金属切削刀具材料特性

　　【编者按】金属切削刀具材料特性是金属切削刀具必须能在切削高温下同时保持高硬度（或高屈服强度）和高断裂强度。【参阅高速铣刀安全性技术措施】

　　（1）高温强度

　　金属切削刀具必须能在切削高温下同时保持高硬度（或高屈服强度）和高断裂强度。在断续切削时，后者尤其重要。高导热率也是刀具应该具备的一项特性，因为它可以减轻刀具材料局部热软化的倾向。

　　碳化物、氮化物和氧化物的高耐热性，表明了它们作为保护性PVD或CVD薄涂层的潜能，而当它们以微小颗粒的形式存在于刀具材料中时，也具有显著的强化作用。然而，它们作为强化元素存在于工件材料中的情况也很常见，在这种情况下，它们会加剧刀具的磨粒磨损。

　　（2）断裂强度与硬度

　　高硬度与高脆性是联系在一起的，对金属材料进行强化（如经过马氏体淬硬、硬质颗粒弥散等处理而获得高速钢）通常会导致材料的断裂强度降低。

　　高速钢刀具适合加工的常见工件材料

　　一般来说，用高速钢刀具切削加工的工件材料的宏观硬度都要低于刀具硬度。然而，许多工件材料中包含的一些成分（如碳化物、氮化物和氧化物）的硬度（HV1500－3000）和耐热性都要高于高速钢刀具基体，并会通过磨蚀加快刀具失效。在切屑形成过程中，工件材料的高韧性、大的断裂伸长率（延展性）和加工硬化能力都会导致产生切削高温。而高温会降低高速钢刀具的强度，同时还会加剧刀具与工件材料之间的化学反应，增大形成金属间相的可能性。这将增大刀具与工件材料之间的摩擦，从而进一步加剧这种不利状况。

　　在比较刀具材料与工件材料的机械性能时，必须考虑的另一个事实是，切屑的形成通常是在极高的剪切率下发生的。考虑到很高的应变率，工件材料曲线会上升，从而使碳钢相应的RT硬度可以与切削刃在其工作温度下的硬度很好地匹配。在断续切削时，当温度很高的切削刃突然切入冷的工件材料时，需要特别注意这种情况。

　　刀具磨损的类型

　　以正交切削作为研究模型，高速钢刀具磨损的一般特征包括月牙洼磨损、后刀面磨损、刀尖磨损、刃口崩刃、刻划磨损等。刀具的切削性能主要取决于切削方式、切削参数、工件材料和刀具材料，它还会受到刀尖磨损、后刀面磨损、月牙洼磨损、刃口崩刃或这些因素共同作用的制约。取决于同样这些参数，刀具磨损或者以磨粒磨损的方式逐渐发生；或者通过产生塑性变形的粘结磨损方式；或者通过离散断裂机制，造成刀具材料越来越多的分散丧失；或者是通过这些机制的综合作用。下面，我们分别利用一些使用过的高速钢滚刀的扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜（OM）显微照片，举例说明各类磨损机制。

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