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刀具材料介绍及性能分析

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:高速钢是刀具材料市场上曾经辉煌过几十年的“霸主”。高钒高速钢适合加工硬橡胶、塑料等对刀具磨损严重的材料。其硬度为89.5~92.5HRA,耐热性为900~1000℃,主要用于加工塑性材料。

刀具材料介绍及性能分析

1.高速钢刀具

高速钢是在合金工具钢中加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢刀具是一种比普通刀具要坚韧,更容易切割的刀具,高速钢具有高硬度(62~67HRC)、高耐磨性和高耐热性等特点,有较好的工艺性能,强度和韧性配合好,而且具有很好的热硬性,但不适合高速切削和硬材料的切削。常用牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。

高速钢是刀具材料市场上曾经辉煌过几十年的“霸主”。随着被加工材料的不断变化以及生产加工的需要,人们不断改变高速钢的成分,在普通高速钢中加入Co、Al、V等合金元素,提高综合性能,主要用来加工不锈钢、耐热钢和高温合金等难加工材料。

(1)高碳高速钢

牌号有9W8Cr4V(9W18)、9W6Mo5Cr4V2(CM2),常温硬度值为66~68HRC,600℃时硬度值提高到51~52HRC,适用于制造耐磨性要求高的刀具。

(2)铝高速钢

牌号有W6Mo5Cr4V2Al(501)和W6Mo5Cr4V2Al(5F-6)是我国独创的新钢种。常温硬度值为67~69HRC,600℃时硬度值提高到54~55HRC,切削性能与M42(ANSI高速钢)相当,刀具寿命比W18高1~2倍以上,做滚齿刀的切削速度为1.67mm/s。磨削性加工性较差,热处理要高。

(3)钴高速钢

高速钢合金元素中加入钴,综合性能改善,从而提高切削速度。如美国的M40系列中的M42,常温硬度值为67~69HRC,600℃时硬度值提高到54~55HRC。适合加工高温合金、钛合金及其他难加工材料。由于我国钴资源有限,目前钴高速钢生产和使用不多。

(4)高钒高速钢

由于大量高硬度、高耐磨性的VC(钒碳化物)弥散在高速钢中,提高了高速钢的耐磨性,且能细化晶粒、降低钢的过热敏感性。高钒高速钢适合加工硬橡胶塑料等对刀具磨损严重的材料。高钒高速钢使用寿命长,缺点是磨削加工性差。主要牌号有W6Mo5Cr4V3、W12Cr4V4Mo等。

(5)粉末冶金高速钢

前面介绍的高速钢都是用一般冶炼方法制造的(冶炼—钢锭—锻造—加工成刀具)。其金相组织存在着碳化物颗粒粗大及分布不均匀的现象,影响切削性能的提高。用粉末冶金法制造的高速钢,有效地解决了这个问题。粉末冶金高速钢碳化物颗粒细小且分布均匀,热处理变形很小,可磨削性能明显提高。粉末冶金高速钢的耐用度较高。

我国生产的粉末冶金高速钢有,钢铁研究总院生产的FT15和FR71、上海材料研究所研制的PT1、PVN、北京工具研究所研制的GF1、GF2、GF3等。

2.硬质合金刀具(www.xing528.com)

硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物(WC、TiC)微米级粉末为主要成分,以钴、镍或钼为黏结剂,在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度高和韧性较好、耐热、耐性蚀等一系列优良性能,特别是它具有高硬度和高耐磨性,即使在500℃下也基本保持不变,1000℃时仍有很高的硬度。切削速度可比高速钢高4~10倍。我国目前生产的硬质合金主要分为3类。

(1)K类(YG)

K类(YG)即钨钴类,由碳化钨和钴组成。其硬度为89~91.5HRA,耐热性为800~900℃,主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料。这类硬质合金韧性较好,但硬度和耐磨性较差,常用的牌号有YG8、YG6、YG3,它们制造的刀具依次适用于粗加工、半精加工和精加工。数字表示钴含量的百分数,YG6即钴含量为6%,钴含量越多,韧性越好。YG类硬质合金不适合加工钢料,因其切削温度达640℃时,刀具会与钢产生黏结,使刀具发生黏结磨损。

(2)P类(YT)

P类(YT)即钨钴钛类,由碳化钨、碳化钛和钴组成。其硬度为89.5~92.5HRA,耐热性为900~1000℃,主要用于加工塑性材料。这类硬质合金耐热性和耐磨性较好,但抗冲击韧性较差,适用于加工钢料等韧性材料。常用的牌号有YT5、YT15、YT30等,T后面的数字代表TiC含量,TiC含量越高,则耐磨性较好、韧性越低。这3种牌号的硬质合金制造的刀具分别适用于粗加工、半精加工和精加工。

(3)M类(YW)

M类(YW)即钨钴钛钽铌类。由在钨钴钛类硬质合金中加入少量的稀有金属碳化物(TaC或NbC)组成。其抗弯强度疲劳强度、耐热性、高温硬度和抗氧化能力都有很大的提高。它具有前两类硬质合金的优点,用其制造的刀具既能加工脆性材料,又能加工韧性材料。同时还能加工高温合金、耐热合金及合金铸铁等难加工材料,常用牌号有YW1、YW2。

3.陶瓷

常用陶瓷刀具材料是以Al2O3或SiN4为基体材料在高温下烧结而成的。其硬度值可达91~95HRA,耐磨性比硬质合金高十几倍,适合加工冷硬铸铁和淬硬钢。在1200℃高温下仍能切削,高温硬度可达80HRA,540℃时高温硬度为90HRA,切削速度比硬质合金高2~10倍;具有良好的抗黏结性能,与多种金属亲和力小;化学稳定性好,即使在熔化时,也不与钢相互作用,抗氧化能力强。

陶瓷刀具最大的缺点是脆性大、抗弯强度和冲击韧性低、导热性差。

4.氮化硼(CNB)

氮化硼是人工合成的超硬刀具材料,其硬度可达7300~9000HV,仅次于金刚石的硬度。但热稳定性好,可耐1300~1500℃高温,与铁族材料亲和力小(在1200~1300℃时也不会与铁族金属起反应)。但强度低,焊接性差。既能胜任淬火钢、冷硬铸铁的粗车和精车,又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削。CBN刀具非常适合数控机床加工。

5.金刚石

金刚石分人造和天然两种,做切削刀具的材料,大多数是人造金刚石,其硬度极高,可达10000HV(硬质合金仅为1300~1800HV)。其耐磨性是硬质合金的80~120倍。但韧性差,对铁族材料亲和力大。因此一般不宜加工黑色金属,主要用于硬质合金、玻璃纤维塑料、硬橡胶、石墨、陶瓷、有色金属等材料的高速精加工。

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