刀具材料的選用及新材料

1、主講：邵超城第一部分、介紹金屬材料的基礎(chǔ)知識第一部分、介紹金屬材料的基礎(chǔ)知識第二部分、刀具材料的種類以及性質(zhì)第二部分、刀具材料的種類以及性質(zhì)第三部分、切削加工及刀具技術(shù)的展望第三部分、切削加工及刀具技術(shù)的展望 材料是人類活動的基礎(chǔ)，材料的發(fā)展是人類發(fā)展的標志。人類歷史時代劃分：石器時代、銅器時代、鐵器時代。當今，材料仍然是科學(xué)與工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，先進材料是當代文明的主要支柱之一。 工程材料的分類：金屬材料、無機材料（最主要的是工程陶瓷）、高分子材料以及復(fù)合材料。 近幾十年來，金屬材料”一統(tǒng)天下”部分被其他材料取代 金屬材料正朝著高性能化、復(fù)合化、多功能化和智能化方向發(fā)展。 金屬的使用性能：使用條

2、件下所表現(xiàn)出來的性能。包括物理性能（密度、熔點、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性等）、化學(xué)性能、力學(xué)性能。 金屬的工藝性能：在加工制造過程中表現(xiàn)出來的各種性能。直接影響零件的制造工藝與質(zhì)量。包括：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能等。 一、強度 二、塑性 三、硬度 四、沖擊韌性 五、疲勞強度 定義：指金屬在靜載荷作用下，抵抗變形或斷裂的能力。是機械零件（工程構(gòu)件）在設(shè)計、加工、使用過程中的主要性能指標，特別是選材和設(shè)計的主要依據(jù)。 強度的測定拉伸試驗（GB6397-86）長試樣：長試樣：L0=10d0短試樣：短試樣：L0=5d03、 力力伸長曲線伸長曲線屈服階段屈服階段彈性變形階段彈性變

3、形階段強化階段強化階段頸縮現(xiàn)象頸縮現(xiàn)象4、金屬材料的拉伸曲線、金屬材料的拉伸曲線 LF0 0脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象低碳鋼低碳鋼脆性材料脆性材料強度指標強度指標 1.屈服點屈服點：在拉伸試驗過程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)在拉伸試驗過程中，載荷不增加，試樣仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力，用符號伸長時的應(yīng)力，用符號s表示。表示。 計算公式計算公式 s=Fs/A0 脆性材料的屈服點：脆性材料的屈服點：試樣卸除載荷后，其標距部分的殘余伸試樣卸除載荷后，其標距部分的殘余伸長率達到試樣標距長度的長率達到試樣標距長度的0.2%時的應(yīng)力，用符號時的應(yīng)力，用符號0.2表示。表

4、示。 計算公式計算公式 0.2=F0.2/A0 應(yīng)用：應(yīng)用：s和和0.2常作為零件選材和設(shè)計的依據(jù)常作為零件選材和設(shè)計的依據(jù)2.抗拉強度抗拉強度 材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，用材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，用符號符號b表示。表示。 計算公式計算公式b=Fb/A0 應(yīng)用：脆性材料制作機械零件和工程構(gòu)應(yīng)用：脆性材料制作機械零件和工程構(gòu)件時的選材和設(shè)計的依據(jù)。件時的選材和設(shè)計的依據(jù)。二、二、 塑塑 性性 （一）（一） 定義定義金屬材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。金屬材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。 （二）衡量指標（二）衡量指標伸長率：伸長率：試樣拉斷后，標距的伸長與原始標距的百分比。試樣拉斷后，標

5、距的伸長與原始標距的百分比。斷面收縮率：斷面收縮率：試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減量與原始橫截面積的百分比。量與原始橫截面積的百分比。 伸長率（伸長率（ ） = l0試樣的原始標試樣的原始標距距,mm。 l1試樣拉斷后的試樣拉斷后的標距標距,mm;001lll 斷面收縮率（斷面收縮率（ ） = S0試樣原始橫截試樣原始橫截面積面積,mm2； S1頸縮處的橫截頸縮處的橫截面積面積,mm2 010sss 三、三、 硬硬 度度 （一）布氏硬度（一）布氏硬度 （二）洛氏硬度（二）洛氏硬度 （三）維氏硬度（三）維氏硬度（一）布氏硬度（一）布氏硬度（HB）測量比較軟的

6、材料。測量范圍測量比較軟的材料。測量范圍 HBS450、HBW650的金屬材料。的金屬材料。優(yōu)缺點：優(yōu)缺點： 壓痕大，測量準確，但不能測量成品件。壓痕大，測量準確，但不能測量成品件。（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度（HR） 1. 原理原理 加初載荷加初載荷加主載荷加主載荷卸除主載荷卸除主載荷讀硬度值讀硬度值應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍 常用洛氏硬度標度的試驗范圍常用洛氏硬度標度的試驗范圍HRA120 金剛石金剛石圓錐體圓錐體600N7085 HRB1.588mm鋼球鋼球1000N25100HRC120 金剛石金剛石圓錐體圓錐體1500N2067優(yōu)缺點優(yōu)缺點 優(yōu)點：操作簡便、迅速，優(yōu)點：操作簡便、迅速，效率效率

