机械制造技术基础 第二章 第二节 刀具材料.ppt

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1、第二节 刀具材料n一、一、刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能n二、二、常用刀具材料常用刀具材料 1、高速钢高速钢 2、硬质合金硬质合金 3、陶瓷刀具陶瓷刀具 4、超硬材料刀具超硬材料刀具 5、涂层刀具涂层刀具n三、三、刀具材料选择刀具材料选择一、刀具材料应具备的性能n1、高硬度及耐磨性、高硬度及耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本特性。硬度是刀具材料应具备的基本特性。一般刀一般刀硬度硬度1.5工工硬度硬度，切削金属所用刀具常温，切削金属所用刀具常温HRC 60 耐磨性：抗磨损能力，它是刀具材料机械性能、组织结构和化学性能的综合反映。通常，刀具耐磨性：抗磨损能力，它是刀具材料机械性能、组织结

2、构和化学性能的综合反映。通常，刀具 材料硬度越高，耐磨性越好。组织中硬质点的硬度越高，数量越多，颗粒越材料硬度越高，耐磨性越好。组织中硬质点的硬度越高，数量越多，颗粒越 小，分布越均匀，则耐小，分布越均匀，则耐 磨性越高。磨性越高。n2、足够强度及韧性、足够强度及韧性 刀具在切削加工中要承受很大的压力，且作用在很小的刀尖附近，同时切削过程中刀具在切削加工中要承受很大的压力，且作用在很小的刀尖附近，同时切削过程中 通常要出现通常要出现 冲击和振动，为使刀具不发生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。冲击和振动，为使刀具不发生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。n 3、高耐热

3、性、高耐热性 耐热性：指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。耐热性：指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要指标。耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要指标。n4、良好耐热冲击能力、良好耐热冲击能力 耐热冲击性：刀具材料抵抗热冲击的能力。刀具在断续切削或使用切削液切削时，常受到很大耐热冲击性：刀具材料抵抗热冲击的能力。刀具在断续切削或使用切削液切削时，常受到很大 的热冲击（温度变化剧烈），刀具内部会产生裂纹而导致断裂。的热冲击（温度变化剧烈），刀具内部会产生裂纹而导致断裂。刀具材料的耐热冲击性与材料的一些物理性能有关。如：材料导热系数

4、大，降低刀具表面的温刀具材料的耐热冲击性与材料的一些物理性能有关。如：材料导热系数大，降低刀具表面的温 度梯度；热膨胀系数小，可减小热变形；弹性模量小，可降低因热变形而产生的交变应力幅度；这些度梯度；热膨胀系数小，可减小热变形；弹性模量小，可降低因热变形而产生的交变应力幅度；这些 均有利于提高材料的耐热冲击性。均有利于提高材料的耐热冲击性。n5、良好工艺性、良好工艺性 为便于刀具制造，要求刀具材料应具有良好的工艺性能。如：锻造性能、热处理性能、高温塑为便于刀具制造，要求刀具材料应具有良好的工艺性能。如：锻造性能、热处理性能、高温塑 形形 变性能力、磨削加工性能、焊接性能等等。变性能力、磨削加工

5、性能、焊接性能等等。n6、经济性经济性二、常用刀具材料 目前常用刀具材料：目前常用刀具材料：（碳素、合金工具钢）（碳素、合金工具钢）1、高速钢、高速钢 2、硬质合金、硬质合金 3、涂层刀具、涂层刀具 4、陶瓷、陶瓷 5、金刚石、金刚石 6、立方氮化硼、立方氮化硼。硬度：由高到低顺序硬度：由高到低顺序56421 强度韧性：由高到低顺序强度韧性：由高到低顺序12456 耐热性：由高到低顺序耐热性：由高到低顺序64251 制造工艺性：由好到坏顺序制造工艺性：由好到坏顺序12456n1、高速钢、高速钢 加入了较多加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢。等合金元素的高合金工具钢。特点：特点

