刀具材料的特征與使用區(qū)分刀具材料的特征與使用區(qū)分硬質(zhì)合金理想的刀具材料不易磨損(耐磨損性)不易破損（韌性)理想材料金剛石燒結(jié)體涂層高速鋼CBN燒結(jié)體金屬陶瓷涂層高速鋼硬質(zhì)合金理想的刀具材料不易磨損(耐磨損性)不易破損（韌性)理硬質(zhì)合金的三大特點高溫硬度高不易變形不易破損弱點是抗沖擊能力差鋼的3倍鋼的2倍鋼彈性系數(shù)硬質(zhì)合金：6×104kg/mm2鋼

：2×104

kg/mm2壓縮強(qiáng)度硬質(zhì)合金：

500kg/mm2鋼：

250kg/mm2＊注意刀片之間不要相互碰撞！硬質(zhì)合金的三大特點高溫硬度高不易變形不易破損弱點是硬質(zhì)合金使用選擇基準(zhǔn)1958年ISO(InternationalOrganizationforStandardization:國際規(guī)格)規(guī)定了硬質(zhì)合金使用選擇基準(zhǔn)P系列M系列K系列使用分類代號＊不是硬質(zhì)合金材料分類！S系列H系列N系列2003年重新規(guī)定

新增以下三個系列硬質(zhì)合金使用選擇基準(zhǔn)1958年規(guī)定了硬質(zhì)合金使用選擇基準(zhǔn)P系MPK產(chǎn)生連續(xù)切屑的鋼、鑄鋼等工件材料→鋼切削用刀具以鑄鐵為代表的產(chǎn)生非連續(xù)形切屑的工件材料→鑄鐵切削用刀具處于P、K系列中間產(chǎn)生鋸齒狀切屑的工件材料→通用刀具P、M、K的分類基準(zhǔn)碳鋼合金鋼鑄鐵上下振動不銹鋼MPK產(chǎn)生連續(xù)切屑的鋼、鑄鋼等工件材料以鑄鐵為代表的產(chǎn)生非連硬質(zhì)合金的主要成分P、M系列的硬質(zhì)合金的成分是WC-TiC-TaC-Co○WC的特性與Co的結(jié)合強(qiáng)度高、耐沖擊性強(qiáng)。與切屑摩擦過程中易發(fā)生磨損?！馮iC的特性硬度高、熱穩(wěn)定性好、不易熔敷。與Co的結(jié)合強(qiáng)度、熱沖擊方面比WC遜色。K系列的硬質(zhì)合金的成分是WC-Co因振動產(chǎn)生沖擊的切削加工時使用WC-Co產(chǎn)生高熱的切削加工時使用WC-TiC-TaC-Co適用于P、M、K工件材料的硬質(zhì)合金(1)粘結(jié)硬質(zhì)合金的主要成分P、M系列的硬質(zhì)合金的成分是WC-TiC-

P系列材料發(fā)生破損、異常磨損鑄鐵的切削因切屑破碎時產(chǎn)生振動，容易發(fā)生崩刃等異常損傷。K系列材料不會出現(xiàn)較大損傷易發(fā)生前刀面磨損K系列材料鋼的切削因產(chǎn)生切削熱，容易發(fā)生前刀面磨損(磨損)。P,M系列材料要注意：一定不要弄錯！耐熱性好、可抑制前刀面磨損。適用于P，M，K工件材料的硬質(zhì)合金(2)P系列材料發(fā)生破損、異常鑄鐵的切削K系列材料不會出現(xiàn)較大損在硬質(zhì)合金表面，覆蓋數(shù)微米的硬質(zhì)物質(zhì)→硬質(zhì)合金的韌性+硬質(zhì)物質(zhì)的硬度

并存的材料韌性(耐破損性)→良好良好←硬度(耐磨損性)硬質(zhì)合金硬質(zhì)物質(zhì)涂層硬質(zhì)合金但涂層的厚度僅為硬質(zhì)合金基體厚度的0.2%！

(厚度近5mm的刀片上覆蓋10微米硬質(zhì)物質(zhì)層的情況下)

→因此涂層的效果很重要→因此硬質(zhì)合金基體本身的性能也很重要涂層材料在硬質(zhì)合金表面，覆蓋數(shù)微米的硬質(zhì)物質(zhì)韌性(耐破損性)→良好良CVD與PVD涂層涂層的種類涂層(Coating)在硬質(zhì)合金表面覆蓋硬質(zhì)物質(zhì)的表層化學(xué)汽相沉積法(C.V.D.法)物理汽相沉積法(P.V.D法)TiN：氮化鈦特殊Ti化合物積層Al2O3：氧化鋁TiCN：碳氮化鈦涂層物質(zhì)Ti化合物(Ti,Al)N系化合物(Al,Ti)N系化合物TiNCVD與PVD涂層涂層的種類涂層在硬質(zhì)合金表面覆蓋硬質(zhì)物質(zhì)的19601970198019902000↑1920年WC-Co↑1930年WC-TiC-TaC-Co(代)第1代第2代第3代第4代第5代

(構(gòu)成)單層(TiC,TiN等)雙層(TiC-Al2O3等)多層(TiC-TiCN-TiC-Al2O3-TiN等)強(qiáng)韌厚膜(TiCN-Al2O3-TiN等)進(jìn)一步厚膜化(15~20μm)(CVD硬質(zhì)合金)

(PVD硬質(zhì)合金)(構(gòu)成)TiNTiCN-TiN(Ti,Al)N(Al,Ti)N涂層材料的演變19601970198019902000↑1920年WC-各種涂層方法的特征

CVD

PVD

ChemicalVaporDeposition PhysicalVaporDeposition原理

化學(xué)（氣體）

物理（離子)能量

熱

電反應(yīng)溫度 通常約1000℃左右 通常500-700℃以下(用途)車削用刀片 ◎ ○銑削用刀片 ◎ ◎立銑刀 ×~△ ◎鉆頭× ◎(特征)