7、 高，可直接測量成品高，可直接測量成品件及高硬度件及高硬度 的材料。的材料。 缺點：壓痕小，測量不缺點：壓痕小，測量不準確，需多次測量。準確，需多次測量。 維氏硬度（HV） 以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值（HV） 四、沖擊韌性四、沖擊韌性（一）定義（一）定義金屬材料抵抗沖擊載荷金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。作用而不破壞的能力。（二）沖擊試樣（二）沖擊試樣（三）沖擊試驗原（三）沖擊試驗原 理及方法理及方法 試驗原理：試樣被沖斷過程中吸收的能量即沖試驗原理：試樣被沖斷過程中吸收的能量即沖擊吸收功（擊吸

8、收功（Ak ）等于擺錘沖擊試樣前后的勢）等于擺錘沖擊試樣前后的勢能差。能差。 試驗過程如圖所示計算公式試驗過程如圖所示計算公式 Ak=GH1 - GH2 =G（H1 - H2）沖擊韌度（沖擊韌度（a k）：沖擊吸收功除以試樣缺口處）：沖擊吸收功除以試樣缺口處截面積。截面積。 疲勞破壞是機械零件失效的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計，在機械零件失效中大約80以上屬于疲勞破壞。疲勞破壞之前沒有明顯的變形，斷裂是突然發(fā)生的。所以疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故。 1、金屬的晶體結(jié)構(gòu) 2、金屬的結(jié)晶 3、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 金屬在固態(tài)下原子呈有序、有規(guī)則排列。 晶體有規(guī)則的原子排列，主要是由于各原子之間的相互吸引力與排斥

9、力相平衡。 晶體特點： （1）有固定熔點， （2）原子呈規(guī)則排列，宏觀斷口有一定形態(tài)且不光滑 （3）各向異性，由于晶體在不同方向上原子排列的密度不同，所以晶體在不同方向上的性能也不一樣。 （1）體心立方晶格：鉻，釩，鎢，鉬，-Fe。 （2）面心立方晶格：鋁，銅，鉛，銀，-Fe。（3）密排六方晶格：鎂，鋅。 用以描述原子在晶體中排列的空間格子叫晶格 體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格 結(jié)晶的概念：金屬材料通常需要經(jīng)過熔煉和鑄造，要經(jīng)歷有液態(tài)變成固態(tài)的凝固過程。金屬由原子的不規(guī)則排列的液體轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則排列的固體過程稱為結(jié)晶。 結(jié)晶過程 ：不斷產(chǎn)生晶核和晶核長大的過程 過冷現(xiàn)象：實際上有較快的冷卻速

10、度。過冷度：理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度之差，過冷度。 一般來說，晶粒越細小，材料的強度和硬度越高，塑性韌性越好 為了提高金屬的力學(xué)性能，必須控制金屬結(jié)晶后晶粒的大小。 細化晶粒的根本途徑：控制形核率及長大速度。 細化晶粒的方法： （1） 增大過冷度，增加晶核數(shù)量（2） 加入不熔物質(zhì)作為人工晶核（3） 機械振動、超聲波振動和電磁振動 金屬材料以肉眼觀察其外表似乎是完美的；實際不然，金屬晶 體含有許多缺陷，這些缺陷可分類為點缺陷、線缺陷及面缺陷。這 些缺陷對金屬材料的性質(zhì)有很重要的影響。 金屬最簡單形式的點缺陷就是空孔空孔是最簡單形式的點缺陷，原子在結(jié)晶格子位置上消失 間隙原子 置代原子 線缺陷一

11、般通稱為差排(dislocation) 。差排的產(chǎn)生主要 與金屬在機機加工時的塑性變形有關(guān)；亦即金屬塑性變形量愈大， 差排也就愈多。 金屬的缺陷有：外表面、晶粒界面（簡稱晶界）及疊差等。 金屬晶體的這些缺陷都會造成晶格畸變，引起塑性變形抗力增大，從而使金屬的強度提高。 大多數(shù)金屬在結(jié)晶完成后的繼續(xù)冷卻中，其晶體結(jié)構(gòu)不再發(fā)生變化，如鋁、銅等。也有少數(shù)金屬如鐵、鈦、錫、錳等。這種金屬在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。 -Fe 1394 -Fe 912 -Fe 因為鐵能發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變，在生產(chǎn)中才有可能對鋼和鑄鐵進行各種熱處理，改變它的組織與性能，以發(fā)揮材料的潛力。 金屬材料之晶