6、：强度、韧性、制造工艺性是目前常用刀具材料中最高、最好的；常温硬度强度、韧性、制造工艺性是目前常用刀具材料中最高、最好的；常温硬度 HRC6070，600硬度硬度 也可达也可达HRC50.用来制作标准通用刀具（麻花钻头、丝锥、铰刀等），复杂成型刀具（各种齿轮加工工用来制作标准通用刀具（麻花钻头、丝锥、铰刀等），复杂成型刀具（各种齿轮加工工 具、拉刀等）。具、拉刀等）。高速钢种类：高速钢种类：按制造工艺分：粉末冶金高速钢，熔炼高速钢。熔炼高速钢又分：通用型高速钢，高性能高速钢。按制造工艺分：粉末冶金高速钢，熔炼高速钢。熔炼高速钢又分：通用型高速钢，高性能高速钢。通用型高速钢通用型高速钢 常用牌号

7、：常用牌号：W18Cr4V（W18）；）；W6Mo5Cr4V2（M2）W18Cr4V（W18）淬火时过热倾向小（热处理性能好），磨加工性好（含淬火时过热倾向小（热处理性能好），磨加工性好（含V量少）；碳化物大小、分布不均匀，热量少）；碳化物大小、分布不均匀，热 塑性差。塑性差。用于制造各种小尺寸复杂成形刀具；不宜做麻花钻（热拧）。用于制造各种小尺寸复杂成形刀具；不宜做麻花钻（热拧）。W6Mo5Cr4V2（M2）碳化物颗粒细小、分布均匀（因以碳化物颗粒细小、分布均匀（因以Mo代替代替W），韧性、抗弯强度均高于），韧性、抗弯强度均高于W18 ，热塑性好；热，热塑性好；热 处理时脱碳倾向严重，磨加工

8、性不如处理时脱碳倾向严重，磨加工性不如W18（含（含V 高）。高）。大尺寸、抗冲击的复杂成形刀具，麻花钻（热拧）大尺寸、抗冲击的复杂成形刀具，麻花钻（热拧）高性能高速钢高性能高速钢 在通用性高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及在通用性高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及 添加钴、铝等合金元素添加钴、铝等合金元素 的新的新 钢种。比通用型高速钢具有更高的硬度、耐热性等。钢种。比通用型高速钢具有更高的硬度、耐热性等。常用牌号：含钴超硬高速钢常用牌号：含钴超硬高速钢W2Mo9Cr4VCo8（M42）；含铝超硬高速钢：）；含铝超硬高速钢：W6Mo5Cr4V2Ai（501）；）；常用来加工钛合金、耐热合金、

9、不锈钢等常用来加工钛合金、耐热合金、不锈钢等 粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢 是用高压氩气或氮气雾化融熔的高速钢钢水，直接得到细小的高速钢粉末，然是用高压氩气或氮气雾化融熔的高速钢钢水，直接得到细小的高速钢粉末，然 后将这种粉末在高温高压下压制成致密的钢坯，最后将钢坯锻轧成钢材。后将这种粉末在高温高压下压制成致密的钢坯，最后将钢坯锻轧成钢材。特点：避免产生粗大碳化物共晶偏析，得到细小均一的结晶组织特点：避免产生粗大碳化物共晶偏析，得到细小均一的结晶组织具有更高的硬度、具有更高的硬度、强度、韧性；并减小热处理变形。强度、韧性；并减小热处理变形。适合制作切削难加工材料刀具及大尺寸刀具，也适合适合制作

10、切削难加工材料刀具及大尺寸刀具，也适合制作精密复杂刀具制作精密复杂刀具。n2、硬质合金、硬质合金 以难熔金属碳化物（以难熔金属碳化物（WC、TiC、TaC、NbC等）为基体，以金属（等）为基体，以金属（Co、Ni）为）为 结合剂，结合剂，用粉末冶金方法制成的一种合金。用粉末冶金方法制成的一种合金。特点：特点：硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性比高速钢有大幅提高，硬度一般为硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性比高速钢有大幅提高，硬度一般为 7482HRC，在，在 8501000高温时尚能切削。高温时尚能切削。强度、韧性及制作工艺性比高速钢差。常用制造形状简单标准刀片或焊接式强度、韧性及制作工艺性比高速钢差

11、。常用制造形状简单标准刀片或焊接式 将其将其 焊接在焊接在 钢刀体上）刀具，也常用在小尺寸的复杂刀具制作。钢刀体上）刀具，也常用在小尺寸的复杂刀具制作。另：另：通常硬质合金中碳化物含量较高时，硬度较高，但抗弯强度较低；结合剂含量较高通常硬质合金中碳化物含量较高时，硬度较高，但抗弯强度较低；结合剂含量较高 时，则抗弯强度较高，但硬度却较低。时，则抗弯强度较高，但硬度却较低。硬质合金的种类和牌号硬质合金的种类和牌号 钨钴类硬质合金（钨钴类硬质合金（WC，Co）YG 类类K 类（类（ISO）钨钴钛类硬质合金（钨钴钛类硬质合金（WC、TiC，Co）YT 类类P 类（类（ISO）钨钴钛钽（铌）类硬质合金

