/min。
C BN多角复合刀片的出现是超硬材料开发的一大进展。以往的PC BN复合刀片生产工艺是先制备出C BN复合片,再切割成小块,然后焊接在硬质合金基体上,其缺点是存在焊接应力。现在能将C BN切削刃直接复合到合金基体的多个部位上,消除了焊接应力,提高了刀片的利用率,降低了加工成本。
立方氮化硼涂层正在研究开发之中,一旦达到实用阶段,其市场前景不可低估。
参考文献
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编辑:李希贤
机加工中刀具材料的应用及发展趋势 金属切削加工是现代机械制造工业中一种最基本的加工方法,在其过程中，刀具直接完成切削余量和形成已加工表面的任务，而刀具材料又是决定刀具切削性能的根本因素,它对加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度的影响极大。就拿切削速度来说,在最初使用碳素工具钢作为刀具材料时,切削速度只有每分钟10米左右；19世纪末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100~５００米;20世纪中叶以后又出现了复合陶瓷、金刚石、CBN超硬刀具材料等,高速钢和硬质合金则发展了许多新品种。迄今，已使切削速度提高到每分钟一千米以上。历史事实表明，在切削加工的发展过程中,刀具材料始终是最积极的因素。同时,被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。因此,我们应当重视刀具材料的正确选择和合理使用,关注新型刀具材料的研制和发展趋势。1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:一是高硬度和高耐磨性;二是足够的强度与冲击韧性;三是高耐热性、导热性和小的膨胀系数；四是良好的工艺性和经济性。2常用刀具材料常用刀具材料有工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)、硬质合金、超硬刀具材料和陶瓷。碳素工具钢和合金工具钢因其耐热性很差，仅用于手工工具。陶瓷和超硬刀具材料则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因,目前尚在有限的范围内使用。当今,用得最多
的为高速钢和硬质合金, 几乎各占一半。2．１高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、铬、钒、钼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。２.2硬质合金硬质合金是高强度难溶的金属化合物(主要是WＣ、TｉＣ等,又称高温碳化物）微米级的粉末,用钴或镍等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其中高温碳化物的含量超过高速钢,绝大多数车刀、端铣刀和部分立铣刀、钻孔绞刀等均已采用其制造,切削速度可达到100~２00m/miｎ以上,是最主要的刀具材料之一。但因其工艺性较差,用于复杂刀具尚受到很大限制。3新型刀具材料3.1涂层刀具涂层刀具材料是近20年出现的一种新型刀具材料。它是在一些韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上,涂覆一层耐磨性高的难熔化金属化合物而获得的，是刀具材料发展中的一项重要突破。涂层技术可提高刀具的耐磨性而不降低其韧性，较好的解决了刀具材料存在的强度和韧性之间的矛盾,是切削刀具发展的一次革命。从上世纪70年代初首次在硬质合金基体上涂覆一层碳化钛（TiC)后,到19８1年就把普通硬质合金刀具的切削速度从80m ／ｍin提高到３00ｍ/ｍin。在高速钢基体上刀具涂层多为TiN,常用物理气相沉积法(PVD法)涂覆,相当于一般硬质合金的硬度,耐用度可提高2～5倍，切削速度可提高２０%~40％;在韧性较好的硬质合金基体上,涂层多为高耐磨、难熔化的金属化合物，一般采用化学
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。
刀具材料的研究现状及展望 2012034110 李贺 【摘要】随着难加工材料的日益增多以及对加工效率的要求的提高，刀具的发展对提高生产效率和加工质量具有直接影响。本文以刀具材料为主线，介绍了高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料等刀具材料的性能以及现状。根据刀具材料的优缺点提出其适合的加工切削条件，同时在理论层面提出对未来发展的思考。 【关键词】高速钢；硬质合金；陶瓷；超硬材料；研究现状；展望 1 刀具失效形式和性能要求 刀具磨损是刀具的主要失效形式，常见的失效形式有：磨粒磨损、氧化磨损、粘结磨损、扩散磨损等正常磨损；卷刀、崩刃、崩碎、打刀等非正常磨损[1]。由此，刀具材料应具有良好的力学性能，另外还应具有良好的工艺性能以及可最大限度降低刀具成本的经济性[2]。 2 高速钢刀具材料 高速钢刀具材料可分为传统熔融高速钢、粉末冶金高速钢和少无莱氏体高速钢。但随着加工材料的发展，虽然其能满足通用工程材料切削加工的要求，但其性能已不够先进。 2.1 传统熔融高速钢 熔融高速钢刀具材料分为：普通高速钢；高性能高速钢。