12、體結(jié)構(gòu)隨著外界溫度的改變而變化，這現(xiàn)象稱為 相變態(tài)。大多數(shù)的純金屬在其固態(tài)溫度範圍都保持同一種晶體 結(jié)構(gòu)；只有少數(shù)純金屬例如純鐵在溫度高於 912由體心立方結(jié) 構(gòu)轉(zhuǎn)化為面心立方結(jié)構(gòu)，又在溫度高於1394由面心立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化 為體心立方結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)金屬材料都不是純金屬，而是二種以上 不同金屬組成，通稱合金。相變態(tài)則在一般合金普遍常見。 純金屬一般強度低，工業(yè)生產(chǎn)中大量使用的金屬材料都是合金，碳鋼，合金鋼，鑄鐵，鋁鎂合金。 由兩種或兩種以上的金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)稱為合金。 （1） 固溶體固溶體 固態(tài)合金之原子排列結(jié)構(gòu)可視為猶如不同液體混合而成的溶液 ，因此固態(tài)合金可以稱為固

13、溶體 主 要成分的金屬原子稱為溶劑原子，而微量（或少量）成分的金屬原 子稱為溶質(zhì)原子 分為：間隙固溶體、置換固溶體置換固溶體 鎳原子與銅原子組成固溶體 間隙固溶體 原子及間隙原子的 示意圖 合金由於其結(jié)晶含有外來原子，使得差排在晶 體裡面變得較難移動，因此合金比純金屬的強度為高，這種固溶體 造成金屬的強化，稱為固溶強化。 鐵碳合金的基本組織：鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體 碳溶解在鐵的晶格中形成固溶體，碳溶解到鐵中的固溶體叫鐵素體，溶解到鐵中的固溶體叫奧氏體。鐵素體與奧氏體都具有良好的塑性。當鐵碳合金中的碳不能全部溶入鐵素體或奧氏體中時，剩余出來的碳將與鐵形成化合物碳化鐵（Fe3C）這

14、種化合物的晶體組織叫滲碳體，它的硬度極高，塑性幾乎為零。 碳溶解到鐵中形成的間隙固溶體叫鐵素體 。用符號F來表示。 碳在鐵中的溶解度很小，在727僅為0.0218%。隨著溫度的降低而降低，在室溫下幾乎為零。 鐵素體的性能與純鐵相似，具有良好的韌性與塑性，強度和硬度較低。 碳溶解到鐵中的間隙固溶體叫奧氏體 。用符號A來表示。 由于奧氏體的晶格間隙比較大，故其的溶碳能力較強。在1148時的溶碳量可達2.11，在727時溶碳量為0.77。 具有良好的塑性與韌性，強度與硬度不高。是大多數(shù)鋼在高溫進行鍛造和軋制時所要求的組織。 碳與鐵形成化合物碳化鐵（Fe3C）這種化合物的晶體組織叫滲碳體，它的硬度極高

15、，塑性幾乎為零。是一個硬而脆的組織。 滲碳體的含碳量為6.69。熔點為1227。 滲碳體在適當條件下能分解為鐵和石墨。 珠光體是鐵素體與滲碳體的混合物。用符號P來表示。 在緩慢冷卻條件下，其含碳量為0.77。即相當于合金中滲碳體（碳化鐵）約占12%，鐵素體約占88% 。 含碳量正好是0.77%的鋼就叫做共析鋼，它的組織是珠光體。 珠光體的性能介于鐵素體與滲碳體之間:強度較高，硬度適中，具有一定塑性。 萊氏體是含碳量為4.3的液態(tài)鐵碳合金，在1148時從液相中同時結(jié)晶出的奧氏體與滲碳體的混合物。用符號Ld表示。 在低溫下萊氏體由珠光體和滲碳體組成，又叫低溫萊氏體。 萊氏體的力學(xué)性能與滲碳體相似，

16、硬度很高，塑性很差。 合金狀態(tài)圖即合金結(jié)晶過程的簡明圖解，反映在平衡條件下不同成分合金在不同溫度下所存在的相及其相平衡關(guān)系，以了解合金在溫度變化時的相變過程及組織形成的規(guī)律。是分析合金組織、確定熱加工工藝、預(yù)測材料性能的依據(jù)。 通過實驗建立的 以Pb-Sb合金為例 （1）首先配制幾組成分不同的Pb-Sb合金，然后作出它們的冷卻曲線（2）作出每個合金的冷卻曲線，并找出各冷卻曲線上的臨界點（即停歇點和轉(zhuǎn)折點）（3）作一個以溫度為縱坐標（單位為），以合金成分為橫坐標（單位為重量或原子百分數(shù)）的直角坐標系統(tǒng)，并自橫坐標上各成分點作垂直線成分垂線，然后把每個合金冷卻曲線上的臨界點分別標在各合金的成分垂線

