硬质合金刀片的材料分类.性能.选用(摘要)

工欲善其事必先利其器前言在由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中，刀具是最活跃的因素。刀具切削性能的好坏取决于构成刀具的材料和刀具结构，而刀具材料最具有决定性作用。半个多世纪以来，刀具材料的进步极大地推动着人类社会生产力的发展。从碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷材料到金刚石和立方氮化硼材料以及刀具涂层技术，刀具材料性能的改进使得切削速度不断提高。刀具技术和机床技术的发展相互促进，工件材料与刀具材料交替进展，对推动切削加工技术的发展起着决定性作用。随着科学技术的发展，对工程材料提出了愈来愈高的要求，各种新型金属材料和非金属材料的应用日益广泛，面对如此品种繁多的工件材料，如何正确选择刀具材料来进行切削加工，以提高生产效率、降低成本和减少资源消耗，这是一个十分重要的问题。不同的刀具材料或同种刀具加工不同的工件材料时刀具寿命往往会存在很大差别，所谓“万能刀具”是不存在的。“工欲善其事，必先利其器”这一句中国名言已成为国内外的共识。因此，学习金属切削原理，掌握各种刀具材料的不同特性，按具体情况解决好刀具材料与加工对象之间的“合理匹配”问题，优选切削用量，从而提高应用水平。目前，中国的机械工业呈现出快速增长的势头，但生产效率低下导致投入与产出相比效益不高，或者说得到回報的比例远远低于国外，在国际上的竞争力并不强。要想从“制造大国”走向“制造强国”，制造效率和生产管理水平必需加快提升；要做到这一点首要任务是提升企业和职工的管理、技术素质。从提高机械加工效率方面考量，普遍提高一线技术工人的刀具应用技术水平是至关重要的，也是企业增收节支的有效办法。为了配合企业的技术培训工作，我们以简明的图、表及少量文字叙述编写有关机械加工专项技术培训资料，力求达到易学、实用、速成的效果。编者2007.8.硬质合金刀片的材料分类.性能.选用中国刀具技术协会常务理事孙贞惠高级工程师刀具技师主讲硬质合金刀片的材料分类.性能.选用一.概述二.硬质合金刀具材料的分类与特性三.硬质合金刀具涂层技术简介四.根据加工件的材料特性选用合适的刀片牌号五.根据刀片的特性合理选择切削用量六.附表一、概述：切削过程的主要矛盾是刀具的切除与工件的反切除。影响刀具切削能力的外在因素有刀具结构、几何角度、磨损情况以及工件材料、切削用量选用情况等，而刀具材料的性能则是决定切削能力的内在因素；因此，在切削加工实践中，进行编制工艺、选择刀具和优选切削用量，都必须以刀具材料的性能为依据。硬质合金刀具是在较大的切削力和较高的切削温度下切除金属的，并且和切屑与工件表面不断地发生摩擦，因此，作为刀具切削部份的刀片材料，应具备以下几方面的性能：1．较高的硬度和耐磨性；2．较高的耐热性；3．必要的强度与韧性；4．较好的导热性；5．较好的抗粘结性；6．制造刀具工艺性和经济性相对好。各类刀片牌号的性能差别很大、适用范围也各有不同，没有一种刀片牌号具备所有的最佳性能，而是各有所长、相互补充的。所以，了解刀片牌号的基本特性及其应用范围，在生产实践中掌握其规律性，才能做到运用自如。机夹硬质合金镗、铣刀具机夹硬质合金车削刀具☆国产各种刀具材料的主要性能指标材料种类密度（g/cm3）耐热性（℃）硬度抗弯强度（Mpa）热导率[w/(m·K)]热膨胀系数×10-6/℃金刚石天然金刚石（单晶）3.47~3.56700~800HV10000210~490146.50.9~1.18聚晶金刚石（PCD）3.5~4.1700~800HV6500~8000600~10002105.4~6.48金刚石涂层（CVD）3.51HV8500~10000750~15003.7立方氮化硼（CBN）CBN烧结体3.45~3.491300~1500HV8000~9000780~98075.6~1302.5~3CBN复合片3.44~3.491000~1200HV4500~5000500~