有Al2O3層

耐破損性好

(耐熱性好)各種涂層方法的特征 CVD材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面磨損性2100320025002100自由能※kcal/g?atom耐前刀面磨損性-10-35-50-100導(dǎo)熱系數(shù)W/m?K耐塑性變形性耐熱龜裂性121212929耐氧化性℃耐邊界磨損性50011001200穩(wěn)定對鐵的溶解度%,1250℃耐粘結(jié)性7<0.5-≒0各種涂層物質(zhì)的特性※自由能：分解物質(zhì)時所必需的能量。表示物質(zhì)的穩(wěn)定性。負(fù)數(shù)的值越大越穩(wěn)定。材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面耐后刀面磨損性硬度(Hv)0-50-100自由能＊(kcal/gatom1000℃)耐前刀面磨損性35003000250020001000WCTaCTiCHfCTiNHfNTiOAl2O3Al2O3

：熱、化學(xué)方面性質(zhì)穩(wěn)定

→切削加工時，對在高溫下的前刀面磨損、氧化磨損效果顯著TiC/TiN：室溫下高硬度

→對因機(jī)械摩擦發(fā)生的后刀面磨損效果顯著＊自由能：分解物質(zhì)時所必需的能量。表示物質(zhì)的穩(wěn)定性。負(fù)數(shù)的值越大越穩(wěn)定。CVD涂層物質(zhì)的特點耐后刀面磨損性硬度(Hv)0-50-100自由能＊(kc0.400200400切削速度(m/min)后刀面磨損量(mm)Al2O3TiCN0.20.6TiC工件材料：S45C(HB190)ap=1.5mmf=0.25mm/revT=9minVc<300m/min以下：低溫時的硬度TiC,TiCN>Al2O3Vc>400m/min以上：高溫時的硬度TiC,TiCN<Al2O3Al2O3的優(yōu)越性（1）陶瓷單質(zhì)（燒結(jié)體）的耐磨損性比較0.400200400切削速度(m/min)后刀面磨損量(m※熱擴(kuò)散率：溫度變化時熱量擴(kuò)散的程度。與導(dǎo)熱系數(shù)成比例。1.0005001000溫度(℃)熱擴(kuò)散率Al2O3TiCN0.5TiCAl2O3在高溫下很難傳導(dǎo)熱高低陶瓷單質(zhì)(燒結(jié)體)的熱擴(kuò)散率※Al2O3的優(yōu)越性（2）※熱擴(kuò)散率：溫度變化時熱量擴(kuò)散的程度。與導(dǎo)熱系數(shù)成比例。1.假想切削加工事例100200300140012001000800600400切削速度(m/min)基體表面溫度(℃)硬質(zhì)合金基體Al2O3層0，1，10μm約200℃剪斷力與前刀面摩擦力所做的功產(chǎn)生熱源進(jìn)行的熱計算工件材料：S45Cf=0.25mm/revap=2.0mmdryturningAl2O3：0μmAl2O3：1μmAl2O3：10μmAl2O3的優(yōu)越性（3）假想切削加工事例1002003001400120010008C.V.D.涂層的構(gòu)造硬質(zhì)合金基體特殊鈦化合物積層微粒氧化鋁強(qiáng)韌特殊碳氮化鈦超強(qiáng)韌表面涂層硬質(zhì)合金系列的事例C.V.D.涂層的構(gòu)造硬質(zhì)合金基體特殊鈦化合物積層微粒氧涂層的作用專用硬質(zhì)合金基體超強(qiáng)韌表面強(qiáng)韌特殊碳氮化鈦(TiCN)微粒氧化鋁(Al2O3)特殊鈦化合物積層耐粘結(jié)性耐粘結(jié)性耐前刀面磨損性耐后刀面磨損性耐前刀面磨損性耐破損性耐變形性耐磨損性涂層的作用專用硬質(zhì)合金基體超強(qiáng)韌表面強(qiáng)韌特殊微粒氧化鋁特殊P.V.D.涂層的構(gòu)造任意基體(硬質(zhì)合金，金屬陶瓷，高速鋼)(Al,Ti)N系化合物(鋁鈦

滲氮系化合物)VP涂層的事例P.V.D.涂層的構(gòu)造任意基體(Al,Ti)N系化合物VP(Al,Ti)N涂層的特性涂層的特性硬度Hv導(dǎo)熱系數(shù)cal/cmsec℃熱膨脹系數(shù)×10-6/℃氧化溫度℃24002450(0.25)0.077.09.5800600主要涂層(Al,Ti)N化合物TiN膜◎?qū)嵯禂?shù)高◎熱膨脹系數(shù)小◎耐氧化性高→特別是耐熱沖擊性強(qiáng)(Al,Ti)N涂層的特性涂層的特性硬度Hv導(dǎo)熱系數(shù)cal●適用于整體立銑刀的(Al,Ti)N涂層●根據(jù)用途選擇最適合的涂層與基體材料(硬質(zhì)合金、金屬陶瓷等)，在任何狀態(tài)的切削加工中均能發(fā)揮超群的長壽命。(Al,Ti)NPVD涂層刀片的特征紫羅蘭涂層(Al,Ti)N高硬度、高結(jié)合性、高耐氧化性高韌性、高耐磨損性硬質(zhì)合金VP15TF●適用于整體立銑刀的(Al,Ti)N涂層(Al,Ti)NPCVD與PVD的不同用法

CVD的推薦加工

?刀尖溫度較高的加工

高速加工高進(jìn)給加工大切削深度加工

?加工量大的加工

PVD的推薦加工

?加工面精度較高的加工

?易粘結(jié)的工件材料的加工

?微小切深加工

?低進(jìn)給加工

?需要鋒利刃口的刀具基體CVD涂層基體PVD涂層厚膜薄膜刀尖呈圓形比較鋒利可用Al2O3涂層CVD與PVD的不同用法CVD的推薦加工PVD的推薦加工超微粒硬質(zhì)合金超微粒硬質(zhì)合金與普通的硬質(zhì)合金相比，硬度與韌性平衡，性能優(yōu)異。