17、上。（4） 將各成分垂線上具有相同意義的點連接成線，并根據(jù)已知條件分析結(jié)果作標記。PbSbT/Sb% （1）利用相圖判斷合金力學(xué)性能 利用相圖可確定合金在某一溫度下的相平衡關(guān)系，計算各相相對量，再根據(jù)各相的性質(zhì)，大致判斷合金性能。 （2）利用相圖判斷合金工藝性能 FeFe3C00.77%2.11%4.3%6.69%91215381148727GSECAD1227F+P P P+Fe3CALLA C點是共晶點 S點是共析點（共析鋼） G點是純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點 A點是純鐵的熔點 D點是滲碳體的熔點鐵碳合金的室溫組織都是由鐵素體鐵碳合金的室溫組織都是由鐵素體與滲碳體組成。隨著含碳量的增加，與滲碳體

18、組成。隨著含碳量的增加，鐵素體的含量減少，滲碳體的含量鐵素體的含量減少，滲碳體的含量增加，鋼的強度與硬度增加，塑性增加，鋼的強度與硬度增加，塑性與韌性下降。與韌性下降。結(jié)論：組織決定性能。結(jié)論：組織決定性能。 選用鋼材料的依據(jù) 制定鑄、鍛和熱處理等熱加工工藝的依據(jù)。 熱處理的定義：將固態(tài)的金屬或合金采用適當?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。 熱處理的方法：退火、正火、淬火、回火、表面熱處理。 根本原因：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 加熱的目的：獲得奧氏體 鋼的正火 ：正火是將鋼加熱到臨界溫度以上，使鋼全部轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體，然后在空氣中自然冷卻的熱處理方法。 目的：它能消除過共析鋼

19、的網(wǎng)狀滲碳體，對于亞共析鋼正火可細化晶格，提高綜合力學(xué)性能，對要求不高的零件用正火代替退火工藝是比較經(jīng)濟的。 .鋼的淬火 ：淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，然后很快放入淬火劑中，使其溫度驟然降低，以大于臨界冷卻速度的速度急速冷卻，而獲得以馬氏體為主的不平衡組織的熱處理方法。 淬火能增加鋼的強度和硬度，但要減少其塑性。 淬火中常用的淬火劑有：水、油、堿水和鹽類溶液等。 . .鋼的回火鋼的回火 ：將已經(jīng)淬火的鋼重新加熱到一定溫度，再用一定方：將已經(jīng)淬火的鋼重新加熱到一定溫度，再用一定方法冷卻稱為回火。法冷卻稱為回火。 目的：消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度和脆性，以取得預(yù)期的目的：消除淬

20、火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度和脆性，以取得預(yù)期的力學(xué)性能。力學(xué)性能。 回火分高溫回火、中溫回火和低溫回火三類?；鼗鸲嗯c淬火、正回火分高溫回火、中溫回火和低溫回火三類?；鼗鸲嗯c淬火、正火配合使用。火配合使用。 調(diào)質(zhì)處理：淬火后高溫回火的熱處理方法稱為調(diào)質(zhì)處理。高溫回火是指在500-650之間進行回火。調(diào)質(zhì)可以使鋼的性能，材質(zhì)得到很大程度的調(diào)整，其強度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合機械性能。 時效處理：為了消除精密量具或模具、零件在長期使用中尺寸、形狀發(fā)生變化，常在低溫回火后（低溫回火溫度150-250）精加工前，把工件重新加熱到100-150，保持5-20小時，這種為穩(wěn)定精密制件質(zhì)量的處理，稱為

21、時效。對在低溫或動載荷條件下的鋼材構(gòu)件進行時效處理，以消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定鋼材組織和尺寸，尤為 重要。 常用的方法：表面淬火 、化學(xué)熱處理 目的：滿足某些零件表面的高硬度和耐磨性，心部具有足夠的塑性與韌性的需要。 定義：是將鋼件的表面通過快速加熱到臨界溫度以上，但熱量還未來得及傳到心部之前迅速冷卻，這樣就可以把表面層被淬在馬氏體組織，而心部沒有發(fā)生相變，這就實現(xiàn)了表面淬硬而心部不變的目的。適用于中碳鋼。 加熱方法：火焰加熱、感應(yīng)加熱 定義：是指將化學(xué)元素的原子，借助高溫時原子擴散的能力，把它滲入到工件的表面層去，來改變工件表面層的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，從而達到使鋼的表面層具有特定要求的組織和性能的一種

22、熱處理工藝。按照滲入元素的種類不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、滲氮、氰化和滲金屬法等四種。 三個基本過程：分解、吸收、擴散 滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。 滲氮：又稱氮化，是指向鋼的表面層滲入氮原子的過程。其目的是提高表面層的硬度與耐磨性以及提高疲勞強度、抗腐蝕性等。目前生產(chǎn)中多采用氣體滲氮法。 氰化：又稱碳氮共滲，是指在鋼中同時滲入碳原子與氮原子的過程。它使鋼表面具有滲碳與滲氮的特性。 滲金屬：是指以金屬原子滲入鋼的表面層的過程。它是使鋼的表面