普通高速钢具有较好的塑性，常温硬度63～66HRC，而在高温下，硬度很差。高性能高速钢的硬度普遍比普通高速钢提高2～4 个HRC，高温硬度也较好，但是其抗弯强度、韧性较低[3]。 2.2 粉末冶金高速钢、少无莱氏体高速钢 粉末冶金高速钢及少无莱氏体高速钢解决了熔炼高速钢在冷凝过程中产生的粗大碳化物偏析及碳化物粗大问题。 少无莱氏体钢在热处理时需要进行渗碳处理提高表层的含碳量，以增加硬度，表层经淬火及回火后硬度可达66～67HRC 以上，成为超硬高速钢。少无莱氏体高速钢刀具有芯韧表硬的特点，具有好的综合性能[4]。 3 硬质合金刀具材料 硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物（称硬质相）和金属（称粘结相）。近年来随着材料技术的发展，将其分为P、M、K、H、S、N 六个系列[5]。P 类，主要用于切削钢材；K 类，主要用于切削铸铁；M 类，为普通型硬质 合金；H 类，主要用于切削高硬材料，如淬硬钢，冷硬铸铁等；S 类，用于切削耐热材料、高温合金等；N 类，用于切削有色金属[6]。 3.1 传统硬质合金刀具材料 分类：碳化钨基硬质合金、碳（氮）化钛基硬质合金。 性能：硬度为89.5～94HRA，具有较好的红硬性、耐磨性等综合性能，其适于加工未淬火的钢材。
第18卷 第3期2011年6月 金属功能材料M etallic Functional M aterials Vol .18, No .3 June , 2011 硬质合金刀具材料发展现状与趋势 陶国林 1,2 ,蒋显全2,黄 靖 3 (1.重庆工商大学,重庆400067;2.重庆市科学技术研究院 新材料研究中心,重庆400020; 3.重庆机械电子技师学院,重庆400030) 摘 要:回顾了各种硬质合金刀具材料的基本性能和发展现状,并对各种刀具材料技术的研究成果及发展趋势进行了探讨,同时提出了今后的发展方向。关键词:硬质合金;刀具材料;涂层 中图分类号:T G135.5 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2011)03-0079-05 Research Status and Developing Trend of Cemented Carbide Tool TA O G uo -lin 1,2,JIA NG Xian -quan 2,H U A NG Jing 3 (1.Chongqing Technolo gy and Business U niv ersity ,Chongqing 400067,China ;2.Cho ng qing A cademy o f Science and T echno lo gy ,Chongqing 400020,China ;3.Chongqing M echanical Elec trical A rtificer Co llege ,Cho ng qing 400030,China ) Abstract :Co nventio na l pe rfor mances and resea rch status o f many kinds of cemented car bide cutting too l material are rev iewed ,and the resea rch achievement o f cemented ca rbide too ls in recent year s are discussed ;M eanw hile ,develop -ment trend in the future is put fo rw ard . Key words :ceme nted ca rbide ;cutting to ol ma te rial ;coa ting 作者简介:陶国林(1975-),男,四川德阳人,硕士,助理研究员,主要从事碳化钨硬质合金方面的研究。 随着加工业的发展,难加工材料的使用日益增多,对加工效率的要求也不断提高。刀具的发展对 提高生产效率和加工质量具有直接影响。材料成分和结构以及几何形状是决定刀具性能的3要素,其中刀具材料的性能起着关键性作用。目前虽然可供使用的品种很多,新型的刀具材料也不断出现,但硬质合金是最受欢迎的一种刀具材料[1]。 硬质合金是由高硬度、难熔的金属碳化物(WC 、TiC 等)微米级粉末采用Co 、Mo 、Ni 等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品,。其高温碳化物含量超过高速钢,允许的切削温度高达800～1000℃,常温硬度达89～93H RA ;在540℃时为82～87H RA ,与高速钢常温时硬度(83～86H RA )相同;760℃时硬度达77～85H RA ,并具有化学稳定性好、耐热性高等优点。硬质合金刀具切削速度可达 100～300m /min ,远远超过高速钢,寿命是高速钢的几倍到几十倍[2] 。发达国家90%以上的车刀和 55%以上的铣刀都采用硬质合金材料制造,目前使用比重仍在增加[3]。另外,硬质合金也用来制造钻头、铣刀、齿轮刀具、铰刀等复杂刀具,硬质合金以其优良的性能正在更多的场合替代其他的刀具材料,现在已成为主要的刀具材料之一。 目前世界上硬质合金刀具已占刀具主导地位,占比达70%;金刚石、立方氮化硼等超硬刀具占比约为3%左右;而高速钢刀具正以每年1%～2%速度缩减,目前所占比例已降至30%以下。我国目前年产硬质合金1.6万t ,占全球总产量40%左右。但硬质合金制品附加值最高的切削刀片产量只有 3000余t ,只占20%[4,5] 。 从经济效益方面比较,我国刀具年销售额为