硬度?耐磨損性韌性?耐破損性2μm顧名思義，它是由非常細(xì)小的WC粒子構(gòu)成的硬質(zhì)合金。超微粒硬質(zhì)合金超微粒硬質(zhì)合金與普通的硬質(zhì)合金相比，硬度與韌性超微粒硬質(zhì)合金的用途普通鋼及軟鋼、不銹鋼、鑄物、高硬度材料、難切削材料，適用于各種工件材料!!耐磨損性、耐熱性PVD涂層超微粒硬質(zhì)合金超微粒硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度高，多用于整體刀具，而近年來它也應(yīng)用于PVD涂層刀片的基體。應(yīng)用于下述車削加工●切槽…

耐塑性變形性

切螺紋

耐崩刃性●內(nèi)孔加工…

不能提高速度的加工等超微粒硬質(zhì)合金的用途普通鋼及軟鋼、不銹鋼、鑄物、高硬度材料、金屬陶瓷(Cermet)詞語來源陶瓷：Ceramics金屬：Metal硬度韌性Cermet金屬陶瓷(Cermet)詞語來源陶瓷：Ceramics使用涂層中所用的硬質(zhì)物質(zhì)金屬陶瓷的特征TiC：碳化鈦TiN：氮化鈦Ni：鎳(結(jié)合金屬)金屬陶瓷的主要成分TiCTiNFe工件親和性(易結(jié)合性)低不能結(jié)合！加工面美觀！！使用涂層中所用的硬質(zhì)物質(zhì)金屬陶瓷的特征TiC：碳化鈦Ni：鎳金屬陶瓷的高級用法1,表面精度要求較高的鋼、鑄鐵的精加工。2,最適用于易粘結(jié)的軟鋼。3,在使用硬質(zhì)合金或涂層加工、不會發(fā)生崩刃等的鋼切削中，使用金屬陶瓷會使刀具壽命延長。要注意！極力避免斷續(xù)切削黑皮切削會引發(fā)崩刃SUS切削加工時，刀尖溫度升高，引發(fā)刀尖軟化。金屬陶瓷的高級用法1,表面精度要求較高的鋼、鑄鐵的2,最×硬度提高×韌性提高耐破損性提高：硬質(zhì)粒子的細(xì)小化超微粒組織以往材料組織照片耐磨損性提高：高硬度特殊鈦化合物在組織內(nèi)部均一分布超微粒金屬陶瓷×硬度提高×韌性提高耐破損性提高：硬質(zhì)粒子的細(xì)小化超微粒組織

超高壓燒結(jié)體是?超高硬度材料的粉末+金屬粉末+陶瓷粉末在高溫高壓下燒結(jié)的材料金剛石燒結(jié)體CBN燒結(jié)體燒結(jié)體硬質(zhì)合金最適用于淬火鋼、鐵系燒結(jié)合金、鑄鐵等的精加工。難與鐵反應(yīng)，因此可獲得美觀的加工面。最適用于有色金屬、非金屬等的切削。適用于超高速精加工。超高壓燒結(jié)體是?超高硬度材料的粉末+金屬粉末+陶CoatinggradesSANDVIKCoromantHITACHIToolKYOCERASUMITOMOElectricTungaloyMITSUBISHICARBIDEP01P10P20P30P40ISOcodeUE6005UE6005UE6010UC6010UE6020UE6010UC6010UE6020VP15TFVP20MFUE6035US735VP15TFVP20MFUP20MUE6035US735CA110T7005T715XTD915摘自綜合樣本’03–’04AC700GAC700GAC2000AC2000AC3000AC3000AC304CR5025CR9025PR630PR660HC5000GM8020GM25CY15HC843CY20CY25HC844HC844GC3015GC4015GC4025GC1015GC2015LC25GC1020GC2015GC4025GC2035GC4035GC2035PR630CR7015T7020T725XGH330CA525CR600PR630CR7025T9005TD905T725XGH330T335STD930AH330TD930GM8015GM10GM15HC843CoatinggradesSANDVIKCoroman銑削刀具材料的特征銑削刀具材料的特征銑削加工需要的材料特性銑削加工是切削刃處于切削與空轉(zhuǎn)反復(fù)的斷續(xù)加工。切削刃在切削時溫度升高，空轉(zhuǎn)時冷卻，因熱沖擊產(chǎn)生龜裂。fzvf銑削刀具的刀尖耐熱龜裂性高成為很重要的條件。銑削加工需要的材料特性銑削加工是切削刃處于切削與空轉(zhuǎn)反復(fù)的斷銑削刀具使用的材料?與CVD相比耐磨損性差?易破損?不適合復(fù)雜形狀?耐磨損性差?耐磨損性非常差?加工精度低?耐破損性好?加工精度高?切削鋒利性好?耐磨損性非常好?耐粘結(jié)性優(yōu)?加工精度高?價格低?不易彎折高速鋼(HSS)硬質(zhì)合金CVD硬質(zhì)合金PVD硬質(zhì)合金其他還有PCD、CBN、金屬陶瓷等可以使用。銑削刀具使用的材料?耐磨損性非常好高速鋼硬質(zhì)合金CVD硬質(zhì)合高速鋼(HSS,高速鋼)是…為加工鐵而開發(fā)的「比鐵堅硬的鐵」1.非常便宜2.柔軟不易彎折與硬質(zhì)合金相比優(yōu)點1.剛性低、加工精度無保障2.柔軟易磨損缺點HSS的特征高速鋼(HSS,高速鋼)是…為加工鐵而開發(fā)的「比鐵堅硬的鐵為了充分發(fā)揮HSS刀具的特征…1.不能高速加工時2.機(jī)械剛性低時3.想縮減刀具費用時4.要求加工精度不高時…也就是說，僅限于使用通用機(jī)床等進(jìn)行加工時。而且，HSS刀具主要為整體刀具。HSS的特征為了充分發(fā)揮HSS刀具的特征…1.不能高速加工時也就是說銑削加工中使用的硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的特征無涂層產(chǎn)品CVD涂層硬質(zhì)合金PVD涂層硬質(zhì)合金分為：刀片可使用各種涂層，而整體刀具幾乎不使用CVD涂層硬質(zhì)合金。銑削加工中使用的硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的特征無涂層產(chǎn)品分為：刀片可無涂層硬質(zhì)合金的特征硬質(zhì)合金與HSS相比較1.硬度高、耐磨損性優(yōu)異。2.

