始于足下:HSS ，硬质合金，涂层刀具百科资料与做刀参考资料

HSS ，硬质合金，涂层刀具百科资料与做刀参考资料

　　高速钢High Speed Steels

　　又名风钢或锋钢，意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利。它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒、钴等碳化物形成元素。合金元素总量达10～25%左右。它在高速切削产生高热情况下(约500℃)仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。这就是高速钢最主要的特性——红硬性。而碳素工具钢经淬火和低温回火后，在室温下虽有很高的硬度，但当温度高于200℃时，硬度便急剧下降，在500℃硬度已降到与退火状态相似的程度，完全丧失了切削金属的能力，这就限制了碳素工具钢制作切削工具用。而高速钢由于红硬性好，弥补了碳素工具钢的致命缺点，可以用来制造切削工具。

　　高速钢的热处理工艺较为复杂，必须经过退火、淬火、回火等一系列过程。退火的目的是消除应力，降低硬度，使显微组织均匀，便于淬火。退火温度一般为860～880℃。淬火时由于它的导热性差一般分两阶段进行。先在800～850℃预热(以免引起大的热应力)，然后迅速加 热到淬火温度1190～1290℃（不同牌号实际使用时温度有区别），后油冷或空冷或充气体冷却。工厂均采用盐炉加热，现真空炉使用也相当广泛。淬火后因内部组织还保留一部分(约30%)残余奥氏体没有转变成马氏体，影响了高速钢的性能。为使残余奥氏体转变，进一步提高硬度和耐磨性，一般要进行2～3次回火，回火温度560℃，每次保温1小时。

　　(1)生产制造方法：通常采用电炉生产，近来曾采用粉末冶金方法生产高速钢，使碳化物呈极细小的颗粒均匀地分布在基体上，提高了使用寿命。

　　(2)用途：用于制造各种切削工具。如车刀、钴头、滚刀、机用锯条及要求高的模具等。

　高速钢一般不做抗拉强度检验，而以金相、硬度检验为主。钨系和钼系高速钢经正确的热处理后，洛氏硬度能达到63以上，钴系高速钢在65以上。钢材的酸浸低倍组织不得有肉眼可见的缩孔 、翻皮。中心疏松，一般疏松应小于1级。金相检验的内容主要包括脱碳层、显微组织和碳化物不均匀度3个项目。高速钢不应有明显的脱碳。显微组织不得有鱼骨状共晶莱氏体存在。高速钢中碳化物不均匀度对质量影响最大，目前冶金和机械部门对碳化物不均匀度的级别 十分重视。根据钢的不同用途可对碳化物不均匀度提出不同的级别要求，通常情况下应小于3级。用高速钢制造切削工具，除因其具有高硬度、高耐磨性和足够的韧性之外，还有一个重要因素是具有红硬性。红硬性是指刀具在高速切削时，刀刃在红热状态下抵抗软化的能力。一种衡量红硬性的方法是先把钢加热至580～650℃，保温1小时,然后冷却,这样反复4次后测量其硬度值。 高速钢的淬火温度一般均接近钢的熔点，如钨系高速钢为1210～1240℃，高钼系高速钢为1180～1210℃。淬火后一般需在 540～560℃之间回火3次。提高淬火温度可以增加钢的红硬性。为了提高高速钢刀具的使用寿命，可对其表面进行强化处理，如低温氰化、氮化、硫氮共渗等。