8001304.7陶瓷刀具晶须增强陶瓷4.46~6.081200~1300HV2060800~100020~358~12Si3N4陶瓷3.1~5.01200~1300HRA91~95600~90015.0~38.07.0~9.0Al2O3陶瓷3.6~3.98800~1200HRA92.5~95400~750297.0~8.0硬质合金超细晶粒合金（YM.YD.YC）12.5~15.2900~1100HRA91~93.5980~1960—TiC基合金（YN）5.56~6.31100~1200HRA91~931400~180021~717.5~8.5通用合金（YW）12.7~13.41000~1100HRA90~92.51400~1800—3~7.5钨钴类（YG）14.3~15.5800HRA89~91.5980~206074.5~87.94.5~5.5钨钴钛类（YT）9.35~13.2900HRA89~92.5880~180020.9~62.85.5~6.5高速钢8.0~8.8600~700HRC62~702450~392016.75~25.18~12合金工具钢7.7~7.9300~400HRC58~662350~41.87—碳素工具钢7.6~7.8200~250HRC55~652060~41.8711.72二.硬质合金刀具材料的分类与特性硬质合金是釆用粉末冶金工艺制成的工程材料。它是由高硬度和高熔点金属碳化物（碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）和碳化铌（NbC）等）作硬质相，用金属钴（Co）为主或钼（Mo）、镍（Ni）等作为粘结相。经球磨工艺制成的粉末，按各种牌号的配比进行混合，而后压制成合金坯块，再经过高温高压炉里进行燒结而成各种硬质合金制品。由于硬质合金中的高温碳化物含量超过高速钢，具有高硬度、耐磨性好、耐热性好的特性，允许使用切削速度要比高速钢高得多，因此，硬质合金是目前得到最广泛应用的切削刀具材料。1．ISO标准硬质合金的分类及其刀片牌号表示方法：（1）ISO标准硬质合金的分类及其代号；（2）ISO标准硬质合金牌号成份和性能；（3）ISO标准硬质合金按用途分类表。(1)ISO标准硬质合金的分类及其刀片牌号表示方法（1）硬质合金的分类及其代号：P类(包括P01～P50):适用于加工长切屑的黑色金属(如:切削钢材)，以蓝色作标志；M类(包括M10～M40):这类合金为通用型，适用于加工长切屑或短切屑的黑色金属(如:切削不锈钢)及有色金属，以黄色作标志；K类(包括K01～K40):适于用加工短切屑的黑色金属(如:切削铸铁)有色金属及非金属材料，以红色作标志；P.M.K.H.S.N.H类(包括H01～H30):适用于加工硬度为HRC40～65的高硬度材料(如:切削淬火钢、合金钢、硬铸铁等)，以褐色为标志；S类(包括S01～S30):适用于切削高温合金、耐热合金材料(如:钛合金、镍基高温合金等)，以棕色为标志；N类(包括N10～N30):适用于加工有色金属及非金属材料(如:铝合金、纤维强化型塑料等)，以绿色为标志。注:以上三类标准是近年来ISO新增设的标准类别牌号化学成分（%）物理——机械性能WCTiC+TaCCo密度(克/厘米3)维氏硬度HV(公斤/毫米2)抗弯强度mpa抗压强度mpaPP01.2P01.3P01.4P05P10P20P25P30P40P50305162776376718275686443331828142081215665591091013177.28.510.112.210.711.912.413.112.712.51800175017501700160015001450145014001300736883981107912791472171717171913215834364126—4218451347014701490548073924MM10M20M30M40848281791010626891513.113.414.413.6170015501450130