剛性高，因而加工精度有保障。具有這兩大主要特征?！操|(zhì)合金中還可添加TaC等微量元素，以增強(qiáng)耐熱沖擊性。但是，與HSS相比價格昂貴，因此使用硬質(zhì)合金刀具不能發(fā)揮其優(yōu)點的情況下，不推薦使用硬質(zhì)合金。無涂層硬質(zhì)合金的特征硬質(zhì)合金與HSS相比較1.硬度高、耐磨無涂層硬質(zhì)合金的特征在需要耐磨損性的情況下，在硬質(zhì)合金表面進(jìn)行PVD或CVD涂層，可以更加延長刀具壽命?，F(xiàn)在，為防止粘結(jié)等造成加工面精度差，無涂層硬質(zhì)合金一般用于精加工或有色金屬等工件材料加工。但是，涂層種類不同，特征也有所不同，用途也因此而改變。無涂層硬質(zhì)合金的特征在需要耐磨損性的情況下，在硬質(zhì)合金表面現(xiàn)在硬質(zhì)合金表面，覆蓋數(shù)微米的硬質(zhì)物質(zhì)→硬質(zhì)合金的韌性+硬質(zhì)物質(zhì)的硬度

并存的材料韌性(耐破損性)→良好良好←硬度(耐磨損性)硬質(zhì)合金硬質(zhì)物質(zhì)涂層硬質(zhì)合金但涂層的厚度僅為硬質(zhì)合金基體厚度的0.2%！

(厚度近5mm的刀片上覆蓋10微米硬質(zhì)物質(zhì)層的情況下)

→因此涂層的效果很重要→因此硬質(zhì)合金基體本身的性能也很重要涂層材料在硬質(zhì)合金表面，覆蓋數(shù)微米的硬質(zhì)物質(zhì)韌性(耐破損性)→良好良材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面磨損性2100320025002100自由能※kcal/g?atom耐前刀面磨損性-10-35-50-100導(dǎo)熱系數(shù)W/m?K耐塑性變形性耐熱龜裂性121212929耐氧化性℃耐邊界磨損性50011001200穩(wěn)定對鐵的溶解度%,1250℃耐粘結(jié)性7<0.5-≒0各種涂層物質(zhì)的特性※自由能：分解物質(zhì)時所必需的能量。表示物質(zhì)的穩(wěn)定性。負(fù)數(shù)的值越大越穩(wěn)定。材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面各種硬質(zhì)物質(zhì)材料特點Al2O3

：熱、化學(xué)方面性質(zhì)穩(wěn)定

→切削加工時，對在高溫下的前刀面磨損、

氧化磨損效果顯著TiC/TiN

：室溫下高硬度

→對因機(jī)械摩擦發(fā)生的后刀面磨損效果顯著耐后刀面磨損性硬度(Hv)0-50-100自由能(kcal/gatom1000℃)耐前刀面磨損性35003000250020001000WCTaCTiCHfCTiNHfNTiOAl2O3各種硬質(zhì)物質(zhì)材料特點Al2O3 ：熱、化學(xué)方面性質(zhì)穩(wěn)定耐0.400200400切削速度(m/min)后刀面磨損量(mm)Al2O3TiCN0.20.6TiC工件材料：S45C(HB190)ap=1.5mmf=0.25mm/revT=9minVc<300m/min以下：低溫時硬度TiC,TiCN>Al2O3Vc>400m/min以上：高溫時硬度TiC,TiCN<Al2O3Al2O3的優(yōu)越性（1）0.400200400切削速度(m/min)后刀面磨損量1.0005001000溫度(℃)熱擴(kuò)散率Al2O3TiCN0.5TiCAl2O3在高溫下很難傳導(dǎo)熱高低Al2O3的優(yōu)越性（2）1.0005001000溫度(℃)熱擴(kuò)散率Al2O3TiC100200300140012001000800600400切削速度(m/min)基體表面溫度(℃)硬質(zhì)合金基體Al2O3層0，1，10μm約200℃剪斷力與前刀面摩擦力所做的功產(chǎn)生熱源進(jìn)行的熱計算工件材料：S45Cf=0.25mm/revap=2.0mmdryturningAl2O3：0μmAl2O3：1μmAl2O3：10μmAl2O3的優(yōu)越性（3）假想切削加工計算事例100200300140012001000800600400[(Al,Ti)N]涂層的特性◎?qū)嵯禂?shù)高◎熱膨脹系數(shù)小◎耐氧化性高→特別是耐熱沖擊性強(qiáng)硬度HV導(dǎo)熱系數(shù)cal/cmsec℃熱膨脹系數(shù)×10-6/℃氧化溫度℃29002450(0.25)0.077.09.5800600主要涂層AlTiN化合物TiN膜涂層特性[(Al,Ti)N]涂層的特性◎?qū)嵯禂?shù)高硬度HV導(dǎo)熱系數(shù)◎

涂層結(jié)合力強(qiáng)◎涂層粘附性好◎通過更換原料氣體，在同一批生產(chǎn)中可連續(xù)覆蓋多種物質(zhì)◎可大批量覆蓋熱穩(wěn)定性優(yōu)異的Al2O3◎適用于批量生產(chǎn)×需要高溫條件 →基體有限制(不適用于高速鋼等)×因涂層耐破損性大幅度下降 →×不適用于鋒利刃口 →×有時需要用專用基體CVD法優(yōu)點與缺點（與PVD法比較）◎涂層結(jié)合力強(qiáng)CVD法優(yōu)點與缺點（與PVD法比較）PVD法的優(yōu)點與缺點◎可在較低溫度下進(jìn)行涂層 →◎基體限制少◎不會產(chǎn)生脆化層，因涂層強(qiáng)度下降幅度小 →◎可用于鋒利刃口×涂層結(jié)合力較CVD稍有遜色×涂層粘附性差×不能涂覆熱穩(wěn)定性優(yōu)異的Al2O3×一次生產(chǎn)量不大(與CVD法比較)PVD法的優(yōu)點與缺點◎可在較低溫度下進(jìn)行涂層(與CVD法比CVD與PVD不同用法CVD的推薦加工?刀尖溫度較高的加工

