刀具材料 目前使用的刀具材料種類繁多，主要有金剛石、立方氮化硼、陶瓷、金屬陶瓷、硬質合金和高速鋼等。不同刀具材料具有不同的效能，並有其特定的應用範圍。 金剛石 能用作刀具材料的金剛石有4類：天然金剛石、人工合成單晶金剛石、聚晶金剛石和金剛石塗層。 天然金剛石是最昂貴的刀具材料，由於天然金剛石可以刃磨成最鋒利的切削刃，主要應用在超精密加工領域，如加工微機械零件、光學鏡面、導彈和火箭中的導航陀螺、計算機硬碟晶片等。人工合成單晶金剛石刀具有很好的尺寸、形狀和化學穩定性，主要用來加工木材，如加工高耐磨Al2O3塗層的木地板。聚晶金剛石是以鈷作為粘結劑，在高溫高壓下(約507MPa ，幾千攝氏度)由金剛石微粉壓制而成的。聚晶金剛石刀具具有優異的耐磨性，可用來切削有色金屬和非金屬材料，精加工難加工材料，如矽鋁合金和硬質合金等。 立方氮化硼 立方氮化硼(CBN)與聚晶金剛石一樣，也是在高溫高壓下人工合成的，其多晶結構和效能也與金剛石類似，具有很高的硬度和楊氏模量，很好的導熱性，很小的熱膨脹，較小的密度，較低的斷裂韌性。此外，立方氮化硼具有卓越的化學和熱穩定性，同鐵族元素幾乎不發生反應，這一點要優於金剛石。因此，加工黑色金屬時多選用立方氮化硼而不用金剛石。聚晶立方氮化硼(PCBN)特別適合於加工鑄鐵、耐熱合金和硬度超過HRC45的黑色金屬(如發動機箱體、齒輪、軸、軸承等汽車零部件)。PCBN刀具適合於高速幹切削，可以用2O00m/min以上的速度高速加工灰鑄鐵。PCBN刀具在高速硬切削方面的應用也比較廣泛，尤其是精加工汽車發動機上的合金鋼零件，如硬度65 之間HRC6O～65之間的齒輪、軸、軸承，而這些零部件過去是靠磨削來保證尺寸精度和表面質量的。 CBN的力學和熱學效能受粘結相的種類及其含量的影響。粘結相有鈷、鎳或碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等，CBN 的顆粒大小和粘結相種類影響到其切削效能。低CBN 含量(質量分數，下同，50%～65%)的PCBN 刀具主要用來精加工鋼(HRC45～65) ，而高CBN 含量(80%～90%)的PCBN 刀具用來高速粗加工、半精加工鎳鉻鑄鐵，斷續加工淬硬鋼、燒結金屬、硬質合金、重合金等。 不含粘結相的CBN 正在研製當中，透過控制合成條件使CBN顆粒更微細，微細顆粒的CBN 即使在高溫下也具有高熱導率、極高熱穩定性、高硬度和高強度。無粘結相的CBN可望成為下一代刀具材料。 陶瓷 按化學成分，陶瓷刀具材料可分為氧化鋁基陶瓷、氮化矽基陶瓷、賽阿龍(複合氮化矽—氧化鋁)陶瓷三大類。 氧化鋁基陶瓷具有良好的化學穩定性，與鐵系金屬親和力很小，因此不易發生粘結磨損。氧化鋁在鐵中的溶解度只有WC在鐵中溶解度的1/5 ，因此，氧化鋁基陶瓷擴散磨損小，同時它的抗氧化能力強。然而，氧化鋁基陶瓷的強度、斷裂韌度、導熱係數和抗熱震性較低。氧化鋁基陶瓷刀具在高速切削鋼時具有比氮化矽陶瓷刀具更優越的切削效能。 與氧化鋁陶瓷相比，氮化矽基陶瓷具有較高的強度、斷裂韌度和抗熱震效能，較低的熱脹係數、楊氏模量和化學穩定性，與鑄鐵不易發生粘結，因此，氮化矽基陶瓷刀具主要用於高速加工鑄鐵。 賽阿龍陶瓷刀具具有較高的強度、斷裂韌度、抗氧化效能、導熱率、抗熱震效能和抗高溫蠕變效能。