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。
数控刀具材料及选用，再也不用盲目选刀 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。 一. 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。 二.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靘，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
四大材料刀具的性能与选择 刀具材料的发展对切削技术的进步起着决定性的作用。本文介绍了切削中所使用的金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢等刀具材料的性能及适用范围。刀具损坏机理是刀具材料合理选用的理论基础，刀具材料与工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料选择的关键依据，要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料，才能获得良好的切削效果。就活塞在切削加工时的刀具材料选用作了阐述。 高速钢：活塞加工中铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀，钻油孔用钻头等都为高速钢材料。 硬质合金：YG、YD系列硬质合金刀具被广泛应用于铝活塞加工的各个工序中，特别是活塞粗加工和半精加工工序。 立方氮化硼：立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中。同时也应用于活塞立体靠模的加工中。 金刚石：金刚石刀具可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。在切削铝合金时，PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍https://www.doczj.com/doc/5715484131.html,，是目前铝活塞精密加工的理想刀具，已经应用于精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面及精车活塞燃烧室等精加工工序中。 刀具材料性能的优劣是影响加工表面质量、切削加工效率、刀具寿命的基本因素。切削加工时，直接担负切削工作的是刀具的切削部分。刀具切削性能的好坏大多取决于构成刀具切削部分的材料、切削部分的几何参数及刀具结构的选择和设计是否合理。切削加工生产率和刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面质量的优劣等等，在很大程度上都取决于刀具材料的合理选择。正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。 每一品种刀具材料都有其特定的加工范围，只能适用于一定的工件材料和切削速度范围。不同的刀具材料和同种刀具加工不同的工件材料时刀具寿命往往存在很大的差别，例如：加工铝活塞时，金刚石刀具的寿命是YG类硬质合金刀具寿命的几倍到几十倍；YG类硬质合金刀具加工含硅量高、中、低的铝合金时其寿命也有很大的差别。所以，合理选用刀具是成功进行切削加工的关键。每一种刀具材料都有其最佳的加工对象，即存在切削刀具与加工对象的合理匹配问题。 1 刀具材料应具备的性能 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。切削金属所用刀具的切削刃硬度，一般都在60HRC以上。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，其耐磨性就越好。组织中的硬质点(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，则耐磨性越好。耐磨性还与材料的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。可用公式表示材料的耐磨性WR：WR=KIC0.5E-0.8H1.43式中：H——材料硬度(GPa)。硬度愈高，耐磨性愈好。
目录 1 先进刀具使用现状 (1) 1.1 刀具的材料 (1) 1.2 刀具涂层技术 (2) 1.3 立铣刀、丝锥、钻头等传统刀具进入高速切削发展阶段 (4) 1.4 可转位刀具的新进展 (4) 1.5 切削加工新的配套技术 (5) 2 先进刀具的发展趋势 (7) 2.1 数控切削技术的发展对刀具工业提出了更高的要求 (7) 2.2 刀具新技术、新结构、新品种的发展及趋势 (8) 2.3 与刀具相关新技术的发展 (10) 附录：参考文献 (12)