23、層合金化，以使工件表面具有某些合金鋼、特殊鋼的特性，如耐熱、耐磨、抗氧化、耐腐蝕等。生產(chǎn)中常用的有滲鋁、滲鉻、滲硼、滲硅等。 機械零件所用金屬材料多種多樣，為了使生產(chǎn)、管理方便、有序，有關(guān)標準對不同金屬材料 規(guī)定了它們牌號的表示方法，以示統(tǒng)一和便于采納、使用。 現(xiàn)將常用金屬材料牌號表示方法作一些簡單介紹。一、鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法(參照GB/T2212000) 1.標準的基本概況 GB/T2212000標準是參照國外鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法和國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法變化( 如Q345代替16Mn)等情況修訂后，于2000年4月1日發(fā)布，并于2000年11月1日開始實施。 (1)凡國家標準和行業(yè)標準中

24、鋼鐵產(chǎn)品的牌號均應(yīng)按GB/T2212000標準規(guī)定的牌號表示方法 編寫。凡不符合規(guī)定編寫的鋼鐵產(chǎn)品牌號，應(yīng)在標準修訂時予以更改，一些新的鋼鐵產(chǎn)品，其牌號也應(yīng)按此予以編寫牌號。按合金含量分：低合金鋼（小于5）、中合金鋼（510）、高合金鋼（大于10）。 (1)生鐵牌號表示方法生鐵牌號采用表1中規(guī)定的符號和阿拉伯數(shù)字表示。 阿拉伯數(shù)字表示平均含硅量(以千分之幾計)。例如：含硅量為2.75%3.25%的鑄造用生 鐵，其牌號表示為“Z30”；含硅量為0.85%1.25%的煉鋼用生鐵，其牌號表示為“L10”。 含釩生鐵和脫碳低磷粒鐵，阿拉伯數(shù)字分別表示釩和碳的平均含量(均以千分之幾計)。例 如：含釩量不

25、小于0.40%的含釩生鐵，其牌號表示為“F40”；含碳量為1.20%1.60%的煉鋼用脫碳低磷粒鐵，其牌號表示為“TL14”。 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號組成中，鎮(zhèn)靜鋼符號“Z”和特殊鎮(zhèn)靜鋼符號“TZ”可以省略，例如：質(zhì) 量等級分別為C級和D級的Q235鋼，其牌號表示應(yīng)為Q235CZ和Q235DTZ，但可以省略為Q235C和 Q235D。 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼有鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，但牌號尾部不加寫表示脫氧方法的符號。 專用結(jié)構(gòu)鋼一般采用代表鋼屈服點的符號“Q”、屈服點數(shù)值和表1中規(guī)定的代表產(chǎn)品用途 的符號等表示，例如：壓力容器用鋼牌號表示為“Q345R”；耐候鋼其牌號表示為：Q340NH。 根據(jù)需要，通用

26、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號也可以采用兩位阿拉伯數(shù)字(以萬分之幾計平 均含碳量)和標準的元素符號組成；專用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號，除一般組成外，尚應(yīng)加規(guī)定代表產(chǎn)品用途的符號。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼采用兩位阿拉伯數(shù)字(以萬分之幾計表示平均含碳量)或阿拉伯數(shù)字和元素符 號、規(guī)定的符號組合成牌號。 沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼，在牌號尾部分別加符號“F”和“b”。例如：平均含碳量為0.08%的 沸 騰鋼，其牌號表示為“08F”；平均含碳量為0.10%的半鎮(zhèn)靜鋼，其牌號表示為“10b”。 鎮(zhèn)靜鋼(S、P分別0.035%)一般不標符號。例如：平均含碳量為0.45%的鎮(zhèn)靜鋼，其牌號表示為“45”。 較高含錳量的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

27、，在表示平均含碳量的阿拉伯數(shù)字后加錳元素符號。例如： 平均含碳量為0.50%，含錳量為0.70%1.00%的鋼，其牌號表示為“50Mn”。 高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(S、P分別0.030%)，在牌號后加符號“A”。例如：平均含碳量為0.45%的高級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其牌號表示為“45A”。 特級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(S0.020%、P0.025%)，在牌號后加符號“E”。例如：平均含碳量為0.45%的特級優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其牌號表示為“45E”。 優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼牌號的表示方法與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法相同(65、70、85、65Mn鋼 在GB/T1222和GB/T 699兩個標準中同時分別存在)。 合金結(jié)構(gòu)

28、鋼牌號采用阿拉伯數(shù)字和標準的化學(xué)元素符號表示。用兩位阿拉伯數(shù)字表示平均含碳量(以萬分之幾計)，放在牌號頭部。合金元素含量表示方法為：平均含量小于1.50%時，牌號中僅標明元素，一般不標明含量； 平均合金含量為1.50%2.49%、2.50%3.49%、3.50%4.49%、4.50%5.49%、時，在合金元素后相應(yīng)寫成2、3、4、5。例如：碳、鉻、錳、硅的平均含量分別為030%、0.95%、0.85%、1.05%的合金結(jié)構(gòu)鋼，當S、P含量分別0.035%時，其牌號表示為“30CrMnSi”。高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼(S、P含量分別0.025%)，在牌號尾部加符號“A”表示。例如：“30 CrMnSi