12、（钨钴钛钽（铌）类硬质合金（WC、TiC、TaC、NaC，Co）YW 类类 M类（类（ISO）碳化钛（氮）基硬质合金（碳化钛（氮）基硬质合金（TiC（N），），Ni、Mo）YN 类类金属陶瓷金属陶瓷 钨钴类硬质合金钨钴类硬质合金：YG 类类K 类类 常用牌号：常用牌号：YG3X、YG3、YG6X、YG6、YG8（代号中数字：表示结合剂（代号中数字：表示结合剂Go 含量；含量；X：表示硬质相碳化物为细颗粒，否则为中颗粒）表示硬质相碳化物为细颗粒，否则为中颗粒）硬度、耐磨性由高至低的顺序：硬度、耐磨性由高至低的顺序：YG3X YG3 YG6X YG6 YG8 强度、韧性由高至低的顺序：强度、韧性由

13、高至低的顺序：YG8 YG6 YG6X YG3 YG3X 钨钴钛类硬质合金：钨钴钛类硬质合金：YT 类类P 类类 a）常用牌号：常用牌号：YT5、YT14、YT15、YT30（代号中数字：表示硬质相（代号中数字：表示硬质相TiC含量；结合剂含量；结合剂 Co 含量依次为：含量依次为：10%，8%，6%，4%）硬度、耐磨性由高至低的顺序：硬度、耐磨性由高至低的顺序：YT30 YT15 YT14 YT5 强度、韧性由高至低的顺序：强度、韧性由高至低的顺序：YT5 YT14 YT15 YT30 b)YT类与类与YG类硬质合金相比的优缺点：类硬质合金相比的优缺点：TiC与与WC差别：差别：TiC硬度、

14、耐磨性高于硬度、耐磨性高于WC（TiC硬度：硬度：HV30003200，WC：HV1780）TiC的耐热性远高于的耐热性远高于WC（TiC熔点：熔点：32003250，WC：2000）TiC对普通钢的抗粘接、抗扩散、抗氧化高于对普通钢的抗粘接、抗扩散、抗氧化高于WC TiC 的抗弯强度、冲击韧性比的抗弯强度、冲击韧性比WC低低 TiC的导热性比的导热性比WC差（差（TiC导热系数：导热系数：24.3W/m2，WC：29.3W/m2）YT类与类与YG类硬质合金相比的优缺点：类硬质合金相比的优缺点：YT类硬质合金硬度、耐磨性高于类硬质合金硬度、耐磨性高于YG类类 YT类硬质合金耐热性高于类硬质合金

15、耐热性高于YG类类 YT类硬质合金与钢的抗粘接、抗扩散等性能高于类硬质合金与钢的抗粘接、抗扩散等性能高于YG类类 YT类硬质合金强度、韧性低于类硬质合金强度、韧性低于YG类类 YT类硬质合金导热性、焊接性能比类硬质合金导热性、焊接性能比YG差。差。钨钴钛钽（铌）类硬质合金：钨钴钛钽（铌）类硬质合金：YW 类类M 类类 TaC（NbC）熔点比）熔点比TiC高，高，且且TaC（NbC）能使碳化物颗粒均一，形成均一粘接相。）能使碳化物颗粒均一，形成均一粘接相。YW 类硬质合金硬度、耐磨性高于类硬质合金硬度、耐磨性高于YT类；类；YW 类硬质合金抗疲劳强度、冲击韧性、抗弯强度也较高类硬质合金抗疲劳强度

16、、冲击韧性、抗弯强度也较高 YW 类硬质合金综合切削性能高于类硬质合金综合切削性能高于YG、YT类硬质合金。类硬质合金。TiC(N)基硬质合金：基硬质合金：YN 类类金属陶瓷金属陶瓷 与与WC基硬质合金相比其特点：基硬质合金相比其特点：硬度、耐磨性高于硬度、耐磨性高于WC基硬质合金（基硬质合金（YG、YT、YW）。）。耐热性、化学稳定性、抗氧化、抗粘接能力高于耐热性、化学稳定性、抗氧化、抗粘接能力高于WC基硬质合金。基硬质合金。抗弯强度、韧性较抗弯强度、韧性较WC基硬质合金差。基硬质合金差。主要用于精加工铸铁、钢，比普通硬质合金具有更高的效率（允许切削速度较高）。主要用于精加工铸铁、钢，比普通