高速加工高進(jìn)給加工大切削深度加工

?加工量大的加工PVD的推薦加工

?加工面精度較高的加工?易粘結(jié)的工件材料的加工?微小切削深度加工?低進(jìn)給加工?需要鋒利刃口的刀具基體CVD涂層基體PVD涂層厚膜薄膜刀尖呈圓形比較鋒利CVD與PVD不同用法CVD的推薦加工PVD的推薦加工基CVD法特性(殘余應(yīng)力)※熱膨脹系數(shù)：表示的是因溫度變化物質(zhì)膨脹收縮的程度。 系數(shù)越大因溫度變化體積變化越大。硬質(zhì)合金基體1000℃：應(yīng)力＝0TiCN冷卻熱膨脹系數(shù)的差(×106/℃)TiC：7.6硬質(zhì)合金：5~6TiC想要收縮但受基體限制20℃：覆膜殘留拉伸應(yīng)力■熱膨脹系數(shù)※[涂層＞基體]■涂層溫度為高溫

↓涂層后冷卻過程中，在涂層表面產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力

(涂層經(jīng)常處于被拉伸，縮緊狀態(tài))→耐破損性差(PVD法是在低溫或物理方法進(jìn)行涂層，與CVD法相反，壓縮應(yīng)力殘留)(突然緊縮狀態(tài))CVD法特性(殘余應(yīng)力)※熱膨脹系數(shù)：表示的是因溫度變化物質(zhì)CVD與PVD強(qiáng)度下降的比較1.00.50-0.5-1.05101520硬質(zhì)合金基體中的Co含量(質(zhì)量%)涂層中的殘余應(yīng)力(GPa)(壓縮應(yīng)力)(拉伸應(yīng)力)CVD(TiN6μm)PVD(TiN6μm)基體：WC-3%TiC-4%TaC-(5-20%)Co4.03.53.02.52.00246涂層厚度(μm)抗彎強(qiáng)度(GPa)CVDPVD1.5■殘余應(yīng)力 CVD拉伸 PVD壓縮■涂層后抗彎強(qiáng)度下降 CVD大幅度下降 PVD下降幅度小CVD與PVD強(qiáng)度下降的比較1.00.50-0.5-1.05刀具材料的特征與使用區(qū)分刀具材料的特征與使用區(qū)分硬質(zhì)合金理想的刀具材料不易磨損(耐磨損性)不易破損（韌性)理想材料金剛石燒結(jié)體涂層高速鋼CBN燒結(jié)體金屬陶瓷涂層高速鋼硬質(zhì)合金理想的刀具材料不易磨損(耐磨損性)不易破損（韌性)理硬質(zhì)合金的三大特點高溫硬度高不易變形不易破損弱點是抗沖擊能力差鋼的3倍鋼的2倍鋼彈性系數(shù)硬質(zhì)合金：6×104kg/mm2鋼

：2×104

kg/mm2壓縮強(qiáng)度硬質(zhì)合金：

500kg/mm2鋼：

250kg/mm2＊注意刀片之間不要相互碰撞！硬質(zhì)合金的三大特點高溫硬度高不易變形不易破損弱點是硬質(zhì)合金使用選擇基準(zhǔn)1958年ISO(InternationalOrganizationforStandardization:國際規(guī)格)規(guī)定了硬質(zhì)合金使用選擇基準(zhǔn)P系列M系列K系列使用分類代號＊不是硬質(zhì)合金材料分類！S系列H系列N系列2003年重新規(guī)定

新增以下三個系列硬質(zhì)合金使用選擇基準(zhǔn)1958年規(guī)定了硬質(zhì)合金使用選擇基準(zhǔn)P系MPK產(chǎn)生連續(xù)切屑的鋼、鑄鋼等工件材料→鋼切削用刀具以鑄鐵為代表的產(chǎn)生非連續(xù)形切屑的工件材料→鑄鐵切削用刀具處于P、K系列中間產(chǎn)生鋸齒狀切屑的工件材料→通用刀具P、M、K的分類基準(zhǔn)碳鋼合金鋼鑄鐵上下振動不銹鋼MPK產(chǎn)生連續(xù)切屑的鋼、鑄鋼等工件材料以鑄鐵為代表的產(chǎn)生非連硬質(zhì)合金的主要成分P、M系列的硬質(zhì)合金的成分是WC-TiC-TaC-Co○WC的特性與Co的結(jié)合強(qiáng)度高、耐沖擊性強(qiáng)。與切屑摩擦過程中易發(fā)生磨損。●TiC的特性硬度高、熱穩(wěn)定性好、不易熔敷。與Co的結(jié)合強(qiáng)度、熱沖擊方面比WC遜色。K系列的硬質(zhì)合金的成分是WC-Co因振動產(chǎn)生沖擊的切削加工時使用WC-Co產(chǎn)生高熱的切削加工時使用WC-TiC-TaC-Co適用于P、M、K工件材料的硬質(zhì)合金(1)粘結(jié)硬質(zhì)合金的主要成分P、M系列的硬質(zhì)合金的成分是WC-TiC-

P系列材料發(fā)生破損、異常磨損鑄鐵的切削因切屑破碎時產(chǎn)生振動，容易發(fā)生崩刃等異常損傷。K系列材料不會出現(xiàn)較大損傷易發(fā)生前刀面磨損K系列材料鋼的切削因產(chǎn)生切削熱，容易發(fā)生前刀面磨損(磨損)。P,M系列材料要注意：一定不要弄錯！耐熱性好、可抑制前刀面磨損。適用于P，M，K工件材料的硬質(zhì)合金(2)P系列材料發(fā)生破損、異常鑄鐵的切削K系列材料不會出現(xiàn)較大損在硬質(zhì)合金表面，覆蓋數(shù)微米的硬質(zhì)物質(zhì)→硬質(zhì)合金的韌性+硬質(zhì)物質(zhì)的硬度