013241570176620604905490547014316KK01K05K10K20K30K4092919292898843222—466691215.014.514.814.814.414.3180017501650155014001300117713241472166818642060—57885592490546114416（2）硬质合金ISO标准牌号的成分和性能（3）硬质合金ISO标准按用途分类表主要类别用途分类被加工材料大类识别颜色分类号被加工材料用途和工作条件P类长切屑的黑色金属蓝色P01钢、锻钢件精车、精镗、高速切削，小切削截面尺寸精确和精度高、无振动工序P10钢、铸钢件车削、仿形切削、车螺纹和铣削、高切削的小或中切削截面P20钢、铸钢、长切屑的可锻铸铁车削、仿形切削、铣削、中切削速度和切削截面、小切削截面刨削P30钢、铸钢、长切屑的可锻铸铁车削、铣削、刨削、中或低切削速度中或大切削截面，在不利条件下加工P40钢、有夹砂和孔隙的铸钢件车削、刨削、插削、低切削速度、大切削截，可以用于不利条件下加工的大切削角和在自动机床上使用P50钢、有夹砂和孔隙中或低抗拉强度的铸钢件适于要求韧性很高的硬质合金的工序车削、刨削、插削、低切削速度、大切削截面，可以在不利条件下以大切削角加工和在自动机床上使用硬质合金ISO标准按用途分类表（续）M类长或短切屑的黑色金属有色金属黄色M10钢、铸钢件、锰钢、灰口铸铁、合金铸铁车削的精加工、中或高切削速度、小或中切削截面M20钢、铸钢件、奥氏体钢或锰钢、灰口铸铁车削、铣削、中切削速度和切削截面M30钢、铸钢件、奥氏体钢、灰口铸铁、耐高温合金车削、铣削、刨削、中切削速度、中或大切削截面M40高速切削软钢、低抗拉强度钢、有色金属和轻合金车削、切断、特别适于自动机床的成形车削硬质合金ISO标准按用途分类表（续）K类短切屑的黑色金属；有色金属；非金属材料红色K01非常硬的灰口铸铁，肖氏硬度85以上的冷硬铸件、高硅铝合金、淬火钢、高耐磨塑料、硬纸板、陶瓷车削的精加工、镗削、铣削、刮削K10布氏硬度220以上的灰口铸铁、短切屑的可锻铸铁、淬火钢、硅铝合金、铜合金、塑料、玻璃、橡胶、硬纸板、瓷器、石头车削、铣削、钻孔、镗孔、拉削、刮削K20布氏硬度高达220的灰口铸铁、有色金属、紫铜、黄铜、铝要求高韧性硬质合金的车削、铣削、刨削、镗孔、拉削、K30低硬度灰口铸铁、低抗拉强度钢、压缩木材车削、铣削、刨削、插削、适于不利条件下加工，可以用大切削角K40软木或硬木、有色金属车削、铣削、刨削、插削、适于不利条件下加工，可以用大切削角2．国产硬质合金分类、性能及其用途：（1）国产硬质合金牌号分类；（2）国产硬质合金牌号表示方法；（3）国产硬质合金常用牌号性能与选用；（4）国产硬质合金新牌号的性能与选用；（5）国产硬质合金可转位刀片型号(采用ISO国际标准)的表示方法；（6）国内外硬质合金牌号对照表。（1）国产硬质合金牌号分类:A．钨－钛－钴类合金：以WC－TiC－Co为化学成份，称YT类；B．钨－钴类合金：以WC和Co为主，个别牌号加了微量的TaC或NbC；称YG类；C．钨－钛－钽（铌）－钴类合金：除WC－Co外，还加了适量的TiC、TaC、Nbc，称YW类；D．碳化钛基－镍钼类合金：以Ni－Mo为粘结剂的合金，称YN类；E．钢结硬质合金。（2）国产硬质合金牌号表示方法：表示硬质合金:Y--“硬”的汉语拼音第一个字母表示硬质合金成份特性：G6--钨钴合金及钴含量T14--钨钴钛合金及钴T05--钨钴钛铌合金W1--钨钴钛钽合金N10--钛镍钼合金M051--钨钴钛钽类超细颗粒合金附加字母分别表示：X—细颗粒C—粗颗粒N—加铌元素A—加钽元素☆国产硬质合金牌号（材质）表示方法举例说明例1：YG8表示含钴量8%，含碳化钨92%的钨钴合金；例2：YG6表示含钴量6%，含碳化钨94%的钨钴合金；例3：YT15表示含碳化钛15%，含钴量6%含碳化钨79%的钨钛钴合金；例4：YT5表示含碳化钛5%，含钴量10%，含碳化钨85%的钨钛钴合金；