1.刀具材料應(yīng)具備的性能
在金屬切削過程中，刀具是在高溫下進(jìn)行切削加工的，同時(shí)還要承受較大的切削力、沖擊、振動(dòng)和劇烈的摩擦。刀具壽命的長(zhǎng)短以及切削速度的高低，首先取決于刀具是否具有良好的切削性，此外，刀具材料的工藝性能對(duì)刀具本身的制造與刃磨質(zhì)量也有很大影響。因此，刀具切削部分的材料應(yīng)滿足下列要求。
(1) 高硬度。刀具切削部分的硬度必須高于工件材料的硬度。常溫下硬度應(yīng)達(dá)到60HRC以上。某些難以加工的材料，對(duì)刀具硬度要求則更高。
(2) 高耐磨性。刀具材料必須具有良好的抵抗磨損的能力，以保證切削刃的鋒利性，特別是在高溫切削條件下，更需保持應(yīng)有的耐磨性。同城刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。
(3) 足夠的強(qiáng)度和韌性。刀具材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和韌性，才能保證刀具在切削過程中承受總切削力、沖擊和振動(dòng)，防止刀具崩刃或脆性斷裂。一般用抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度來衡量它們的好壞。
(4) 高耐熱性(又稱熱硬性)。是指刀具材料在高溫下能夠保持高硬度的性能。高溫下硬度越高則耐熱性越好，允許的切削速度也越高。它是評(píng)定刀具材料的主要性能指標(biāo)，一般用溫度來表示。
(5) 良好的工藝性。為了便于刀具的加工制造，要求刀具材料具有良好的可加工型和熱處理性。可加工性主要是指切削加工性能和焊接、鍛軋性能;熱處理性是指熱處理變形小、脫碳層薄和淬透性好等。
此外，還應(yīng)考慮刀具材料的經(jīng)濟(jì)性，否則將難以大量推廣使用。
2.刀具材料的種類
刀具材料的種類很多，有金屬材料和非金屬材料之分，常用的材料有工具鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬材料四大類。
(1) 碳素工具鋼和合金工具鋼。碳素工具鋼是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.65%~1.35%的優(yōu)質(zhì)高碳鋼。在碳素工具鋼中再加入一些合金元素，如鉻、鎢、硅、錳等即成合金工具鋼。其熱處理后硬度為60~64HRC，紅硬性為200~300℃，主要用于制造一些低速、手動(dòng)工具，如手用絲錐、手動(dòng)鉸刀、圓板牙、絲錐、搓絲板等。
(2) 高速鋼。高速鋼是一種含鎢(W)、鉻(Cr)、錳(Mo)、釩(V)等合金元素較多的高合金工具鋼。高速鋼主要優(yōu)點(diǎn)是具有高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，且耐熱性(達(dá)540~600℃)和淬透性(淬火后硬度為63~66HRC)良好，允許的切削速度比碳素工具鋼高兩倍以上。高速鋼刃磨后切削刃鋒利、顏色白亮，故俗稱“鋒鋼”和“白鋼”。高速鋼是一種綜合性能好、應(yīng)用范圍較廣的刀具材料。由于制造的刀具刃口強(qiáng)度和韌性高，能承受較大的沖擊載荷，能用于剛度較差的機(jī)床上，可加工從有色金屬刀高溫合金等范圍廣泛的工件材料。同時(shí)，這種材料工藝性能好，因此，目前高速鋼仍是制造刀具，尤其是形狀較復(fù)雜刀具使用較多的材料，如制造成形車刀、銑刀、鉆頭、鉸刀、拉刀、齒輪刀具和螺紋刀具以及各種精加工刀具。
高速鋼按其用途和性能不同，可分為普通高速鋼和高性能高速鋼;按其化學(xué)成分不同，又又分為鎢系高速鋼和鎢鉬系高速鋼。