29、A”。特級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼(S0.015%、P0.025%)，在牌號尾部加符號“E”，例如：“30CrM nSiE”。專用合金結(jié)構(gòu)鋼牌號尚應(yīng)在牌號頭部(或尾部)加規(guī)定代表產(chǎn)品用途的符號。 合金彈簧鋼牌號的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。例如：碳、硅、錳的平均含量分別為0.60%、1.75%、0.75%的彈簧鋼，其牌號表示為“60Si2Mn”。高級優(yōu)質(zhì)彈簧鋼，在牌號尾部加符號“A”，其牌號表示為“60Si2MnA”。 易切削鋼采用標準化學(xué)元素符號、規(guī)定的符號易切削鋼采用標準化學(xué)元素符號、規(guī)定的符號和阿拉伯數(shù)字和阿拉伯數(shù)字 表示。阿拉伯數(shù)字表示平均含表示。阿拉伯數(shù)字表示平均含碳量碳量( (以萬分之幾計以萬

30、分之幾計) )。 加硫易切削鋼和加硫、磷易切削鋼，在符號加硫易切削鋼和加硫、磷易切削鋼，在符號“Y”Y”和阿拉伯數(shù)字后不加易切削元素符號。和阿拉伯數(shù)字后不加易切削元素符號。例如：平均含碳量為例如：平均含碳量為0.15%0.15%的易切削鋼，其牌的易切削鋼，其牌號表示為號表示為“Y15”Y15”。 較高含錳量的加硫或加硫、磷易切削鋼在符較高含錳量的加硫或加硫、磷易切削鋼在符號號“Y”Y”和阿拉伯數(shù)字后加錳元素符號。例如和阿拉伯數(shù)字后加錳元素符號。例如 ：平均含碳量為平均含碳量為0.40%0.40%，含錳量為，含錳量為1.20%1.20%1.55%1.55%的易切削鋼，其牌號表示為的易切削鋼，其牌

31、號表示為“Y40Mn”Y40Mn”。 含鈣、鉛等易切削元素的易切削鋼，在符號含鈣、鉛等易切削元素的易切削鋼，在符號“Y”Y”和阿拉伯數(shù)字后加易切削元素符號。例和阿拉伯數(shù)字后加易切削元素符號。例 如：如：“Y15Pb”Y15Pb”、“Y45Ca”Y45Ca”。 工具鋼分為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速工具鋼三類。 碳素工具鋼采用標準化學(xué)元素符號、表1規(guī)定的符號和阿拉伯數(shù)字表示。阿拉伯數(shù)字表示 平均含碳量(以千分之幾計)。 a.普通含錳量碳素工具鋼普通含錳量碳素工具鋼，在工具鋼符號“T”后為阿拉伯數(shù)字。例如：平均含碳量為0.80%的碳素工具鋼，其牌號表示為“T8”。 b.較高含錳量的碳素工具鋼較高含

32、錳量的碳素工具鋼，在工具鋼符號“T”和阿拉伯數(shù)字后加錳元素符號。例如：“ T8Mn”。 c.高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，在牌號尾部加“A”。例如：“T8MnA”。 合金工具鋼、高速工具鋼牌號表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法相同。采用標準規(guī)定的合 金元素符號和阿拉伯數(shù)字表示，但一般不標明平均含碳量數(shù)字，例如：平均含碳量為1.60% ，含鉻、鉬，釩含量分別為11.75%、0.50%、0.22%的合金工具鋼，其牌號表示為“Cr12MoV”；平均含碳量為0.85%，含鎢、鉬、鉻、釩含量分別為6.00%、5.00%、4.00%、2.00%的高速工具鋼，其牌號表示為“W6Mo5Cr4V2”。 若

33、平均含碳量小于1.00%時，可采用一位阿拉伯數(shù)字表示含碳量(以千分之幾計)。例如：平 均含碳量為0.80%，含錳量為0.95%，含硅量為0.45%的合金工具鋼，其牌號表示為“8MnSi”。 低鉻(平均含鉻量1.00%)合金工具鋼，在含鉻量(以千分之幾計)前加數(shù)字“0”。例如：平均含鉻量為0.60%的合金工具鋼，其牌號表示為“Cr06”。 刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，無論是普通刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，無論是普通機床，還是先進的數(shù)控機床機床，還是先進的數(shù)控機床(NC)(NC)、加工中心、加工中心(MC)(MC)和柔和柔性制造系統(tǒng)性制造系統(tǒng)(FMC)(FMC)，都必須依靠刀具才能