硬质合金

[编辑本段]硬质合金名词解释
　　拼音：yìngzhìhéjīn
　　英文：cemented carbide
　　硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。
　　ⅣB、ⅤB、ⅥB族金属的碳化物、氮化物、硼化物等，由于硬度和熔点特别高，统称为硬质合金。下面以碳化物为重点来说明硬质含金的结构、特征和应用。
　　ⅣA、ⅤA、ⅥA族金属与碳形成的金属型碳化物中，由于碳原子半径小，能填充于金属品格的空隙中并保留金属原有的晶格形式，形成间充固溶体。在适当条件下，这类固溶体还能继续溶解它的组成元素，直到达到饱和为止。因此，它们的组成可以在一定范围内变动（例如碳化钛的组成就在TiC0.5～TiC之间变动），化学式不符合化合价规则。当溶解的碳含量超过某个极限时（例如碳化钛中Ti︰C＝1︰1），晶格型式将发生变化，使原金属晶格转变成另一种形式的金属晶格，这时的间充固溶体叫做间充化合物。
　　金属型碳化物，尤其是ⅣB、ⅤB、ⅥB族金属碳化物的熔点都在3273K以上，其中碳化铪、碳化钽分别为4160K和4150K，是当前所知道的物质中熔点最高的。大多数碳化物的硬度很大，它们的显微硬度大于1800kg•mm2（显微硬度是硬度表示方法之一，多用于硬质合金和硬质化合物，显微硬度1800kg•mm2相当于莫氏一金刚石一硬度9）。许多碳化物高温下不易分解，抗氧化能力比其组分金属强。碳化钛在所有碳化物中热稳定性最好，是一种非常重要的金属型碳化物。然而，在氧化气氛中，所有碳化物高温下都容易被氧化，可以说这是碳化物的一大弱点。
　　除碳原子外，氮原子、硼原子也能进入金属晶格的空隙中，形成间充固溶体。它们与间充型碳化物的性质相似，能导电、导热、熔点高、硬度大，同时脆性也大。
　　硬质合金的基体由两部分组成：一部分是硬化相；另一部分是粘结金属。
　　硬化相是元素周期表中过渡金属的碳化物，如碳化钨、碳化钛、碳化钽，它们的硬度很高，熔点都在2000℃以上，有的甚至超过4000℃。另外，过渡金属的氮化物、硼化物、硅化物也有类似的特性，也可以充当硬质合金中的硬化相。硬化相的存在决定了合金具有极高硬度和耐磨性。
　　粘结金属一般是铁族金属，常用的是钴和镍。
　　制造硬质合金时，选用的原料粉末粒度在1～2微米之间，且纯度很高。原料按规定组成比例进行配料，加进酒精或其他介质在湿式球磨机中湿磨，使它们充分混合、粉碎，经干燥、过筛后加入蜡或胶等一类的成型剂，再经过干燥、过筛制得混合料。然后，把混合料制粒、压型，加热到接近粘结金属熔点（1300～1500℃）的时候，硬化相与粘结金属便形成共晶合金。经过冷却，硬化相分布在粘结金属组成的网格里，彼此紧密地联系在一起，形成一个牢固的整体。硬质合金的硬度取决于硬化相含量和晶粒粒度，即硬化相含量越高、晶粒越细，则硬度也越大。硬质合金的韧性由粘结金属决定，粘结金属含量越高，抗弯强度越大。
　　1923年，德国的施勒特尔往碳化钨粉末中加进10％～20％的钴做粘结剂，发明了碳化钨和钴的新合金，硬度仅次于金刚石，这是世界上人工制成的第一种硬质合金。用这种合金制成的刀具切削钢材时，刀刃会很快磨损，甚至刃口崩裂。1929年美国的施瓦茨科夫在原有成分中加进了一定量的碳化钨和碳化钛的复式碳化物，改善了刀具切削钢材的性能。这是硬质合金发展史上的又一成就。
　　硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的数百倍。
　　硬质合金还可用来制作凿岩工具、采掘工具、钻探工具、测量量具、耐磨零件、金属磨具、汽缸衬里、精密轴承、喷嘴等。
　　近二十年来，涂层硬质合金也问世了。1969年瑞典研制成功了碳化钛涂层刀具，刀具的基体是钨钛钴硬质合金或钨钴硬质合金，表面碳化钛涂层的厚度不过几微米，但是与同牌号的合金刀具相比，使用寿命延长了3倍，切削速度提高25％～50％。20世纪70年代已出现第四代涂层工具，可用来切削很难加工的材料。
　　硬质合金是怎样烧结而成的？
　　答硬质合金是将这种或多种难熔金属的碳化物和粘接剂金属，用粉末冶金方法制成的金属材料。
　　主要生产国家
　　世界上有50多个国家生产硬质合金，总产量可达27000～28000t-，主要生产国有美国、俄罗斯、瑞典、中 国、德国、日本、英国、法国等，世界硬质合金市场基本处于饱和状态，市场竞争十分激烈。中 国硬质合金工业是50年代末期开始形成的，60～70年代中 国硬质合金工业得到了迅速发展，90年代初中 国硬质合金总生产能力达6000t，硬质合金总产量达5000t，仅次于俄罗斯和美国，居世界第3位。