但是熱膨脹係數較低，不適合加工鋼，主要用來粗加工鑄鐵和鎳基合金。 為了進一步改進陶瓷刀具加工新材料時的切削效能和抗磨損效能，研究人員開發了碳化矽晶須增韌陶瓷材料(包括氮化矽基陶瓷和氧化鋁基陶瓷材料)，增韌後的陶瓷刀具高速切削複合材料和航空耐熱合金(鎳基合金等)時的效果非常好，但不適合加工鑄鐵和鋼。 陶瓷刀具的製造方法有熱壓法和冷壓法兩大類。熱壓法是將粉末狀原料在高溫高壓下壓制成餅狀，然後切割成刀片；冷壓法是將原材料粉末在常溫下壓制成坯，再經燒結成為刀片。熱壓法陶瓷刀具質量好，是目前陶瓷刀具的主要製造方法，冷壓法可製造表面形狀較複雜或帶孔的陶瓷刀具。 TiC(N)基硬質合金 TiC(N)基硬質合金(即金屬陶瓷)密度小，硬度高，化學穩定性好，對鋼的摩擦係數較小，切削時抗茹結磨損與抗擴散磨損的能力較強，具有較好的耐磨性。金屬陶瓷刀具適於高速精加工碳鋼、不鏽鋼、可鍛鑄鐵，可以獲得較好的表面粗糙度。常用的金屬陶瓷有：(1)碳化鈦基高耐磨性的TiC+Ni或Mo，高斷裂韌度的TiC+WC+TaC+Co; (2) 增韌氮化鈦基金屬陶瓷；(3)碳氮化鈦基高耐磨和抗熱震性的TiCN+NbC。 硬質合金 硬質合金是高硬度、難熔的金屬化合物粉末(WC、TiC等)，用鈷或鎳等金屬做黏結劑壓坯、燒結而成的粉末冶金製品。硬質合金刀具材料的問世，使切削加工水平出現了一個飛躍。硬質合金刀具能實現高速切削和硬切削。為滿足各種難加工材料的切削要求，開發了許多硬質合金加工技術，研製出多種新型硬質合金，方法是：採用高純度的原材料，如採用雜質含量低的鎢精礦及高純度的三氧化鎢等．採用先進工藝，如以真空燒結代替氫氣燒結，以石蠟工藝代替橡膠工藝，以噴霧或真空乾燥工藝代替蒸汽乾燥工藝；改變合金的化學組分。調整合金的結構；採用表面塗層技術。研製出的新型硬質合金有新增鉭、鈮的硬質合金、細晶粒與超細晶粒硬質合金，新增稀土元素的硬質合金等。 在晶粒尺寸為0.2～1µm 的碳化鎢硬質合金晶粒中加人更高硬度(HRA90～93)和強度(2000～3500MPa ，最高5000MPa)的TaC, NbC等顆粒，可以製成整體超細晶粒硬質合金刀具或可轉位刀片。晶粒細化後，硬質相尺寸變小，粘結相更均勻地分佈在硬質相周圍，可以提高硬質合金的硬度與耐磨性，能顯著提高刀具壽命。如適當增加鈷含量，還可以提高抗彎強度。這種刀具可以高速切削鐵族元素材料、鎳基和鈷基高溫合金、鈦基合金、耐熱不鏽鋼、焊接材料和超硬材料等。 高速鋼 普通高速鋼是用熔融法制造的，在加工效率和加工質量要求日益提高的先進切削加工中，普通高速鋼的效能已嫌不足。 20世紀後期，逐步出現了許多高效能高速鋼，新型高速鋼在普通高速鋼的基礎上，透過調整基本化學成分，並新增其他合金元素，使其常溫和高溫機械效能得到顯著提高。用作刀具材料的高效能高速鋼有高碳高速鋼、高鈷高速鋼、高釩高速鋼和含鋁高速鋼等。 粉末冶金高速鋼是將高頻感應爐熔鍊出的鋼液，用高壓氖氣或純氮噴射霧化，再急冷得到細小均勻結晶粉末，或用高壓水噴霧化形成粉末，所得到的粉末在高溫高壓下熱等靜壓制成粉末冶金高速鋼刀具。與傳統高速鋼相比，粉末冶金高速鋼沒有碳化物偏析的缺陷，且晶粒尺寸小，因此抗彎強度和韌性高，硬度高，適用的切削速度較高，刀具壽命較長，並可加工較硬的工件材料。