34、完成切削加工。，都必須依靠刀具才能完成切削加工。刀具的性能是影響切削加工效率、精度、表面質(zhì)量等刀具的性能是影響切削加工效率、精度、表面質(zhì)量等的決定性因素之一。在現(xiàn)代化加工過程中，提高加工的決定性因素之一。在現(xiàn)代化加工過程中，提高加工效率的最有效方法是采用高速切削加工技術(shù)；隨著現(xiàn)效率的最有效方法是采用高速切削加工技術(shù)；隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，越來越多地采用超硬難加代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，越來越多地采用超硬難加工材料，以提高機器設(shè)備的使用壽命和工作性能。工材料，以提高機器設(shè)備的使用壽命和工作性能。 隨著制造業(yè)的發(fā)展，刀具材料的發(fā)展經(jīng)歷了隨著制造業(yè)的發(fā)展，刀具材料的發(fā)展經(jīng)歷了: :高碳鋼高碳鋼

35、- -高速鋼高速鋼- -一般硬質(zhì)合金材料到現(xiàn)在的陶瓷材料、一般硬質(zhì)合金材料到現(xiàn)在的陶瓷材料、PCBNPCBN材材料、新型硬質(zhì)合金及涂層硬質(zhì)合金、陶瓷刀具、金剛料、新型硬質(zhì)合金及涂層硬質(zhì)合金、陶瓷刀具、金剛石刀具石刀具 、立方氮化硼、立方氮化硼 。由于新型刀具材料的應(yīng)用，。由于新型刀具材料的應(yīng)用，從而使制造加工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)從而使制造加工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進步、加工效率的提高和數(shù)控機床的發(fā)展，對刀具的進步、加工效率的提高和數(shù)控機床的發(fā)展，對刀具材料的性能也提出了愈來愈高的要求。材料的性能也提出了愈來愈高的要求。 性能優(yōu)良的刀具材料，是保證刀具高效工作的基本條件。

36、性能優(yōu)良的刀具材料，是保證刀具高效工作的基本條件。刀具切削部分在強烈摩擦、高壓、高溫下工作，應(yīng)具刀具切削部分在強烈摩擦、高壓、高溫下工作，應(yīng)具備如下的基本要求備如下的基本要求。 1)高硬度和高耐磨性高硬度和高耐磨性 2)足夠的強度與沖擊韌性足夠的強度與沖擊韌性 3)高耐熱性高耐熱性 4)良好的工藝性和經(jīng)濟性良好的工藝性和經(jīng)濟性 刀具材料的硬度必須高于被加工材料的硬度才能切下金屬，這是刀具材料必備的基本要求，現(xiàn)有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削條件較復(fù)雜，材料的耐磨性還決定于它的化學(xué)成分和金相組織的穩(wěn)定性。 強度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎與刀桿折斷

37、所應(yīng)具備的性能。一般用抗彎強度來表示。 沖擊韌性是指刀具材料在間斷切削或有沖擊的工作條件下保證不崩刃的能力，一般地，硬度越高，沖擊韌性越低，材料越脆。硬度和韌性是一對矛盾，也是刀具材料所應(yīng)克服的一個關(guān)鍵。 耐熱性又稱紅硬性，是衡量刀具材料性能的主要指標。它綜合反映了刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度、抗氧化、抗粘結(jié)和抗擴散的能力。 為了便于制造，刀具材料應(yīng)有良好的工藝性，如鍛造、熱處理及磨削加工性能。當然在制造和選用時應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟性。當前超硬材料及涂層刀具材料費用都較貴，但其使用壽命很長，在成批大量生產(chǎn)中，分攤到每個零件中的費用反而有所降低。因此在選用時一定要綜合考慮。 1、高速鋼、高速

38、鋼 2、硬質(zhì)合金、硬質(zhì)合金 3、涂層刀具、涂層刀具 4、陶瓷刀具 5、金剛石刀具、金剛石刀具 6、立方氮化硼立方氮化硼 高速鋼是一種加人了較多的鎢、鉻、釩、相等合金元素的高合金工具鋼，有良好的綜合性能。其強度和韌性是現(xiàn)有刀具材料中最高的。 高速鋼的制造工藝簡單，容易刃磨成鋒利的切削刃；鍛造、熱處理變形小，目前在復(fù)雜的刀具，如麻花鉆、絲錐、拉刀、齒輪刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。 普通高速鋼，如W18Cr4v廣泛用于制造各種復(fù)雜刀具。其切削速度一般不太高，切削普通鋼料時為4060mmin。 高性能高速鋼，如W12Cr4V4Mo是在普通高速鋼中再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等元素冶煉

39、而成的。它的耐用度為普通高速鋼的153倍 粉末冶金高速鋼是70年代投入市場的一種高速鋼，其強度與韌性分別提高30一40和80一90耐用度可提高23倍。目前我國尚處于試驗研究階段，生產(chǎn)和使用尚少。 高速鋼也存在耐磨性、耐熱性較差等缺陷 在各種刀具材料的發(fā)展中，硬質(zhì)合金起著主導(dǎo)作用，此外，其它刀具材料的性能也得到了顯著改善，擴大了各自的應(yīng)用領(lǐng)域，形成了各種刀具材料既有獨特優(yōu)勢、使用范圍又相互取代補充的整體格局。正是刀具材料全面、迅速的發(fā)展為當今高速、高效的金屬切削加工奠定了基礎(chǔ)。 硬質(zhì)合金的性能不斷改進，應(yīng)用面不斷擴大，成為切削加工的主要刀具材料，對推動切削效率的提高起到了重要作用。 按按GB20