硬质合金

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硬质合金-分类与牌号　　
WC刀具


　　①钨钴类硬质合金


　　主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。


　　其牌号是由“YG”（“硬、钴”两字汉语拼音字首）和平均含钴量的百分数组成。


　　例如，YG8，表示平均WCo＝8％，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。


　　
TIC刀具


　　②钨钛钴类硬质合金


　　主要成分是碳化钨、碳化钛（TiC）及钴。


　　其牌号由“YT”（“硬、钛”两字汉语拼音字首）和碳化钛平均含量组成。


　　例如，YT15，表示平均WTi＝15％，其余为碳化钨和钴含量的钨钛钴类硬质合金。


　　
钨钛钽刀具


　　③钨钛钽（铌）类硬质合金


　　主要成分是碳化钨、碳化钛、碳化钽（或碳化铌）及钴。这类硬质合金又称通用硬质合金或万能硬质合金。


　　其牌号由“YW”（“硬”、“万”两字汉语拼音字首）加顺序号组成，如 YW1
硬质合金-性能特点　　
硬质合金焊接刀片


　　硬度高（86～93HRA，相当于69～81HRC）；


　　热硬性好（可达900～1000℃，保持60HRC）；


　　耐磨性好。


　　硬质合金刀具比高速钢切削速度高4～7倍，刀具寿命高5～80倍。制造模具、量具，寿命比合金工具钢高 20～150倍。可切削50HRC左右的硬质材料。


　　但硬质合金脆性大，不能进行切削加工，难以制成形状复杂的整体刀具，因而常制成不同形状的刀片，采用焊接、粘接、机械夹持等方法安装在刀体或模具体上使用，相关人才较多集中在钢铁英才网。

涂层刀具

涂层刀具
　　涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物(也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而获得的。涂层作为一个化学屏障和热屏障， 涂层刀具的构成
减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了月牙槽磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低等特性，切削时可比未涂层刀具提高刀具寿命3~5倍以上，提高切削速度20%~70%，提高加工精度0.5~1级，降低刀具消耗费用20%~50%。因此，涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在刀具中的使用比例已超过50%。目前，切削加工中使用的各种刀具，包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。

　　涂层刀具有四种：涂层高速钢刀具，涂层硬质合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料(金刚石或立方氮化硼)刀片上的涂层刀具。但以前两种涂层刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂层是硬度较基体低的材料，目的是为了提高刀片表面的断裂韧度(可提高10%以上)，可减少刀片的崩刃及破损，扩大应用范围。

　　涂层方法

　　目前生产上常用的涂层方法有两种：物理气相沉积(PVD) 法和化学气相沉积(CVD) 法。前者沉积温度为500℃，涂层厚度为2~5µm；后者的沉积温度为900℃~1100℃，涂层厚度可达5~10µm，并且设备简单，涂层均匀。因PVD法未超过高速钢本身的回火温度，故高速钢刀具一般采用PVD法，硬质合金大多采用CVD法。硬质合金用CVD法涂层时，由于其沉积温度高，故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(η相)，导致刀片脆性破裂。 涂层刀具的各个层面
近十几年来，随着涂覆技术的进步，硬质合金也可采用PVD法。国外还用PVD/CVD相结合的技术，开发了复合的涂层工艺，称为PACVD法(等离子体化学气相沉积法)。即利用等离子体来促进化学反应，可把涂覆温度降至400℃以下(目前涂覆温度已可降至180℃~200℃)，使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应，可保持刀片原有的韧性。据报道，这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼(CBN)超硬涂层特别有效。