并存的材料韌性(耐破損性)→良好良好←硬度(耐磨損性)硬質(zhì)合金硬質(zhì)物質(zhì)涂層硬質(zhì)合金但涂層的厚度僅為硬質(zhì)合金基體厚度的0.2%！

(厚度近5mm的刀片上覆蓋10微米硬質(zhì)物質(zhì)層的情況下)

→因此涂層的效果很重要→因此硬質(zhì)合金基體本身的性能也很重要涂層材料在硬質(zhì)合金表面，覆蓋數(shù)微米的硬質(zhì)物質(zhì)韌性(耐破損性)→良好良CVD與PVD涂層涂層的種類涂層(Coating)在硬質(zhì)合金表面覆蓋硬質(zhì)物質(zhì)的表層化學(xué)汽相沉積法(C.V.D.法)物理汽相沉積法(P.V.D法)TiN：氮化鈦特殊Ti化合物積層Al2O3：氧化鋁TiCN：碳氮化鈦涂層物質(zhì)Ti化合物(Ti,Al)N系化合物(Al,Ti)N系化合物TiNCVD與PVD涂層涂層的種類涂層在硬質(zhì)合金表面覆蓋硬質(zhì)物質(zhì)的19601970198019902000↑1920年WC-Co↑1930年WC-TiC-TaC-Co(代)第1代第2代第3代第4代第5代

(構(gòu)成)單層(TiC,TiN等)雙層(TiC-Al2O3等)多層(TiC-TiCN-TiC-Al2O3-TiN等)強(qiáng)韌厚膜(TiCN-Al2O3-TiN等)進(jìn)一步厚膜化(15~20μm)(CVD硬質(zhì)合金)

(PVD硬質(zhì)合金)(構(gòu)成)TiNTiCN-TiN(Ti,Al)N(Al,Ti)N涂層材料的演變19601970198019902000↑1920年WC-各種涂層方法的特征

CVD

PVD

ChemicalVaporDeposition PhysicalVaporDeposition原理

化學(xué)（氣體）

物理（離子)能量

熱

電反應(yīng)溫度 通常約1000℃左右 通常500-700℃以下(用途)車削用刀片 ◎ ○銑削用刀片 ◎ ◎立銑刀 ×~△ ◎鉆頭× ◎(特征)

有Al2O3層

耐破損性好

(耐熱性好)各種涂層方法的特征 CVD材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面磨損性2100320025002100自由能※kcal/g?atom耐前刀面磨損性-10-35-50-100導(dǎo)熱系數(shù)W/m?K耐塑性變形性耐熱龜裂性121212929耐氧化性℃耐邊界磨損性50011001200穩(wěn)定對鐵的溶解度%,1250℃耐粘結(jié)性7<0.5-≒0各種涂層物質(zhì)的特性※自由能：分解物質(zhì)時所必需的能量。表示物質(zhì)的穩(wěn)定性。負(fù)數(shù)的值越大越穩(wěn)定。材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面耐后刀面磨損性硬度(Hv)0-50-100自由能＊(kcal/gatom1000℃)耐前刀面磨損性35003000250020001000WCTaCTiCHfCTiNHfNTiOAl2O3Al2O3

：熱、化學(xué)方面性質(zhì)穩(wěn)定

→切削加工時，對在高溫下的前刀面磨損、氧化磨損效果顯著TiC/TiN：室溫下高硬度

→對因機(jī)械摩擦發(fā)生的后刀面磨損效果顯著＊自由能：分解物質(zhì)時所必需的能量。表示物質(zhì)的穩(wěn)定性。負(fù)數(shù)的值越大越穩(wěn)定。CVD涂層物質(zhì)的特點耐后刀面磨損性硬度(Hv)0-50-100自由能＊(kc0.400200400切削速度(m/min)后刀面磨損量(mm)Al2O3TiCN0.20.6TiC工件材料：S45C(HB190)ap=1.5mmf=0.25mm/revT=9minVc<300m/min以下：低溫時的硬度TiC,TiCN>Al2O3Vc>400m/min以上：高溫時的硬度TiC,TiCN<Al2O3Al2O3的優(yōu)越性（1）陶瓷單質(zhì)（燒結(jié)體）的耐磨損性比較0.400200400切削速度(m/min)后刀面磨損量(m※熱擴(kuò)散率：溫度變化時熱量擴(kuò)散的程度。與導(dǎo)熱系數(shù)成比例。1.0005001000溫度(℃)熱擴(kuò)散率Al2O3TiCN0.5TiCAl2O3在高溫下很難傳導(dǎo)熱高低陶瓷單質(zhì)(燒結(jié)體)的熱擴(kuò)散率※Al2O3的優(yōu)越性（2）※熱擴(kuò)散率：溫度變化時熱量擴(kuò)散的程度。與導(dǎo)熱系數(shù)成比例。1.假想切削加工事例100200300140012001000800600400切削速度(m/min)基體表面溫度(℃)硬質(zhì)合金基體Al2O3層0，1，10μm約200℃剪斷力與前刀面摩擦力所做的功產(chǎn)生熱源進(jìn)行的熱計算工件材料：S45Cf=0.25mm/revap=2.0mmdryturningAl2O3：0μmAl2O3：1μmAl2O3：10μmAl2O3的優(yōu)越性（3）假想切削加工事例1002003001400120010008C.V.D.涂層的構(gòu)造硬質(zhì)合金基體特殊鈦化合物積層微粒氧化鋁強(qiáng)韌特殊碳氮化鈦超強(qiáng)韌表面涂層硬質(zhì)合金系列的事例C.V.D.涂層的構(gòu)造硬質(zhì)合金基體特殊鈦化合物積層微粒氧涂層的作用專用硬質(zhì)合金基體超強(qiáng)韌表面強(qiáng)韌特殊碳氮化鈦(TiCN)微粒氧化鋁(Al2O3)特殊鈦化合物積層耐粘結(jié)性耐粘結(jié)性耐前刀面磨損性耐后刀面磨損性耐前刀面磨損性耐破損性耐變形性耐磨損性涂層的作用專用硬質(zhì)合金基體超強(qiáng)韌表面強(qiáng)韌特殊微粒氧化鋁特殊P.V.D.涂層的構(gòu)造任意基體(硬質(zhì)合金，金屬陶瓷，高速鋼)(Al,Ti)N系化合物(鋁鈦