40、75-87 GB2075-87 可分為可分為P P、M M、K K三類，三類，P P類硬質(zhì)合類硬質(zhì)合金主要用于加工長切屑的黑色金屬，用藍色作金主要用于加工長切屑的黑色金屬，用藍色作標志；標志；M M類主要用于加工黑色金屬和有色金屬，類主要用于加工黑色金屬和有色金屬，用黃色作標志，又稱通用硬質(zhì)合金，用黃色作標志，又稱通用硬質(zhì)合金，K K類主要類主要用于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金用于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬材料，用紅色作標志。屬材料，用紅色作標志。P P、M M、K(K(后面的阿拉后面的阿拉伯數(shù)字表示其性能和加工時承受載荷的情況或伯數(shù)字表示其性能和加工時承受載荷的情況或加工

41、條件。數(shù)字愈小，硬度愈高，韌性愈差。加工條件。數(shù)字愈小，硬度愈高，韌性愈差。 P P類相當于我國原鎢鈦鉆類，主要成分為類相當于我國原鎢鈦鉆類，主要成分為WCWC十十TiCTiC十十CoCo，代號為，代號為YTYT。 K K類相當于我國原鎢鉆類，主要成分為類相當于我國原鎢鉆類，主要成分為WCWC十十CoCo，代號為代號為YGYG。 M M類相當于我國原鎢鈦鉭鈷類通用合金，主要類相當于我國原鎢鈦鉭鈷類通用合金，主要成分為成分為WC+TiC+TaC(NbCWC+TiC+TaC(NbC) )十十CoCo，代號為，代號為YWYW。 PCD刀具加工鋁合金缸蓋刀具加工鋁合金缸蓋 WIDIA公司的曲軸高速銑刀

42、公司的曲軸高速銑刀 陶瓷可能繼高速鋼、硬質(zhì)合金以后引起切削加工的第3次革命。 陶瓷刀具具有高硬度(HRA9195)、高強度(抗彎強度為7501000MPa)，耐磨性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗粘結(jié)性能良好，摩擦系數(shù)低且價格低廉等優(yōu)點。不僅如此，陶瓷刀具還具有很高的高溫硬度，1200C時硬度達到HRA80。 常用的有：氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷、金屬陶瓷和晶須增韌陶瓷。 1 1、可加工傳統(tǒng)刀具難以加工或根本不能加工的高硬材、可加工傳統(tǒng)刀具難以加工或根本不能加工的高硬材料，例如硬度達料，例如硬度達HRC65HRC65的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵，因的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵，因而可免除退火加工所消耗的電力；并因此也

43、可提高工而可免除退火加工所消耗的電力；并因此也可提高工件的硬度，延長機器設(shè)備的使用壽命；件的硬度，延長機器設(shè)備的使用壽命； 2 2、不僅能對高硬度材料進行粗、精加工，也可進行、不僅能對高硬度材料進行粗、精加工，也可進行銑削、刨削、斷續(xù)切削和毛坯拔荒粗車等沖擊力很大銑削、刨削、斷續(xù)切削和毛坯拔荒粗車等沖擊力很大的加工；的加工； 3 3、刀具耐用度比傳統(tǒng)刀具高幾倍甚至幾十倍，減少、刀具耐用度比傳統(tǒng)刀具高幾倍甚至幾十倍，減少了加工中的換刀次數(shù)，保證被加工工件的小錐度和高了加工中的換刀次數(shù)，保證被加工工件的小錐度和高精度；精度； 4 4、可進行高速切削或?qū)崿F(xiàn)、可進行高速切削或?qū)崿F(xiàn)“以車、銑代磨以車、銑

44、代磨”，切削，切削效率比傳統(tǒng)刀具高效率比傳統(tǒng)刀具高3-103-10倍，達到節(jié)約工時、電力、機倍，達到節(jié)約工時、電力、機床數(shù)床數(shù)30-70%30-70%或更高的效果。或更高的效果。 眾所周知，金剛石材料的成分是碳，金剛石與鐵系有親和力，切削過程中，金剛石的導(dǎo)熱性優(yōu)越，散熱快，但是要注意切削熱不宜高于700度，否則會發(fā)生石墨化現(xiàn)象，工具會很快磨損。 因為金剛石在高溫下和W、Ta、Ti、Zr、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Pt等會發(fā)生反應(yīng)，與黑色金屬(鐵碳合金)在加工中會發(fā)生化學(xué)磨損，所以，金剛石不能用于加工黑色金屬只能用在有色金屬和非金屬材料上，而CBN即使在1000oC的高溫下，切削黑色金屬也完全能勝任。已成為未來難加工材料的主要切削工具材料。一般超硬材料指的是人造金剛石、人造CBN。這兩種材料的同時存在，起到了互補的作用、