17、硬质合金具有更高的效率（允许切削速度较高）。n硬质合金的选用硬质合金的选用 加工短切屑黑色金属加工短切屑黑色金属铸铁及有色金属及非金属（中低速度）铸铁及有色金属及非金属（中低速度）YG类类粗加工：粗加工：YG8；精加工：；精加工：YG3(YG3X)加工长切屑的黑色金属加工长切屑的黑色金属如各种如各种钢料（中等转速）钢料（中等转速）YT类类粗加工：粗加工：YT5；精加工：；精加工：YT30 YW类硬质合金类硬质合金 一般用于加工高温合金、不锈钢等难加工材料。一般用于加工高温合金、不锈钢等难加工材料。含钛的不锈钢及钛合金含钛的不锈钢及钛合金 一般应用一般应用YG类。类。n3、陶瓷刀具、陶瓷刀具 有

18、有Ai203基陶瓷和基陶瓷和Si3N4基陶瓷，其中基陶瓷，其中Ai203基陶瓷：包括纯基陶瓷：包括纯Ai203和和Ai203基复合陶基复合陶 瓷（在瓷（在 Ai203中添加中添加TiC或或ZrO2的复合陶瓷及添加的复合陶瓷及添加 SiC晶须的增强型陶瓷）。晶须的增强型陶瓷）。特点特点 有高的硬度、耐磨性（有高的硬度、耐磨性（9395HRA，高于硬质合金）；高的耐热性（在，高于硬质合金）；高的耐热性（在1200还能切削，切削还能切削，切削 速度比硬质合金提高速度比硬质合金提高25倍）；高的化学稳定性（陶瓷与金属亲和力小，抗粘接和抗扩散能力较）；倍）；高的化学稳定性（陶瓷与金属亲和力小，抗粘接和抗

19、扩散能力较）；有较低的摩擦系数。有较低的摩擦系数。6 应用场合应用场合 一般用于一般用于 高速切削灰铸铁、中等速度加工冷硬铸铁及淬火钢等。高速切削灰铸铁、中等速度加工冷硬铸铁及淬火钢等。n4、超硬材料刀具、超硬材料刀具 金刚石刀具金刚石刀具 分为天然、人造单晶金刚石，人造整体聚晶金刚石及聚晶金刚石复合片分为天然、人造单晶金刚石，人造整体聚晶金刚石及聚晶金刚石复合片PCD)。特点特点 具有极高的硬度、耐磨性；导热性好、摩擦系数低；但耐热性差（具有极高的硬度、耐磨性；导热性好、摩擦系数低；但耐热性差（T700）、强度及）、强度及 韧韧 性性 差。差。应用场合应用场合 用于加工高硅铝合金、陶瓷、玻璃

20、、石墨、耐磨合成材料等高硬度、高耐磨材料。同时，是高用于加工高硅铝合金、陶瓷、玻璃、石墨、耐磨合成材料等高硬度、高耐磨材料。同时，是高 速高质加工有色金属（铝及铝合金，铜及铜合金等）的最佳刀具材料。速高质加工有色金属（铝及铝合金，铜及铜合金等）的最佳刀具材料。但不能用于加工钢铁类材料。（金刚石（但不能用于加工钢铁类材料。（金刚石（C）和铁有很强的化学亲和力，在高温下铁原子易与）和铁有很强的化学亲和力，在高温下铁原子易与 碳原子作用而使其转化为石墨结构，刀具磨损极快）。碳原子作用而使其转化为石墨结构，刀具磨损极快）。立方氮化硼立方氮化硼 由软的六方氮化硼在高温高压下在催化剂作用下转变而成的。分为