　　用CVD法涂层时，切削刃需预先进行钝化处理(钝圆半径一般为0.02~0.08mm，切削刃强度随钝圆半径增大而提高)，故刃口没有未涂层刀片锋利。所以，对精加工产生薄切屑、要求切削刃锋利的刀具应采用PVD法。涂层除可涂覆在普通切削刀片上外，还可涂覆到整体刀具上，目前已发展到涂覆在焊的硬质合金刀具上。据报道，国外某公司在焊接式的硬质合金钻头上采用了PCVD法，结果使加工钢料时的钻头寿命比高速钢钻头长10倍，效率提高5倍。

　　金刚公司推出的各种新型涂层

　　涂　层 颜　色 硬　度HV 厚　度µm 摩擦系数 最高使用温度℃ 说　明

　　ZrCN复合 兰灰 2500 1-4 0.3 550 通用性强

　　TiN单层 金黄 2300 1-4 0.4 500 高性价比涂层

　　TiAlN复合 紫色 3200 1-4 0.5 800 通用性强

　　AlTiN复合 黑 3400 1-4 0.5 900 高速、高硬度加工

　　TiAlCrN 亚黑 3500 1-4 0.6 1000 特殊加工领域

　　TiCN渐层 灰黑 3000 1-4 0.4 400 高韧性通用涂层

　　CrN渐层 银亮 2000 3-15 0.5 700 适用加工铜、钛、模具

　　DLC 黑彩 1000~4000 0.5-2 0.05 400 适用于有色金属、石墨、塑胶

　　涂层材料

　　涂层材料须具有硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、不与工件材料发生化学反应、耐热耐氧化、摩擦因数低，以及与基体附着牢固等要求。显然，单一的涂层材料很难满足上述各项要求。所以硬质涂层材料已由最初只能涂单一的TiC、TiN、Al2O3，进入到开发厚膜、复合和多元涂层的新阶段。新开发的TiCN、TiAlN、TiAlN多元、超薄、超多层涂层与TiC、TiN、Al2O3等涂层的复合，加上新型的抗塑性变形基体，在改善涂层的韧性、涂层与基体的结合强度、提高涂层耐磨性方面有了重大进展。目前，又突破了在硬质合金基体上涂覆金刚石薄膜技术，全面提高了刀具的性能。

　　工艺最成熟和应用最广泛的硬质涂层材料是TiN，但TiN与基体结合强度不及TiC涂层，涂层易剥落，且硬度也不如TiC高，在切削温度较高时膜层易氧化而被烧蚀。TiC涂层有较高的硬度与耐磨性，抗氧化性也好，但其性脆，不耐冲击。TiCN兼有TiC和TiN两种材料的优点，它在涂覆过程中可通过连续改变C、N的成份控制TiCN性质，并形成不同成份的多层结构，可降低涂层的内应力，提高韧性，增加涂层的厚度，阻止裂纹的扩展，减少崩刃。所以，目前生产的一些刀片，如瑞典Sandvik公司推荐用于加工钢料的GC4000系列刀片、中 国株洲硬质合金厂生产的CN系列刀片、日本东芝公司的T715X和T725X涂层刀片中均有TiCN涂层成份。TiCN基涂层适于加工普通钢、合金钢、不锈钢和耐磨铸铁等材料，用它加工工件时的材料切除率可提高2~3倍。

　　 涂层刀具新工艺
TiAlN、CrN、TiAlCrN是近几年来开发的硬质涂层新材料。TiAlN涂层刀片已商品化。它的化学稳定性和抗氧化磨损性能好，用其加工高合金钢、不锈钢、钛合金和镍合金时的刀具寿命可比TiN涂层高3~4倍。此外，TiAlN涂层中如果有合适的铝浓度，切削时在刀具前刀面和切屑的界面上还会产生一层硬质的惰性保护膜，该膜有较好的隔热性，可更有效地用于高速切削。例如，美国Kennametal公司推出的H7刀片，系TiAlN涂层，是专为高速铣削合金钢、高合金钢和不锈钢等高性能材料而设计的。CrN是一种无钛涂层，适于切削钛和钛合金、铜、铝以及其它软材料，化学稳定性好，不产生粘屑。TiAlCrN是一种梯度结构涂层，不仅具有高的韧性和硬度，而且摩擦因数也较小，适用于铣刀、滚刀、丝锥等多种刀具，切削性能明显优于TiN。