滲氮系化合物)VP涂層的事例P.V.D.涂層的構(gòu)造任意基體(Al,Ti)N系化合物VP(Al,Ti)N涂層的特性涂層的特性硬度Hv導(dǎo)熱系數(shù)cal/cmsec℃熱膨脹系數(shù)×10-6/℃氧化溫度℃24002450(0.25)0.077.09.5800600主要涂層(Al,Ti)N化合物TiN膜◎?qū)嵯禂?shù)高◎熱膨脹系數(shù)小◎耐氧化性高→特別是耐熱沖擊性強(qiáng)(Al,Ti)N涂層的特性涂層的特性硬度Hv導(dǎo)熱系數(shù)cal●適用于整體立銑刀的(Al,Ti)N涂層●根據(jù)用途選擇最適合的涂層與基體材料(硬質(zhì)合金、金屬陶瓷等)，在任何狀態(tài)的切削加工中均能發(fā)揮超群的長壽命。(Al,Ti)NPVD涂層刀片的特征紫羅蘭涂層(Al,Ti)N高硬度、高結(jié)合性、高耐氧化性高韌性、高耐磨損性硬質(zhì)合金VP15TF●適用于整體立銑刀的(Al,Ti)N涂層(Al,Ti)NPCVD與PVD的不同用法

CVD的推薦加工

?刀尖溫度較高的加工

高速加工高進(jìn)給加工大切削深度加工

?加工量大的加工

PVD的推薦加工

?加工面精度較高的加工

?易粘結(jié)的工件材料的加工

?微小切深加工

?低進(jìn)給加工

?需要鋒利刃口的刀具基體CVD涂層基體PVD涂層厚膜薄膜刀尖呈圓形比較鋒利可用Al2O3涂層CVD與PVD的不同用法CVD的推薦加工PVD的推薦加工超微粒硬質(zhì)合金超微粒硬質(zhì)合金與普通的硬質(zhì)合金相比，硬度與韌性平衡，性能優(yōu)異。

硬度?耐磨損性韌性?耐破損性2μm顧名思義，它是由非常細(xì)小的WC粒子構(gòu)成的硬質(zhì)合金。超微粒硬質(zhì)合金超微粒硬質(zhì)合金與普通的硬質(zhì)合金相比，硬度與韌性超微粒硬質(zhì)合金的用途普通鋼及軟鋼、不銹鋼、鑄物、高硬度材料、難切削材料，適用于各種工件材料!!耐磨損性、耐熱性PVD涂層超微粒硬質(zhì)合金超微粒硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度高，多用于整體刀具，而近年來它也應(yīng)用于PVD涂層刀片的基體。應(yīng)用于下述車削加工●切槽…

耐塑性變形性

切螺紋

耐崩刃性●內(nèi)孔加工…

不能提高速度的加工等超微粒硬質(zhì)合金的用途普通鋼及軟鋼、不銹鋼、鑄物、高硬度材料、金屬陶瓷(Cermet)詞語來源陶瓷：Ceramics金屬：Metal硬度韌性Cermet金屬陶瓷(Cermet)詞語來源陶瓷：Ceramics使用涂層中所用的硬質(zhì)物質(zhì)金屬陶瓷的特征TiC：碳化鈦TiN：氮化鈦Ni：鎳(結(jié)合金屬)金屬陶瓷的主要成分TiCTiNFe工件親和性(易結(jié)合性)低不能結(jié)合！加工面美觀??！使用涂層中所用的硬質(zhì)物質(zhì)金屬陶瓷的特征TiC：碳化鈦Ni：鎳金屬陶瓷的高級用法1,表面精度要求較高的鋼、鑄鐵的精加工。2,最適用于易粘結(jié)的軟鋼。3,在使用硬質(zhì)合金或涂層加工、不會發(fā)生崩刃等的鋼切削中，使用金屬陶瓷會使刀具壽命延長。要注意！極力避免斷續(xù)切削黑皮切削會引發(fā)崩刃SUS切削加工時，刀尖溫度升高，引發(fā)刀尖軟化。金屬陶瓷的高級用法1,表面精度要求較高的鋼、鑄鐵的2,最×硬度提高×韌性提高耐破損性提高：硬質(zhì)粒子的細(xì)小化超微粒組織以往材料組織照片耐磨損性提高：高硬度特殊鈦化合物在組織內(nèi)部均一分布超微粒金屬陶瓷×硬度提高×韌性提高耐破損性提高：硬質(zhì)粒子的細(xì)小化超微粒組織