21、：整体立方氮化硼由软的六方氮化硼在高温高压下在催化剂作用下转变而成的。分为：整体立方氮化硼 （CBN）、立方氮化硼复合片（）、立方氮化硼复合片（PCBN）。特点特点 具有高硬度及耐磨性，硬度仅次于金刚石；高的耐热性具有高硬度及耐磨性，硬度仅次于金刚石；高的耐热性(达达1400）；高的化学惰性与铁族金属）；高的化学惰性与铁族金属 直至直至12001300 是也不发生化学反应）；但脆性大、强度及韧性差（一般的是也不发生化学反应）；但脆性大、强度及韧性差（一般的PCBN刀具均带负倒刀具均带负倒 棱来增加刀具切削部分的抗破损能力）棱来增加刀具切削部分的抗破损能力）应用场合应用场合 用于高速加工铸铁、冷

22、硬铸铁、淬火钢和高温合金的高效刀具材料。用于高速加工铸铁、冷硬铸铁、淬火钢和高温合金的高效刀具材料。n5、涂层刀具、涂层刀具 涂层刀具是在韧性较好的硬质合金、高速钢等基体上，涂覆一薄层耐磨、耐热、涂层刀具是在韧性较好的硬质合金、高速钢等基体上，涂覆一薄层耐磨、耐热、抗粘接等抗粘接等 难熔金属化合物而得到的。难熔金属化合物而得到的。涂层对刀具材料的改性和切削性能的提高有十分显著的效果，可称为刀具材料提高切削效率的涂层对刀具材料的改性和切削性能的提高有十分显著的效果，可称为刀具材料提高切削效率的 兴奋剂，目前，涂层刀具兴奋剂，目前，涂层刀具 的应用非常广泛。的应用非常广泛。涂覆工艺涂覆工艺 化学气

23、相沉积（化学气相沉积（CVD）；物理气相沉积（）；物理气相沉积（PVD）。化学气相沉积化学气相沉积 沉积温度高（沉积温度高（9501050）；涂层厚度）；涂层厚度520um，适合开发多涂，适合开发多涂 层；涂层结合强度高。层；涂层结合强度高。但，涂层为拉应力，易生成裂纹；刃口必须做钝化处理；表面粗糙；排出废气对但，涂层为拉应力，易生成裂纹；刃口必须做钝化处理；表面粗糙；排出废气对 空空 气有污染。气有污染。另，目前另，目前CVD涂层又增加了涂层又增加了700900 的的TiCN中温涂层、基体材料表面富钴等，提高了中温涂层、基体材料表面富钴等，提高了CVD 涂层的综和性能；由单涂层发展为多涂层。

24、涂层的综和性能；由单涂层发展为多涂层。物理气相沉积（多弧、等离子溅射、离子注射等多种工艺）物理气相沉积（多弧、等离子溅射、离子注射等多种工艺）沉积温度低（沉积温度低（500 左右）；涂层厚度左右）；涂层厚度25um；涂层为压应力，有利于抑制裂纹；涂层为压应力，有利于抑制裂纹 的扩展；刃口可不做钝化处理，刀具仍保持锋利；表面致密，粗糙度低；无污染。但涂的扩展；刃口可不做钝化处理，刀具仍保持锋利；表面致密，粗糙度低；无污染。但涂 层结合强度低。层结合强度低。应用场合应用场合 化学气象沉积（化学气象沉积（CVD）通常是硬质合金标准刀片的主要涂覆工艺（刀片不需锋利的通常是硬质合金标准刀片的主要涂覆工艺

25、（刀片不需锋利的 刃口）。刃口）。物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）用于高速钢刀具，要求刃口锋利的整体硬质合金刀具及硬质用于高速钢刀具，要求刃口锋利的整体硬质合金刀具及硬质 合金刀片。合金刀片。涂层厚度涂层厚度 通常涂层厚度太薄，则耐磨性能差，不能有效的保护基体；涂层太薄，则强度降低。通常涂层厚度太薄，则耐磨性能差，不能有效的保护基体；涂层太薄，则强度降低。不同的涂层物质有其不同的最佳涂层厚度。不同的涂层物质有其不同的最佳涂层厚度。由于涂层与基体材料之间的热膨胀由于涂层与基体材料之间的热膨胀 系数的差别，在涂层中通常会产生残余应力，在所有的系数的差别，在涂层中通常会产生残余应力，在所有的CV