　　德国某公司开发了Supernitride涂层系列，其中超级氮化钛涂层有很高的含铝量，可形成稳定的氧化层(氧化温度达1000℃)，它比一般的TiAlN涂层更硬、更致密、更耐高温，适用于高速切削、干式切削和硬切削的刀具，可加工硬度高达58HRC以上的淬火钢。

　　此外，纳米超薄膜涂层工艺已日趋成熟。据报道，日本某公司推出了一种高速强力型钻头，它是在韧性好的K类(WC+Co)硬质合金基体上交互涂覆了1,000层TiN和AlN超薄膜涂层，涂层厚度约2.5µm。使用表明，该钻头的抗弯强度与断裂韧性可大幅度提高，其硬度则与CBN相当，刀具寿命可提高2倍左右。该公司还开发出ZX涂层立铣刀，超薄膜镀层数达2,000层，每层厚度约1nm，用该立铣刀加工60HRC的高硬度材料，刀具寿命远高于TiCN和TiAlN涂层刀具。第八届中 国国际机床展览会(CIMT2003)上，瑞士某公司推出的纳米结构涂层(AITiN/SiN) 立铣刀，其涂层硬度为45GPa，氧化温度1100℃，切削对比试验表明，其寿命比TiN涂层立铣刀高3倍，比TiAlCN涂层立铣刀高2倍。除上述AITiN/SiN、TiAlCN新涂层外，还有特定功能的涂层，如MoS2、DLC润滑涂层，其摩擦因数小(0.05)，适于涂覆丝锥、钻头等刀具，可改善排屑性能，或者作为复合涂层的表面涂层，减少切屑的粘结。

DIY刀具参考

刀的硬度越高，砍东西比较容易。但同时由于硬度越高，刀就会很脆，容易断。
刀越锋利越容易卷刃，如果想刀不卷刃，那么它的锋利度就不够。一刀能把大树砍断的刀，那么它就绝不可能吹毛断发。所谓削铁如泥吹毛断发那只有电视上才会出现。
如果有一把好的刀，那么就应该好好保养，但正规的保养是非常烦琐的。古法养剑养刀步骤依擦剑、盘剑、上防锈油、保养配件、养剑鞘等五项循序进行。
1. 擦
以纯棉毛巾布、绒布或鹿皮，先轻轻擦去刀身上残油、灰尘，用棉纱沾少许刀油均匀涂抹刀身。三分钟后以原棉布来回用力擦拭，持续约2-3刻钟，使刀身产生温热，这是为去除刃面杂质及促使鏻钙起化学变化
2. 盘
桌上垫长条毛巾(大浴巾亦可) ，将刀身平放，以布或皮包裹一小木块，用平整的一面在刃面上用力来回盘擦使其微微发热。再在刀上敷以少许刀油，如果没有可以用面粉，再继续盘擦持续约一刻钟，其作用乃为去除刮痕及增加剑身毛细孔之收缩速度；而以上动作均须平心静气，因此实可视为修身养性之绝好方式。
3. 上防锈油
最好每次刀归鞘前涂上一层薄防锈油，避免与空气接触。但如果每天能定时保养，保持刀身光洁亮丽，不需上油。
4. 保养配件:
以原保养用布或皮来擦拭配件即可，(如果刀上有铜饰，可以布圈握住，再用力左右旋转)因布上已有余油自可产生保护作用，避免氧化。
最后就是真正的好刀都是手工的刀，价格是非常贵的，几千元算是便宜的。市场上大部分都是机器加工的刀，有的百多元，有的几百元，其实刀是一样的，只不过贵在刀鞘上的木质好些，或者装饰的好看些。所以这样的机器加工的刀就是好看，哄外行，没有必要去那么保养它