加工中心刀具材料种类、性能和特点

1.       高速钢

 高速钢大体上可分为W系和Mo系两大系。其主要特征有：合金元素含量多结晶颗粒比其他工具钢细，淬火温度极高（1200℃）二淬透性极好，可使刀具整体的硬度一致。回火时有明显的二次硬化现象，甚至比淬火硬度更高且耐回火软化性较高，在600℃仍能保持较高的硬度，较之其他工具刚耐磨性好，且比硬质合金韧性高，单压延性较差，热加工困难，耐热冲击较弱。因此高速钢刀具仍是加工中心用刀具的选择对象之一。目前国内外应用比较普遍的高速钢刀具材料以WMo、WMoAL 、WMoCo为主，其中WMoAL是我国所特有的品种。

2.       硬质合金

 硬质合金是将钨钴类（WC），钨钛钴类（WC-TiC），钨钛钽（铌）钴类（WC-TiC-TaC）等硬质碳化物以Co为结合剂烧结而成的物质，在铁系金属、非铁金属盒非金属的切削中大显身手。安IS0标准，主要以硬质合金的硬度、抗弯强度等指标为依据，将硬质合金刀具材料为P、M、K三大类，大致如下；

（1）       WC+Co：K类（国际YG类）；

（2）       WC+TiC+Co：P（国际YT类）；

（3）       WC+TiC+ TaC +Co：M（国际YW类）。

K类：适于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料。主要成分为碳化钨和3%--10%的钴，有时还含有少量的碳化钽等添加剂。

P类：适于加工长切屑的黑色金属。主要成为为碳化钛、碳化钨和钴(或镍)，有时还加入碳化钽等添加剂。

M类：适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属。成分和性能介于K类和P类之间，可用来加工钢和铸铁。以上为一般切削工具所用硬质合金的大致分类。除此之外，还有超微粒子硬质合金，一般地可以认为其从金属K类，但因其烧结性能上要求结合剂Co的含量较高，故高温性能较差，大多只适用于钻、铰等低俗切削工具。

       在国际标准（ISO）中通常又分别在K、P、M三种代号之后附加01、05、10、20、30、40、50等数字进行更进一步的细分。一般来讲，数字越小者，硬度越高，但韧性越低；而数字越大则韧性越高，但硬度越低。部分高速钢、硬质合金刀具材料的应用范围。

  普通高速钢：

W18Cr4V，应用范围;用于制造麻花钻、铰刀、丝锥、铣刀、齿轮刀具、拉刀等。

W6M05Cr4V2，应用范围;用于制造要求塑性好的刀具（如轧制麻花钻）及承受较大冲击载荷的刀具。

高性能高速钢：

W2M09Cr4VC08和W12M03Cr4V3C05Si，应用范围；用于制造加工难加工材料的各种刀具，不宜用于冲击载荷及工艺系统刚性不足的条件。

W6M05Cr4V2AI，应用范围；用于制造，麻花钻、丝锥、铰刀、铣刀、车刀和刨刀等，其用于加工铁基高温合金的麻花钻时，效果显著，用于制造形状复杂的刀具。

硬质合金：

YG3X，应用范围；铸铁有色金属及其合金的精加工、半精加工，不能承受冲击载荷。

YG3，应用范围；铸铁、有色金属及其合金的精加工、半精加工、不能承受冲击载荷。

YG6X，应用范围；普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工。

YG6，应用范围；铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工。

YG8，应用范围；铸铁、有色金属及其合金、非金属材料的粗加工，也可用于断续切削。

YG6A，应用范围；冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工的精加工。

YT30，应用范围；硬素钢、合金钢的精加工。

YT15，应用范围；碳素钢、合金钢在连续切削的粗加工、半精加工，亦可用于连续切削时的精加工。

YT14，应用范围；同YT15。

YT5，应用范围；碳素钢、合金钢的粗加工，可用于断续切削。

YW1，应用范围；高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工的精加工。

YW2，应用范围；高温合金、不锈钢、高锰钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工。

3.       陶瓷

      从20世纪30年代始人们就开始研究以陶瓷作为切削工具的材料了。陶瓷刀具基本上有两大类组成：一类为氧化铝类（白色陶瓷）；另一类TiCt添加类（黑色陶瓷）。另外还有在AL₂O₃中添加SiCW（晶须），ZrO₂ (青色陶瓷)来增加韧性的，以及以SI₃N₄为主体的陶瓷刀具。

      陶瓷材料具有高硬度、高温强度好（约2000℃下亦不会熔融）的特性，化学稳定性亦很好，但韧性很低。最近热等静压技术的普及对改善陶瓷结晶的均匀细密性、提高陶瓷的各向性能均衡乃至提高韧性都起到很大的作用，作为切削工具用的陶瓷抗弯强度已经提高到900MPa以上。一般来说，陶瓷刀具相对硬质合金和高速钢来说仍是极脆的材料，因此，多用于高速连续切削中，例如铸铁的高速加工。另外，陶瓷的热导率相对于硬质合金来说非常低，是现有工具材料最低的一种，故在切削加工中容易积蓄加工热，且对于热冲击的变化较难承受。所有，加工中陶瓷刀具很容易因热裂纹产生崩刃等损伤，且切削温度较高。陶瓷刀具因其材质的化学稳定性好、硬度高，在耐热合金等难加工材料的加工中有广泛的应用。

4.       立方氮化硼（CBN）

 立方氮化硼是靠超高压、高温技术人工合成的新型刀具材料，其结构与金刚石相似，此种工具材料由美国CE公司研制开发。它的硬度略低于金刚石，单热稳定性远高于金刚石，并且与铁族元素亲和力小，不易产生“积屑瘤”。CBN粒子硬度高达4500HV，热导率高，在大气中加热至1300℃仍保持性能稳定，且与铁的反应性很低，是迄今为止能够加工铁族金属最硬的刀具材料。它的出现使无法进行正常切削加工的淬火钢、耐热钢的高速切削变为可能。

5.       聚晶金刚石（PCD）

 1975年美国GE公司开发了用人造金刚石颗粒通过添加Co、硬度合金、NiCr、Si-SiC以及陶瓷结构结合剂在高温（1200℃以上）、高压下烧结成形的PCD刀具，并得到了广泛的应用。金刚石刀具与铁系金属有极强的亲和力，切削过程中刀具中的碳元素极易发生扩散二导致磨损；但与其他材料的亲和力很低，切削中不易产生粘刀现象，切削刃口可以磨得非常锋利。所以它只适用于高效地加工有色金属盒非金属材料，能得到高精度、高光亮的加工面，金刚石在大气中温度超过600℃时将被碳化而失去本来面目，故金刚石刀具不宜用于可能会产生高温的切削中。

       上述五类刀具材料，从总体上分析，材料的硬度、耐磨性以金刚石最高，依次降低到高速钢。而材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低。