1 先进刀具使用现状 1.1 刀具的材料 当前，刀具材料进展的主要特点是：一方面硬质合金取代高速钢成为主要的刀具材料；另一方面超硬刀具材料使用比重大幅增加。 1.硬质合金基体方面 硬质合金新牌号的开发越来越具有很强的针对性,如美国Kennametal公司 仅针对不同被加工材料的车削加工牌号就有：加工钢材的KC9110、加工不锈钢的KC9225、加工铸铁的KY1310、加工耐热合金的KC5410、加工淬硬材料的KC5510、加工非铁材料的KY1615，新牌号比原牌号平均可提高切削效率15%～20%。山高公司推出的加工铸铁的TK1000、TK2000新牌号，可提高切削速度20%～30%，而该公司为加工钢件开发的TP3000在重切削、断续切削、大进给的应用中则有很好的可靠性。 铸铁和不锈钢是目前两种应用较多的工件材料，然而两者的可加工性有很大的差异，很多公司都开发出了加工这两种材料的专用牌号。如株洲钻石切削刀具股份有限公司开发的黑金刚刀片系列，是专门加工铸铁的硬质合金刀片，包括可干式高速加工灰铸铁的YBD052、可高速加工球墨铸铁的YBD102、可用于中高速或铣削的YBD152及适用中低速湿式铣削或断续条件下车削的YBD252等牌号。这些新牌号比原有的牌号可提高切削速度30%～40%，使用寿命可提高将近40%～50%。在加工不锈钢方面，瑞典Sandvik公司车削奥氏体不锈钢的GC2015是具有梯度区的抗塑性变形和改进热硬性的基体，加上专为此牌号而设计的 TiN-TiN/Al2O3(多层)-TiCN涂层，并对涂层表面进行平滑处理，提高了抗磨料磨损、抗剥落、抗积屑瘤的能力。而韩国KORLOY公司的PC9530为铣削不锈钢的牌号，采用超细颗粒的基体和PVD涂层。 2.在新牌号的开发中重视基体和涂层的优化组合 对于适合高速加工的牌号，其基体应有较高抗塑性变形的能力和富钴的表层及抗月牙磨损的涂层；对于适合断续切削的牌号，基体和涂层都要有较好的韧性。Sandvik公司车削铸铁的专用牌号GC3205、GC3210、GC3215为CVD涂层硬质合金，
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)
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路 作者：佚名来源：不详发布时间：2008-11-21 23:35:38 发布人：admin 减小字体增大字体 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500～600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m/min，使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢 至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%～1.05%。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40～60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍，其红硬性比硬质合金高2～6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93～95HRC，为提高韧性，常添加少量Co、Ni等金属。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶瓷为Si3N4+TiC+Co复合陶瓷，其韧性高于氧化铝基陶瓷，硬度则与之相当。③氮化硅—氧化铝复合陶瓷。又称为赛阿龙(Sialon)陶瓷，其化学成分为77%Si3N4+13%Al2O3，硬度可达1800HV，抗弯强度可达1.20GPa，最适合切削高温合金和铸铁。 3) 金属陶瓷 金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同，主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、M o等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金，低于陶瓷材料；其横向断裂强度大于
机加工刀具材料性能说明 关键词高硬度高耐热性经济性 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人nln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G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，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。 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。表6—2为常用刀具材料的牌号、性能及用途。 1)高速钢