刀具材料 目前使用的刀具材料種類繁多，主要有金剛石、立方氮化硼、陶瓷、金屬陶瓷、硬質合金和高速鋼等。不同刀具材料具有不同的效能，並有其特定的應用範圍。 金剛石 能用作刀具材料的金剛石有4類：天然金剛石、人工合成單晶金剛石、聚晶金剛石和金剛石塗層。 天然金剛石是最昂貴的刀具材料，由於天然金剛石可以刃磨成最鋒利的切削刃，主要應用在超精密加工領域，如加工微機械零件、光學鏡面、導彈和火箭中的導航陀螺、計算機硬碟晶片等。人工合成單晶金剛石刀具有很好的尺寸、形狀和化學穩定性，主要用來加工木材，如加工高耐磨Al2O3塗層的木地板。聚晶金剛石是以鈷作為粘結劑，在高溫高壓下(約507MPa ，幾千攝氏度)由金剛石微粉壓制而成的。聚晶金剛石刀具具有優異的耐磨性，可用來切削有色金屬和非金屬材料，精加工難加工材料，如矽鋁合金和硬質合金等。 立方氮化硼 立方氮化硼(CBN)與聚晶金剛石一樣，也是在高溫高壓下人工合成的，其多晶結構和效能也與金剛石類似，具有很高的硬度和楊氏模量，很好的導熱性，很小的熱膨脹，較小的密度，較低的斷裂韌性。此外，立方氮化硼具有卓越的化學和熱穩定性，同鐵族元素幾乎不發生反應，這一點要優於金剛石。因此，加工黑色金屬時多選用立方氮化硼而不用金剛石。聚晶立方氮化硼(PCBN)特別適合於加工鑄鐵、耐熱合金和硬度超過HRC45的黑色金屬(如發動機箱體、齒輪、軸、軸承等汽車零部件)。PCBN刀具適合於高速幹切削，可以用2O00m/min以上的速度高速加工灰鑄鐵。PCBN刀具在高速硬切削方面的應用也比較廣泛，尤其是精加工汽車發動機上的合金鋼零件，如硬度65 之間HRC6O～65之間的齒輪、軸、軸承，而這些零部件過去是靠磨削來保證尺寸精度和表面質量的。 CBN的力學和熱學效能受粘結相的種類及其含量的影響。粘結相有鈷、鎳或碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等，CBN 的顆粒大小和粘結相種類影響到其切削效能。低CBN 含量(質量分數，下同，50%～65%)的PCBN 刀具主要用來精加工鋼(HRC45～65) ，而高CBN 含量(80%～90%)的PCBN 刀具用來高速粗加工、半精加工鎳鉻鑄鐵，斷續加工淬硬鋼、燒結金屬、硬質合金、重合金等。 不含粘結相的CBN 正在研製當中，透過控制合成條件使CBN顆粒更微細，微細顆粒的CBN 即使在高溫下也具有高熱導率、極高熱穩定性、高硬度和高強度。無粘結相的CBN可望成為下一代刀具材料。 陶瓷 按化學成分，陶瓷刀具材料可分為氧化鋁基陶瓷、氮化矽基陶瓷、賽阿龍(複合氮化矽—氧化鋁)陶瓷三大類。 氧化鋁基陶瓷具有良好的化學穩定性，與鐵系金屬親和力很小，因此不易發生粘結磨損。氧化鋁在鐵中的溶解度只有WC在鐵中溶解度的1/5 ，因此，氧化鋁基陶瓷擴散磨損小，同時它的抗氧化能力強。然而，氧化鋁基陶瓷的強度、斷裂韌度、導熱係數和抗熱震性較低。氧化鋁基陶瓷刀具在高速切削鋼時具有比氮化矽陶瓷刀具更優越的切削效能。 與氧化鋁陶瓷相比，氮化矽基陶瓷具有較高的強度、斷裂韌度和抗熱震效能，較低的熱脹係數、楊氏模量和化學穩定性，與鑄鐵不易發生粘結，因此，氮化矽基陶瓷刀具主要用於高速加工鑄鐵。 賽阿龍陶瓷刀具具有較高的強度、斷裂韌度、抗氧化效能、導熱率、抗熱震效能和抗高溫蠕變效能。