超高壓燒結(jié)體是?超高硬度材料的粉末+金屬粉末+陶瓷粉末在高溫高壓下燒結(jié)的材料金剛石燒結(jié)體CBN燒結(jié)體燒結(jié)體硬質(zhì)合金最適用于淬火鋼、鐵系燒結(jié)合金、鑄鐵等的精加工。難與鐵反應(yīng)，因此可獲得美觀的加工面。最適用于有色金屬、非金屬等的切削。適用于超高速精加工。超高壓燒結(jié)體是?超高硬度材料的粉末+金屬粉末+陶CoatinggradesSANDVIKCoromantHITACHIToolKYOCERASUMITOMOElectricTungaloyMITSUBISHICARBIDEP01P10P20P30P40ISOcodeUE6005UE6005UE6010UC6010UE6020UE6010UC6010UE6020VP15TFVP20MFUE6035US735VP15TFVP20MFUP20MUE6035US735CA110T7005T715XTD915摘自綜合樣本’03–’04AC700GAC700GAC2000AC2000AC3000AC3000AC304CR5025CR9025PR630PR660HC5000GM8020GM25CY15HC843CY20CY25HC844HC844GC3015GC4015GC4025GC1015GC2015LC25GC1020GC2015GC4025GC2035GC4035GC2035PR630CR7015T7020T725XGH330CA525CR600PR630CR7025T9005TD905T725XGH330T335STD930AH330TD930GM8015GM10GM15HC843CoatinggradesSANDVIKCoroman銑削刀具材料的特征銑削刀具材料的特征銑削加工需要的材料特性銑削加工是切削刃處于切削與空轉(zhuǎn)反復(fù)的斷續(xù)加工。切削刃在切削時溫度升高，空轉(zhuǎn)時冷卻，因熱沖擊產(chǎn)生龜裂。fzvf銑削刀具的刀尖耐熱龜裂性高成為很重要的條件。銑削加工需要的材料特性銑削加工是切削刃處于切削與空轉(zhuǎn)反復(fù)的斷銑削刀具使用的材料?與CVD相比耐磨損性差?易破損?不適合復(fù)雜形狀?耐磨損性差?耐磨損性非常差?加工精度低?耐破損性好?加工精度高?切削鋒利性好?耐磨損性非常好?耐粘結(jié)性優(yōu)?加工精度高?價格低?不易彎折高速鋼(HSS)硬質(zhì)合金CVD硬質(zhì)合金PVD硬質(zhì)合金其他還有PCD、CBN、金屬陶瓷等可以使用。銑削刀具使用的材料?耐磨損性非常好高速鋼硬質(zhì)合金CVD硬質(zhì)合高速鋼(HSS,高速鋼)是…為加工鐵而開發(fā)的「比鐵堅硬的鐵」1.非常便宜2.柔軟不易彎折與硬質(zhì)合金相比優(yōu)點1.剛性低、加工精度無保障2.柔軟易磨損缺點HSS的特征高速鋼(HSS,高速鋼)是…為加工鐵而開發(fā)的「比鐵堅硬的鐵為了充分發(fā)揮HSS刀具的特征…1.不能高速加工時2.機(jī)械剛性低時3.想縮減刀具費用時4.要求加工精度不高時…也就是說，僅限于使用通用機(jī)床等進(jìn)行加工時。而且，HSS刀具主要為整體刀具。HSS的特征為了充分發(fā)揮HSS刀具的特征…1.不能高速加工時也就是說銑削加工中使用的硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的特征無涂層產(chǎn)品CVD涂層硬質(zhì)合金PVD涂層硬質(zhì)合金分為：刀片可使用各種涂層，而整體刀具幾乎不使用CVD涂層硬質(zhì)合金。銑削加工中使用的硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的特征無涂層產(chǎn)品分為：刀片可無涂層硬質(zhì)合金的特征硬質(zhì)合金與HSS相比較1.硬度高、耐磨損性優(yōu)異。2.

剛性高，因而加工精度有保障。具有這兩大主要特征?！操|(zhì)合金中還可添加TaC等微量元素，以增強(qiáng)耐熱沖擊性。但是，與HSS相比價格昂貴，因此使用硬質(zhì)合金刀具不能發(fā)揮其優(yōu)點的情況下，不推薦使用硬質(zhì)合金。無涂層硬質(zhì)合金的特征硬質(zhì)合金與HSS相比較1.硬度高、耐磨無涂層硬質(zhì)合金的特征在需要耐磨損性的情況下，在硬質(zhì)合金表面進(jìn)行PVD或CVD涂層，可以更加延長刀具壽命?，F(xiàn)在，為防止粘結(jié)等造成加工面精度差，無涂層硬質(zhì)合金一般用于精加工或有色金屬等工件材料加工。但是，涂層種類不同，特征也有所不同，用途也因此而改變。無涂層硬質(zhì)合金的特征在需要耐磨損性的情況下，在硬質(zhì)合金表面現(xiàn)在硬質(zhì)合金表面，覆蓋數(shù)微米的硬質(zhì)物質(zhì)→硬質(zhì)合金的韌性+硬質(zhì)物質(zhì)的硬度

并存的材料韌性(耐破損性)→良好良好←硬度(耐磨損性)硬質(zhì)合金硬質(zhì)物質(zhì)涂層硬質(zhì)合金但涂層的厚度僅為硬質(zhì)合金基體厚度的0.2%！

(厚度近5mm的刀片上覆蓋10微米硬質(zhì)物質(zhì)層的情況下)

→因此涂層的效果很重要→因此硬質(zhì)合金基體本身的性能也很重要涂層材料在硬質(zhì)合金表面，覆蓋數(shù)微米的硬質(zhì)物質(zhì)韌性(耐破損性)→良好良材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面磨損性2100320025002100自由能※kcal/g?atom耐前刀面磨損性-10-35-50-100導(dǎo)熱系數(shù)W/m?K耐塑性變形性耐熱龜裂性121212929耐氧化性℃耐邊界磨損性50011001200穩(wěn)定對鐵的溶解度%,1250℃耐粘結(jié)性7<0.5-≒0各種涂層物質(zhì)的特性※自由能：分解物質(zhì)時所必需的能量。表示物質(zhì)的穩(wěn)定性。負(fù)數(shù)的值越大越穩(wěn)定。材料特性切削特性WCTiCTiNAl2O3硬度HV耐后刀面各種硬質(zhì)物質(zhì)材料特點Al2O3

：熱、化學(xué)方面性質(zhì)穩(wěn)定

→切削加工時，對在高溫下的前刀面磨損、

氧化磨損效果顯著TiC/TiN

：室溫下高硬度

→對因機(jī)械摩擦發(fā)生的后刀面磨損效果顯著耐后刀面磨損性硬度(Hv)0-50-100自由能(kcal/gatom1000℃)耐前刀面磨損性35003000250020001000WCTaCTiCHfCTiNHfNTiOAl2O3各種硬質(zhì)物質(zhì)材料特點Al2O3