加工中心刀具材料種類、性能和特點
1. 高速鋼 高速鋼大體上可分為W系和Mo系兩大系。其主要特征有：合金元素含量多結晶顆粒比其他工具鋼細，淬火溫度極高（1200℃）二淬透性極好，可使刀具整體的硬度一致。回火時有明顯的二次硬化現象，甚至比淬火硬度更高且耐回火軟化性較高，在600℃仍能保持較高的硬度，較之其他工具剛耐磨性好，且比硬質合金韌性高，單壓延性較差，熱加工困難，耐熱沖擊較弱。因此高速鋼刀具仍是加工中心用刀具的選擇對象之一。目前國內外應用比較普遍的高速鋼刀具材料以WMo、WMoAL 、WMoCo為主，其中WMoAL是我國所特有的品種。2. 硬質合金 硬質合金是將鎢鈷類（WC），鎢鈦鈷類（WC-TiC），鎢鈦鉭（鈮）鈷類（WC-TiC-TaC）等硬質碳化物以Co為結合劑燒結而成的物質，在鐵系金屬、非鐵金屬盒非金屬的切削中大顯身手。安IS0標準，主要以硬質合金的硬度、抗彎強度等指標為依據，將硬質合金刀具材料為P、M、K三大類，大致如下； （1） WC+Co：K類（國際YG類）； （2） WC+TiC+Co：P（國際YT類）； （3） WC+TiC+ TaC +Co：M（國際YW類）。 K類：適于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬及非金屬材料。主要成分為碳化鎢和3%--10%的鈷，有時還含有少量的碳化鉭等添加劑。 P類：適于加工長切屑的黑色金屬。主要成為為碳化鈦、碳化鎢和鈷(或鎳)，有時還加入碳化鉭等添加劑。 M類：適于加工長切屑或短切屑的黑色金屬和有色金屬。成分和性能介于K類和P類之間，可用來加工鋼和鑄鐵。以上為一般切削工具所用硬質合金的大致分類。除此之外，還有超微粒子硬質合金，一般地可以認為其從金屬K類，但因其燒結性能上要求結合劑Co的含量較高，故高溫性能較差，大多只適用于鉆、鉸等低俗切削工具。 在國際標準（ISO）中通常又分別在K、P、M三種代號之后附加01、05、10、20、30、40、50等數字進行更進一步的細分。一般來講，數字越小者，硬度越高，但韌性越低；而數字越大則韌性越高，但硬度越低。部分高速鋼、硬質合金刀具材料的應用范圍。 普通高速鋼： W18Cr4V，應用范圍;用于制造麻花鉆、鉸刀、絲錐、銑刀、齒輪刀具、拉刀等。 W6M05Cr4V2，應用范圍;用于制造要求塑性好的刀具（如軋制麻花鉆）及承受較大沖擊載荷的刀具。高性能高速鋼： W2M09Cr4VC08和W12M03Cr4V3C05Si，應用范圍；用于制造加工難加工材料的各種刀具，不宜用于沖擊載荷及工藝系統(tǒng)剛性不足的條件。 W6M05Cr4V2AI，應用范圍；用于制造，麻花鉆、絲錐、鉸刀、銑刀、車刀和刨刀等，其用于加工鐵基高溫合金的麻花鉆時，效果顯著，用于制造形狀復雜的刀具。硬質合金： YG3X，應用范圍；鑄鐵有色金屬及其合金的精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷。 YG3，應用范圍；鑄鐵、有色金屬及其合金的精加工、半精加工、不能承受沖擊載荷。 YG6X，應用范圍；普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工、半精加工。 YG6，應用范圍；鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和粗加工。 YG8，應用范圍；鑄鐵、有色金屬及其合金、非金屬材料的粗加工，也可用于斷續(xù)切削。 YG6A，應用范圍；冷硬鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工，亦可用于高錳鋼、淬硬鋼的半精加工的精加工。 YT30，應用范圍；硬素鋼、合金鋼的精加工。 YT15，應用范圍；碳素鋼、合金鋼在連續(xù)切削的粗加工、半精加工，亦可用于連續(xù)切削時的精加工。 YT14，應用范圍；同YT15。 YT5，應用范圍；碳素鋼、合金鋼的粗加工，可用于斷續(xù)切削。 YW1，應用范圍；高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工的精加工。 YW2，應用范圍；高溫合金、不銹鋼、高錳鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工。3. 陶瓷 從20世紀30年代始人們就開始研究以陶瓷作為切削工具的材料了。陶瓷刀具基本上有兩大類組成：一類為氧化鋁類（白色陶瓷）；另一類TiCt添加類（黑色陶瓷）。另外還有在AL2O3中添加SiCW（晶須），ZrO2 (青色陶瓷)來增加韌性的，以及以SI3N4為主體的陶瓷刀具。 陶瓷材料具有高硬度、高溫強度好（約2000℃下亦不會熔融）的特性，化學穩(wěn)定性亦很好，但韌性很低。最近熱等靜壓技術的普及對改善陶瓷結晶的均勻細密性、提高陶瓷的各向性能均衡乃至提高韌性都起到很大的作用，作為切削工具用的陶瓷抗彎強度已經提高到900MPa以上。一般來說，陶瓷刀具相對硬質合金和高速鋼來說仍是極脆的材料，因此，多用于高速連續(xù)切削中，例如鑄鐵的高速加工。另外，陶瓷的熱導率相對于硬質合金來說非常低，是現有工具材料最低的一種，故在切削加工中容易積蓄加工熱，且對于熱沖擊的變化較難承受。所有，加工中陶瓷刀具很容易因熱裂紋產生崩刃等損傷，且切削溫度較高。陶瓷刀具因其材質的化學穩(wěn)定性好、硬度高，在耐熱合金等難加工材料的加工中有廣泛的應用。4. 立方氮化硼（CBN） 立方氮化硼是靠超高壓、高溫技術人工合成的新型刀具材料，其結構與金剛石相似，此種工具材料由美國CE公司研制開發(fā)。它的硬度略低于金剛石，單熱穩(wěn)定性遠高于金剛石，并且與鐵族元素親和力小，不易產生“積屑瘤”。CBN粒子硬度高達4500HV，熱導率高，在大氣中加熱至1300℃仍保持性能穩(wěn)定，且與鐵的反應性很低，是迄今為止能夠加工鐵族金屬最硬的刀具材料。它的出現使無法進行正常切削加工的淬火鋼、耐熱鋼的高速切削變?yōu)榭赡堋?. 聚晶金剛石（PCD） 1975年美國GE公司開發(fā)了用人造金剛石顆粒通過添加Co、硬度合金、NiCr、Si-SiC以及陶瓷結構結合劑在高溫（1200℃以上）、高壓下燒結成形的PCD刀具，并得到了廣泛的應用。金剛石刀具與鐵系金屬有極強的親和力，切削過程中刀具中的碳元素極易發(fā)生擴散二導致磨損；但與其他材料的親和力很低，切削中不易產生粘刀現象，切削刃口可以磨得非常鋒利。所以它只適用于高效地加工有色金屬盒非金屬材料，能得到高精度、高光亮的加工面，金剛石在大氣中溫度超過600℃時將被碳化而失去本來面目，故金剛石刀具不宜用于可能會產生高溫的切削中。 上述五類刀具材料，從總體上分析，材料的硬度、耐磨性以金剛石最高，依次降低到高速鋼。而材料的韌性則是高速鋼最高，金剛石最低。