刀具行业的发展趋势 刀具行业是一个比较特殊的行业，肩负着为制造业提供关键装备---数控刀具的重任。制造业的水平往往受刀具行业整体水平的影响较大，而制造业的发展也会促进刀具行业的发展，两者可以说是相互促进相互制约。随着制造业的持续发展，刀具行业必将快速、稳步发展。根据制造业发展的需要，多功能复合刀具、智能刀具、高速高效刀具将成为时代的新宠。面对日益增多的难加工材料，刀具行业必须在改进原有的刀具材料、研发新的刀具材料及寻找更合理的刀具结构方面多下功夫，以解决制造业面临的越来越多的加工难题。2006年，刀具行业主要呈现以下七大发展趋势： 硬质合金材料增多 硬质合金材料依然是刀具材料中的主要成员，也是各国刀具制造厂商着力发展的刀具材料之一。目前，硬质合金材料的应用已有显著进展，细颗粒、超细颗粒硬质合金材料的开发是进一步提高刀具使用可靠性的发展方向，纳米涂层、梯度结构涂层及全新结构、材料的涂层是提高刀具使用性能的发展方向，物理涂层的应用将会继续增多，纯陶瓷、金属陶瓷、氮化硅陶瓷、PCBN、PCD等刀具材料的韧性将得到进一步增强，可应用场合逐渐增多。 研发更具针对性 通用牌号、通用结构不再是刀具制造厂商研发的重点，面对复杂多变的应用场合和加工条件，针对性更强的刀片槽形结构、牌号及配套刀具将取代通用的槽形、牌号的刀片及刀具。这在提高加工效率、加工质量、降低切削成本方面将会收到显著效果。 切削技术快速发展 高速切削、硬切削、干切削继续快速发展。高速切削以其不同于传统速度切削的独特机理以及在提高加工效率、提高加工质量、减少切削变形、缩短加工周期方面的显著效果，在制造业的应用必将进一步增多，高速切削刀具的需求将进一步增多。硬切削是一种新的加工工艺，在提高加工效率、降低加工成本、减少设备资金投入方面的作用独树一帜，对传统的磨削工艺提出了挑战，"以切代磨"将成为发展趋势之一。干切削作为一种绿色制造工艺与湿式切削相比有许多优点，但也存在切削力增大、切削变形加剧、耐用度降低、工件加工质量不易保证等缺点，但是通过分析干切削的各种特定边界条件和影响干切削的各种因素，寻
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
国内外刀具行业发展趋势 随着制造技术的全球化发展趋势，特别以高精密的精加工为主流，适应当今的潮流，高精化，高速化，自动化，多功能化，高生产效率，所以对制造技术必然带来巨大的挑战，国家的强大靠工业发展带动，机床再先进也得靠实力加工完成，所以刀具在制造加工业中起到关键牙齿的作用，但中国刀具技术的发展现状不容乐观，中国市场需要大量的高性能刀具。特别是通用机械制造领域：汽车、航空航天、能源装备、医疗器械、轨道交通、齿轮、压缩机乃至一些重要的军工制造，都离不开刀具加工。尤其是在汽车制造、飞机制造中应用比例较高，其中汽车工业是消耗机床刀具的大户，占全球总刀具消费量的一半以上。 刀具行业应用的广泛性和重要性决定了对刀具性能更高标准的要求。目前国内刀具行业发展仍然处于缓慢阶段，与国外差距较大。一些中低端刀具产品占据市场较大份额，重要的专用刀具牌号缺乏。高端一些的涂层硬质合金刀具产品在国内占有份额极少，重要的汽车工业、航空航天领域几乎没有应用。国内高性能刀具市场被国外品牌抢占，如山特、肯纳、山高、瓦尔特、伊斯卡、住友三菱、钴领等等。 超硬材料刀具（PCD/PCBN）是我国近些年来新性发展起来的高性能刀具，尽管取得了一些进步，但整体发展状况依旧令人堪忧，主要体现在： 1、刀具制造企业技术研发能力不足；
2、对材质和被加工材质的研究不足，刀具应用问题解决能力差； 3、缺乏完善的加工参数数据库； 4、刀具产品研发缺乏系统性。 尽管如此，高性能数控刀具的发展却没有引起足够的重视，国家产业政策倾斜度不够，投入不足。对现代数控刀具高水平，大投入，规模化，国际化，技术密集的特点缺乏认识，在发展战略上，数控刀具与数控机床的发展严重脱节。整个中国刀具行业缺乏合理有机的发展环境！
五金工具的市场分布及 发展趋势精编 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
我国五金工具的市场分布及发展趋势 从行业特性上讲，五金工具行业不存在朝阳或夕阳之说，无论在国际还是在国内，它都是一个传统特征较明显的行业。其竞争度和市场空间到底有多大国内五金工具市场分布情况 我国的五金工具市场主要分布在浙江、江苏、上海、广东和山东等地方，其中浙江和广东最为突出。浙江的永康向来就被称为"五金之乡"，而且浙江人的市场操作意识相当强，从当初的火锅产品、不锈钢保温杯到去年风靡一时的滑板车，给他们带来了滚滚财源。 广东：即将成为世界的模具生产中心。目前，在深圳周边及珠江三角地区聚集了6000多家模具企业，从业人员超过10万人。已连续在深圳举办了五届的华南国际模具展，吸引了25个国家和地区的1000多家企业参加，是当今中国最具专业化、国际化水准的模具工业展会。 国际五金工具市场动态 1．发达国家将中低档产品向第三世界转移 由于生产技术的飞速发展和劳动力价格昂贵的影响，发达国家已将中、低档产品加速向第三世界转移，自己只生产一些高附加值的产品。 2．diy产品成为五金市场新宠 近年来，在欧美随着发达国家的建筑类五金产品设计以容易安装及维修为主，可自行装配(do it yourself)产品及工具大受市场欢迎。据业内人土分析，今后两年，国内的建筑类五金产品也将走向智能化、人性化的发展道路。 国内五金工具市场动态 1．中国日用五金业跨入世界前列 从1996年至今，中国先后建立了拉链、电剃须器、不锈钢器皿、铁锅、刀片、自行车锁等14个技术开发中心，压力锅、电动剃须器、打火机等16个产品中心。这些中心目前绝大多数发展成为行业排头兵，有的已成为世界排头兵，如