(3) 硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金是高硬度、難熔的金屬碳化物(WC、TiC)微米數(shù)量級(jí)的粉末，用Co、Mo、Ni等作粘結(jié)劑，在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。由于硬質(zhì)合金中碳化物含量多，且都有熔點(diǎn)高、硬度高等特點(diǎn)，使其常溫下硬度可達(dá)89~93HRA(相當(dāng)于74~81HRC)。耐磨性和紅硬性較高，允許切削溫度高達(dá)800~1000℃，切削速度也比高速鋼高幾倍甚至十幾倍，還能加工高速鋼刀具難以切削的難加工材料，因此其發(fā)展很快，現(xiàn)已成為主要的刀具材料之一。
硬質(zhì)合金也有不足之處，即抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度都較高塑鋼低、脆性大、不耐沖擊和振動(dòng)，刃口不能磨得像高速鋼刀具那樣鋒利，制造也較困難。
常用硬質(zhì)合金按其質(zhì)量和使用特性可分為四類：鎢鉆類(YG);鎢鈦鉆類(YT);鎢鈦鉭(鈮)鈷類(YW);碳化鈦基類(YN)。
(4) 超硬刀具材料及其他刀具材料。常見的非金屬及超硬刀具材料還有以下幾種：
1) 陶瓷。主要成分是氧化鋁(Al2O3)，其硬度、耐熱性和耐磨性均比硬質(zhì)合金高，能在1200℃或更高的溫度下進(jìn)行切削加工，因此，允許的切削速度比硬質(zhì)合金高20%~25%。在切削時(shí)，摩擦因數(shù)小、不粘刀、不容易產(chǎn)生積屑瘤，能獲得較小的表面粗糙度值和較好的尺寸穩(wěn)定性。而且這種材料資源豐富、價(jià)格低廉。其最多缺點(diǎn)是脆性大、切削時(shí)易崩刃，在使用上受到很大限制。目前我國(guó)研制出的非金屬陶瓷材料，一般都制成多邊形不重磨刀片，主要用于切削硬度為45~55HRC的工具鋼和淬火鋼。
2) 立方氮化硼。是20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的一種新型刀具材料。它是由立方氮化硼(白石墨)在高溫高壓下加催化劑轉(zhuǎn)化而成的。其優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性好，可耐1400~1500℃高溫，切削溫度在1000攝氏度以下不會(huì)氧化。因此，在高速切削淬硬鋼、冷硬鑄鐵時(shí)，刀具的粘結(jié)、擴(kuò)散磨損小。其耐熱性比金剛石好，摩擦因數(shù)小，硬度和耐磨性僅次于金剛石，且具有良好的切削性能和磨削工藝性，能用一般金剛石砂輪磨削。
立方氮化硼作為一種新型刀具材料，其刀具一般是采用硬質(zhì)合金為基體的復(fù)合立方氮化硼雙層刀片，不僅用于制造車刀、鏜刀，而且已擴(kuò)展到面銑刀、鉸刀等刀具。主要用于加工一些高硬度(64~70HRC)的淬硬鋼和冷硬鑄鐵、高溫合金等難加工材料。
3)金剛石。是自然界中最硬的材料。人造金剛石是以石墨為天然金剛石價(jià)格昂貴，很少用作刀具材料。人造金剛石是以石墨為原料，經(jīng)高溫、高壓燒結(jié)而成，主要用于制作高速精細(xì)車削、鏜削有色金屬及其合金和非金屬材料的刀具。切削銅合金和鋁合金時(shí)，切削速度可達(dá)(800~3800)m/min。由于金剛石刀具具有耐磨性較高、加工尺寸穩(wěn)定性好和刀具使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，所以常應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床上，加工后表面粗糙度可達(dá)Ra(0.1~0.025)μm。但金剛石刀具耐熱性差(切削溫度不宜超過700~800℃，因其在788℃時(shí)開始石墨化變軟)，強(qiáng)度低、脆性大、對(duì)振動(dòng)敏感，只宜微量切削;與鐵有較強(qiáng)的化學(xué)親和力，故不適合加工黑色金屬。
