切削過程中，刀具的切削部分要承受很大的壓力、摩擦、沖擊和很高的溫度，因此，選用的材料必須具備以下性能：刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，常溫下的硬度應在60 HRC以上；要有良好的耐磨性，即抵抗磨損的能力；要有足夠的強度和韌性，以承受切削力和切削時產生的震動和沖擊；要有良好的耐熱性，即在高溫時仍能保持硬度、強度和耐磨等性能；要有良好的工藝性能，如可切削性能、可磨削性能、可焊接性能及熱處理性能等，以便于刀具本身的制造。

圖5.1.8　銑刀和車刀的對比

刀具材料的種類很多，有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金、陶瓷材料、人造金剛石和立方氮化硼等，各類刀具材料的基本性能見表5.1.1。目前在切削加工中使用最多的刀具材料是高速鋼和硬質合金。

表5.1.1　刀具材料的基本性能

續(xù)表

注：維氏硬度HV的試驗原理和布氏硬度HB基本相同，其壓頭用錐面夾角為136°的金剛石四方角錐體，在載荷F（一般選用5～100 kgf）的作用下，將試樣表面上壓出一個正方形的壓痕。先計算出壓痕的面積A V，再根據公式HV= F／A V，即可求出維氏硬度值HV。

（1）高速鋼

高速鋼俗稱鋒鋼、白鋼，是以鎢、鉻、釩、鉬為主要合金元素的高合金鋼。高速鋼淬火后的硬度可達62～67 HRC，與碳素工具鋼相比，耐熱性有較大地提高，在550～600℃時仍能進行切削。1900年高速鋼的出現使切削速度大幅度提高，高速鋼由此而得名，并被沿用至今。由于高速鋼的抗彎強度和沖擊韌性比硬質合金高，并且具有良好的鑄造、鍛造、焊接、熱處理和切削加工工藝性能以及良好的磨削工藝性能，因此目前在復雜刀具的應用中，高速鋼仍占主要地位。它多用來制造鉆頭、絲錐、銑刀、拉刀、齒輪刀具等，其允許切削速度一般為v＜30 m／min。常用的高速鋼牌號為W18Cr4V（鎢系高速鋼）和W6Mo5Cr4V2（鉬系高速鋼）。

在高速鋼中加入一些其他合金元素（如鈷、釩、鋁等）以進一步提高其耐磨性和耐熱性，稱之為高性能高速鋼。W2Mo9Cr4VCo8（鈷高速鋼）和W6Mo5Cr4V2Al（鋁高速鋼）是兩種常用的高性能高速鋼。這類高速鋼主要用于加工高溫合金、鈦合金、奧氏體不銹鋼、高強度鋼等難加工材料。

（2）硬質合金

硬質合金是用具有高耐磨性和高耐熱性的WC（碳化鎢）、TiC（碳化鈦）等金屬碳化物，以Co（鈷）做黏結劑，經粉末冶金工藝制成的。常用硬質合金的硬度為89～93 HRA（相當于74～82 HRC），能耐800～1 000℃的高溫。硬質合金刀具的切速比高速鋼可高4～10倍，但其抗彎強度低，耐沖擊性能差。由于硬質合金不能用金屬刀具進行切削加工，只能采用壓制、燒結的辦法制成各種形狀的刀片焊接或夾固在刀體上使用。常用的硬質合金有鎢鈷類、鎢鈷鈦類和通用硬質合金等，其牌號、成分、機械性能及用途見表5.1.2。在以WC為基體的硬質合金中加入TiC可以提高硬質合金的硬度、耐熱性和耐磨性，加入TaC（碳化鉭）或NbC（碳化鈮）后，不僅提高了耐磨性和抗彎強度，而且提高了韌性。

表5.1.2　常用硬質合金的牌號、成分、力學性能及用途

注：Y—硬質合金；G—鈷，其后數字表示含鈷量；X—細晶粒合金；T—碳化鈦，其后數字表示含TiC量；W—通用合金。

為改善硬質合金的性能，近年來又研制出了一些新型硬質合金，簡介如下：

1）超細晶粒硬質合金

普通硬質合金中WC晶粒尺寸為幾微米，細晶粒硬質合金（如YG3X，YG6X）中WC晶粒的平均尺寸在1.5μm左右，而超細晶粒硬質合金中WC晶粒的平均尺寸在0.5μm以下，硬質合金晶粒的尺寸越小，其硬度、耐磨性和韌性越高。超細晶粒硬質合金用于加工耐熱合金、高強度合金等難加工材料。

2）碳化鈦基硬質合金

碳化鈦基硬質合金以TiC為主要成分，用Ni和Mo為黏結劑，其牌號用YN及數字表示。這種合金的優(yōu)點是硬度高，具有較好的耐磨性、耐熱性和抗氧化能力，切削速度可達300～400 m／min。YN05用于低碳鋼、中碳鋼、鑄鋼和合金鑄鐵的精加工；YN10用于碳鋼、合金鋼、工具鋼及淬硬鋼的連續(xù)表面的精加工。

3）表面涂層硬質合金

表面涂層硬質合金是在韌性較好的鎢鈷類硬質合金的基體表面涂覆厚5～10μm的一層硬度和耐磨性很高的TiC或TiN，以解決刀具的硬度、耐磨性與強度、韌性之間的矛盾。因為涂層極薄，只用于制作車削和端面銑削用的不重磨刀片。

工件材料的發(fā)展促進了刀具材料的發(fā)展，很多新的鋼種及航天工業(yè)中使用的特種難加工材料要求提供切削性能更好的刀具材料；同時，刀具材料的發(fā)展使新材料的切削加工成為可能，又促進了新材料的應用與發(fā)展。各類刀具材料的性能差別很大，但任何一種刀具材料都難以具備所有的最佳性能。硬度高、耐磨性和耐熱性好的刀具材料往往韌性和工藝性能較差，并且各類刀具材料的成本與價格也有很大的差別。因此，應根據切削加工的實際情況綜合分析，合理地選用刀具材料。