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500——600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m/min，使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%——1.05%。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40——60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷
数控刀具技术现状及发展 【论文摘要】本文简介现代数控刀具科普性知识和近几年来在刀具材料、结构科技领域里的现状及发展趋势。指出拉削、滚压、搓挤刀具和复合（组合）孔加工数控刀具的创新成果往往会引起机加工观念上的巨大变革，再集成刀具材料及特种数控机床领域的创新科技成果，会产生巨大的社会效益和经济效益。 近年来，快速发展的数控机加工工艺技术促进了数控刀具结构基础科研和新产品的研发。世界各大厂商生产的数控机床用刀具种类、规格繁多，数量庞大，往往令人眼花缭乱，不得要领。现将有关数控刀具科普性知识和近几年来数控刀具材料、结构、应用等领域的新产品、科技现状及发展趋势就其精要，在此简要分述，以便了解掌握相关数控刀具新产品信息的要点。 一、数控刀具分类简要 二、数控刀具材料新产品科技近况与发展趋势 １、概述： 近年来，数控刀具材料基础科研和新产品的成果集中应用在高速（超高速）、硬质（含耐热、难加工）、干式、精细（超精）数控机加工技术领域。刀具材料新产品的研发在超硬材料（金刚石、表面改性涂层材料、TIC基类金属瓷、立方氮化硼、Al203、Si3n4基类瓷），W、CO类涂层和细颗粒（超细颗粒）硬质合金基体及含Ｇｏ类粉末冶金高速钢等领域进展速度较快。 ２、超硬材料领域： 金刚石（钎焊聚晶、单晶）各类刀具已迅速应用于高硬度、高强度、难加工有色金（合金）及有色金属-非金属复合材料零部件的高速、高效、干（湿）式机械切削加工行业中。其概况分述如下： 汽车、摩托车行业：聚晶、人造单晶金刚石面铣刀、镗刀、车刀、铰刀、复合（组合）孔加工等数控刀具等正大量应用于高强度、高硬度Si--Al合金零部件自动生产线上； 竹木地板、傢具行业：聚晶、CVD厚膜沉积金刚石（复合片）立铣刀、三面刃成形铣刀、面铣刀等类刀具正大量应用于高硬度复合竹木地板、傢具及门窗…等零部件自动生产线上； 航空、航天、汽车及电子信息技术行业：金刚石CVD薄膜涂层数控刀具（以整体WCO类硬质合金刀具为主）多应用于铣削、车削、钻削、铰削及锪削加工高强度铝合金（铸、锻）、纤维-金属层板、碳纤维热塑性复合材料、镁合金、石墨、瓷…等零部件，满足高速、高寿命、干式机加工技术要求。各厂商正不断地改进
陶瓷刀具的发展与应用 李超 1110012128 （南通大学机械工程学院江苏南通） 摘要: 综述了氧化铝系和氮化硅系两类陶瓷刀具的发展现状, 阐述了这两类陶瓷刀具的力学性能与切削性能, 讨论了它们的特点、加工范围以及适合的切削加工用量, 提出了刀具选择及使用要点。 关键词: 陶瓷刀具,氮化硅 , 氧化铝 Development and Application of Ceramic Cutting Tools Abstract:The current development situation of Al2O3 and Si3N4 matrix ceramic cutting tools is summarized. The mechanical property and cutting performance of the two kinds of cutting tools are represented. The characteristics, cutting ranges and suitable machining values of Al2O3 and Si3N4 matrix ceramic cutting tools are discussed emphatically. Some gists of selecting and using ceramic cutting tools are also presented. Keywords: ceramic cutting tools,Si3N4 , Al2O3 0 前言 随着数控加工设备与高性能加工刀具技术的发展, 目前切削加工已进入了一个 以高速、高效和高精度为标志的高速加工发展新阶段, 高速切削已成为当前切削技术的重要发展趋向。然而, 由于切削速度的提高相应地产生了更多的切削热和更大的切削力, 这些都会使刀具的切削性能大大降低。因此, 影响高速切削刀具材料切削性能好坏的关键在于其高温时的力学性能、热物理性能、抗粘结性能、化学稳定性和抗热震性能以及抗涂层破裂性能等。基于这一要求, 近几十年来, 世界各工业发达国家相继开发了一批适于高速切削的新型刀具材料。其中, 陶瓷材料由于其优异的物理力学性能和切削性能在高速切削领域占据了举足轻重的 地位。 1 陶瓷刀具材料的基本特点 陶瓷刀具与硬质合金刀具相比, 其硬度高、耐磨性好, 切削寿命可比硬质合