26、D法的涂层中随涂层厚度的增加法的涂层中随涂层厚度的增加 残余应力增大。涂层材料的硬度对涂层厚度也有影响，一般涂层越硬，涂层厚度对裂纹越残余应力增大。涂层材料的硬度对涂层厚度也有影响，一般涂层越硬，涂层厚度对裂纹越 敏感。因此，较硬的敏感。因此，较硬的TiC和和Ai2O3 涂层通常都比涂层通常都比TiN涂层要薄一些。涂层要薄一些。涂层方式涂层方式 有单涂层、多涂层、梯度涂层、软有单涂层、多涂层、梯度涂层、软/硬复合涂层、纳米涂层、超硬薄膜涂层等。硬复合涂层、纳米涂层、超硬薄膜涂层等。涂层材料涂层材料 一般为晶粒极细的碳化物、氮化物等。分为硬涂层和软涂层。一般为晶粒极细的碳化物、氮化物等。分为硬涂

27、层和软涂层。硬涂层材料硬涂层材料 目前应用较多的硬涂层物质是目前应用较多的硬涂层物质是TiC、TiN、TiCN、Ai2O3及及TiAiN等，并向着复合多涂等，并向着复合多涂 层发展如：层发展如：TiC/TiCN/TiN、TiC/Ai2O3、TiC/Ai2O3/TiN 等。等。a、TiCTiC 硬度高、耐磨性好硬度高、耐磨性好硬度高、耐磨性好硬度高、耐磨性好 是一种高硬度的耐磨化合物，是最早出现的涂层物质，有良好的抗后刀面磨损和是一种高硬度的耐磨化合物，是最早出现的涂层物质，有良好的抗后刀面磨损和 抗月牙洼磨损能力。它与基体的附着牢固，在制备多涂层耐磨涂层时，常将抗月牙洼磨损能力。它与基体的附着

28、牢固，在制备多涂层耐磨涂层时，常将TiC作为与作为与 基体接触的底层膜。基体接触的底层膜。b、TiN 与金属亲和力小、润湿性好，抗粘接性好与金属亲和力小、润湿性好，抗粘接性好 是继是继TiCTiC涂层以后采用非常广泛的一种涂层。涂层以后采用非常广泛的一种涂层。涂层以后采用非常广泛的一种涂层。涂层以后采用非常广泛的一种涂层。TiN 涂层硬度稍低，但它与金属的亲涂层硬度稍低，但它与金属的亲 和力小，润湿性能好，在容易产生粘接时和力小，润湿性能好，在容易产生粘接时TiN涂层较好。涂层较好。TiN在空气中的抗氧化能力比在空气中的抗氧化能力比 TiCTiC好，但在使用温度达好，但在使用温度达好，但在使用

29、温度达好，但在使用温度达500500时，涂层会出现明显氧化而被烧蚀。时，涂层会出现明显氧化而被烧蚀。时，涂层会出现明显氧化而被烧蚀。时，涂层会出现明显氧化而被烧蚀。c c、Ai2O3 高温热稳定性和化学稳定性好，耐高温性能好。高温热稳定性和化学稳定性好，耐高温性能好。涂层具有良好的热和化学稳定性和高的抗氧化性，因此，在高温场合下，涂层具有良好的热和化学稳定性和高的抗氧化性，因此，在高温场合下，Ai2O3 涂层较好。但由于氧化铝与基体材料的物理化学性能相差太大，单一的氧化铝涂层无涂层较好。但由于氧化铝与基体材料的物理化学性能相差太大，单一的氧化铝涂层无 法制成理想的涂层刀具。法制成理想的涂层刀具

30、。d、TiCN 具有具有TiCTiC和和和和TiN的综合性能，其硬度高于的综合性能，其硬度高于TiCTiC和和和和TiN。TiCN是在单一的是在单一的TiCTiC 晶格中，晶格中，N原子占据原来原子占据原来C原子在点阵中的位置而形成的复合原子在点阵中的位置而形成的复合 化合物。它具有化合物。它具有TiCTiC和和和和TiN的综合性能，其硬度高于的综合性能，其硬度高于TiCTiC和和和和TiN，将，将TiCN设置为涂层刀具设置为涂层刀具 的主耐磨层，可显著提高刀具的寿命。是一种较为理想的涂层刀具。的主耐磨层，可显著提高刀具的寿命。是一种较为理想的涂层刀具。e、TiAiN TiAiN化学稳定性好，