但是熱膨脹係數較低，不適合加工鋼，主要用來粗加工鑄鐵和鎳基合金。 為了進一步改進陶瓷刀具加工新材料時的切削效能和抗磨損效能，研究人員開發了碳化矽晶須增韌陶瓷材料(包括氮化矽基陶瓷和氧化鋁基陶瓷材料)，增韌後的陶瓷刀具高速切削複合材料和航空耐熱合金(鎳基合金等)時的效果非常好，但不適合加工鑄鐵和鋼。 陶瓷刀具的製造方法有熱壓法和冷壓法兩大類。熱壓法是將粉末狀原料在高溫高壓下壓制成餅狀，然後切割成刀片；冷壓法是將原材料粉末在常溫下壓制成坯，再經燒結成為刀片。熱壓法陶瓷刀具質量好，是目前陶瓷刀具的主要製造方法，冷壓法可製造表面形狀較複雜或帶孔的陶瓷刀具。 TiC(N)基硬質合金 TiC(N)基硬質合金(即金屬陶瓷)密度小，硬度高，化學穩定性好，對鋼的摩擦係數較小，切削時抗茹結磨損與抗擴散磨損的能力較強，具有較好的耐磨性。金屬陶瓷刀具適於高速精加工碳鋼、不鏽鋼、可鍛鑄鐵，可以獲得較好的表面粗糙度。常用的金屬陶瓷有：(1)碳化鈦基高耐磨性的TiC+Ni或Mo，高斷裂韌度的TiC+WC+TaC+Co; (2) 增韌氮化鈦基金屬陶瓷；(3)碳氮化鈦基高耐磨和抗熱震性的TiCN+NbC。 硬質合金 硬質合金是高硬度、難熔的金屬化合物粉末(WC、TiC等)，用鈷或鎳等金屬做黏結劑壓坯、燒結而成的粉末冶金製品。硬質合金刀具材料的問世，使切削加工水平出現了一個飛躍。硬質合金刀具能實現高速切削和硬切削。為滿足各種難加工材料的切削要求，開發了許多硬質合金加工技術，研製出多種新型硬質合金，方法是：採用高純度的原材料，如採用雜質含量低的鎢精礦及高純度的三氧化鎢等．採用先進工藝，如以真空燒結代替氫氣燒結，以石蠟工藝代替橡膠工藝，以噴霧或真空乾燥工藝代替蒸汽乾燥工藝；改變合金的化學組分。調整合金的結構；採用表面塗層技術。研製出的新型硬質合金有新增鉭、鈮的硬質合金、細晶粒與超細晶粒硬質合金，新增稀土元素的硬質合金等。 在晶粒尺寸為0.2～1µm 的碳化鎢硬質合金晶粒中加人更高硬度(HRA90～93)和強度(2000～3500MPa ，最高5000MPa)的TaC, NbC等顆粒，可以製成整體超細晶粒硬質合金刀具或可轉位刀片。晶粒細化後，硬質相尺寸變小，粘結相更均勻地分佈在硬質相周圍，可以提高硬質合金的硬度與耐磨性，能顯著提高刀具壽命。如適當增加鈷含量，還可以提高抗彎強度。這種刀具可以高速切削鐵族元素材料、鎳基和鈷基高溫合金、鈦基合金、耐熱不鏽鋼、焊接材料和超硬材料等。 高速鋼 普通高速鋼是用熔融法制造的，在加工效率和加工質量要求日益提高的先進切削加工中，普通高速鋼的效能已嫌不足。 20世紀後期，逐步出現了許多高效能高速鋼，新型高速鋼在普通高速鋼的基礎上，透過調整基本化學成分，並新增其他合金元素，使其常溫和高溫機械效能得到顯著提高。用作刀具材料的高效能高速鋼有高碳高速鋼、高鈷高速鋼、高釩高速鋼和含鋁高速鋼等。 粉末冶金高速鋼是將高頻感應爐熔鍊出的鋼液，用高壓氖氣或純氮噴射霧化，再急冷得到細小均勻結晶粉末，或用高壓水噴霧化形成粉末，所得到的粉末在高溫高壓下熱等靜壓制成粉末冶金高速鋼刀具。與傳統高速鋼相比，粉末冶金高速鋼沒有碳化物偏析的缺陷，且晶粒尺寸小，因此抗彎強度和韌性高，硬度高，適用的切削速度較高，刀具壽命較長，並可加工較硬的工件材料。