31、抗氧化磨损能力强化学稳定性好，抗氧化磨损能力强 是含有是含有 铝的铝的PVD涂层。涂层。TiAiN化学稳定性好，抗氧化磨损能力强。在切削过程中，化学稳定性好，抗氧化磨损能力强。在切削过程中，该涂层刀具的涂层表面会生成一层很薄的非晶态该涂层刀具的涂层表面会生成一层很薄的非晶态Ai2O3，形成一层硬质惰性保护膜从而，形成一层硬质惰性保护膜从而 起到抗氧化和抗扩散磨损的作用，可更有效地用于高速切削加工。加工高合金钢、不起到抗氧化和抗扩散磨损的作用，可更有效地用于高速切削加工。加工高合金钢、不 锈钢、钛合金及高速切削时，锈钢、钛合金及高速切削时，TiAiN 涂层刀具的切削效果优于涂层刀具的切削效果优于

32、TiN和和 TiCN。软涂层刀具软涂层刀具 a、高硬度涂层是早期涂层技术研究与开发中追求的主要目标。然而，并非所有材料都适、高硬度涂层是早期涂层技术研究与开发中追求的主要目标。然而，并非所有材料都适 于采用硬涂层刀具，如航空航天工业使用的许多高强度铝合金、钛合金、或贵金属材于采用硬涂层刀具，如航空航天工业使用的许多高强度铝合金、钛合金、或贵金属材 料等都不适合用硬涂层刀具，目前此类材料仍主要使用无涂层的高速钢或硬质合金刀料等都不适合用硬涂层刀具，目前此类材料仍主要使用无涂层的高速钢或硬质合金刀 具加工。软涂层刀具的开发则可较好的解决此类材料的加工问题。具加工。软涂层刀具的开发则可较好的解决此类

33、材料的加工问题。b、软涂层主要成分为硫族化合物，如：、软涂层主要成分为硫族化合物，如：MoS2、WS2、TaS2等。等。c、用涂层、镀膜等方法将这些物质粘接在刀具表面形成固体润滑膜，从而使刀具材料具、用涂层、镀膜等方法将这些物质粘接在刀具表面形成固体润滑膜，从而使刀具材料具 有润滑功能。在切削过程中，使摩擦发生在固体润滑膜内部，达到减小摩擦系数和降有润滑功能。在切削过程中，使摩擦发生在固体润滑膜内部，达到减小摩擦系数和降 低刀具磨损的目的。低刀具磨损的目的。d、进行软涂层时，首先要考虑涂层的摩擦特性，同时要考虑涂层与基体材料之间的合理、进行软涂层时，首先要考虑涂层的摩擦特性，同时要考虑涂层与基

34、体材料之间的合理 匹配问题及与匹配问题及与基体的界面结合强度。基体的界面结合强度。三、刀具材料选择 1、选择刀具材料的依据、选择刀具材料的依据 刀具材料必须与工件材料相匹配。刀具材料必须与工件材料相匹配。根据工序的类别，如粗加工根据工序的类别，如粗加工应选强度、韧性好的材料或在同类材料中选强度、韧性好的应选强度、韧性好的材料或在同类材料中选强度、韧性好的 牌号；精加工牌号；精加工硬度高、耐磨性好的材料或在同类材料中选硬度、耐磨性好的牌号。硬度高、耐磨性好的材料或在同类材料中选硬度、耐磨性好的牌号。考虑工艺系统的刚性、对刀具可靠性要求等因素，对刀具材料做进一步筛选。如工艺系统考虑工艺系统的刚性、

35、对刀具可靠性要求等因素，对刀具材料做进一步筛选。如工艺系统 刚性差，应选用强度、韧性好的刀具材料。刚性差，应选用强度、韧性好的刀具材料。顾及涂层对刀具材料的改性作用。顾及涂层对刀具材料的改性作用。2、加工实例选择、加工实例选择 齿轮滚刀、拉刀齿轮滚刀、拉刀 HT250铸件中速粗（精）车铸件中速粗（精）车 高速精密镗削铝（铜）合金缸套高速精密镗削铝（铜）合金缸套 高速加工淬火钢（冷硬铸铁）高速加工淬火钢（冷硬铸铁）高速加工灰铸铁（高速加工灰铸铁（HT2500)零件零件 中速粗（精）加工中速粗（精）加工45 正火钢件正火钢件 加工钛合金加工钛合金 手动锯条、锉刀手动锯条、锉刀 加工高温合金加工高温合金