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1)普通高速钢
普通高速钢分为两种,钨系高速钢和钨钼系高速钢。
①钨系高速钢这类钢的典型钢种为W18Cr4V(简称W18),它是应用最普遍的一种高速钢。这种钢磨削性能和综合性能好,通用性强。常温硬度63~66HRC,600℃。不过此钢的缺点是碳化物分布常不均匀,强度与韧性不够强,热塑性差,不宜制造成大截面***。
②钨钼钢钨钼钢是将一部分钨用钼代替所制成的钢。典型钢种为W6Mo5Cr4V2(简称M2)。此种钢的优点是减小了碳化物数量及分布的不均匀性,和W18钢相比M2抗弯强度提高17%,抗冲击韧度提高40%以上,而且大截面***也具有同样的强度与韧性,它的性能也较好。此钢的缺点是高温切削性能和W18相比稍差。我国生产的另一种钨钼系钢为W9Mo5Cr4V2(简称W9),它的抗弯强度和冲击韧性都高于M2,而且热塑性、***耐用度、磨削加工性和热处理时脱碳倾向性都比M2有所提高。
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2)高性能高速钢此钢是在普通高速钢中增加碳、钒含量并添加钴、铝等合金元素而形成的新钢种。此类钢的优点是具有较强的耐热性,在630~650℃高温下,仍可保持60HRC的高硬度,而且***~3倍。它适合加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。此类钢的缺点是强度与韧性较普通高速钢低,高钒高速钢磨削加工性差。典型的钢种有高碳高速钢9W6Mo5Cr4V2、高钒高速钢W6Mo5Cr4V3、钴高速钢W6Mo5Cr4V2Co5及超硬高速钢W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al等。
3)粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔化的高速钢钢水,得到细小的高速钢粉末,然后经热压制成***毛坯。
粉末冶金钢有以下优点:无碳化物偏析,提高钢的强度、韧性和硬度,硬度值达69~70HRC;保证材料各向同性,减小热处理内应力和变形;磨削加工性好,磨削效率比熔炼高速钢提高2~3倍;耐磨性好。
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表2-1高速钢的牌号及主要性能表
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(2)硬质合金
硬质合金是由难熔金属碳化物(如TiC、WC、NbC等)和金属粘结剂(如Co、Ni等)经粉末冶金方法制成。
1)硬质合金的性能特点
硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高,因此硬质合金常温硬度很高,达到78~82HRC,热熔性好,热硬性可达800~1000℃以上,切削速度比高速钢提高4~7倍。
硬质合金缺点是脆性大,抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强度只有高速钢的1/3~1/2,冲击韧性只有高速钢的1/4~1/35。
硬质合金力学性能主要由组成硬质合金碳化物的种类、数量、粉末颗粒的粗细和粘化剂的含量决定。碳化物的硬度和熔点越高,硬质合金的热硬性也越好。粘结剂含量大,则强度与韧性好。碳化物粉末越细,而粘结剂含量一定,则硬度高。
2)普通硬质合金的种类、牌号及适用范围
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国产普通硬质合金按其化学成分的不同,可分为四类:
①钨钴类(WC+Co),合金代号为YG,对应于国标K类。此合金钴含量越高,韧性越好,适于粗加工,钴含量低,适于精加工。
②钨钛钴类(WC+TiC+Co),合金代号为YT,对应于国标P类。此类合金有较高的硬度和耐热性,主要用于加工切屑成呈状的钢件等塑性材料。合金中TiC含量高,则耐磨性和耐热性提高,但强度降低。因此粗加工一般选择TiC含量少的牌号,精加工选择TiC含量多的牌号。
③钨钛钽(铌)钴类(WC+TiC+TaC(Nb)+Co),合金代号为YW,对应于国标M类。此类硬质合金不但适用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金半精加工,。
3)超细晶粒硬质合金
超细晶粒硬质合金多用于YG类合金,它的硬度和耐磨性得到较大提高,抗弯强度和冲击韧度也得到提高,已接近高速钢。适合做小尺寸铣刀、钻头等,并可用于加工高硬度难加工材料。几种常用硬质合金的牌号及主要性能见表2-2。
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4)涂层硬质合金
涂层硬质合金是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢***基体上,涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物而制成。
常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等。TiC的硬度比TiN高,抗磨损性能好。不过TiN与金属亲和力小,在空气中抗氧化能力强。因此,对于磨擦剧烈的***,宜采用TiC涂层,而在容易产生粘结条件下,宜采用TiN涂层***。
涂层可以采用单涂层和复合涂层,如TiC-TiN、TiC-Al2O3、、TiC-TiN-Al2O3等。涂层厚度一般在5~8μm,它具有比基体高得多的硬度,表层硬度可达2500~4200HV。
涂层***具有高的抗氧化性能和抗粘结性能,因此具有较高的耐磨性。涂层摩擦系数较低,可降低切削时的切削力和切削温度,提高***耐用度,高速钢基体涂层***耐用度可提高2~10倍,硬质合金基体***提高1~3倍。加工材料硬度愈高,涂层***效果愈好。
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(3)陶瓷
陶瓷***材料的主要由硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成,另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂,通过粉末冶金工艺方法制粉,再压制烧结而成。常用的陶瓷***有两种:Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷。
陶瓷***优点是有很高的硬度和耐磨性,硬度达91~95HRA,耐磨性是硬质合金的5倍;***寿命比硬质合金高;具有很好的热硬性,当切削温度760℃时,具有87HRA(相当于66HRC)硬度,温度达1200℃时,仍能保持80HRA的硬度;摩擦系数低,切削力比硬质合金小,用该类***加工时能提高表面光洁度。
陶瓷***缺点是强度和韧性差,热导率低。陶瓷最大缺点是脆性大,抗冲击性能很差。此类***一般用于高速精细加工硬材料。
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(4)立方氮化硼
立方氮化硼(简称CBN)是由六方氮化硼为原料在高温高压下合成。
CBN***的主要优点是硬度高,硬度仅次于金刚石,热稳定性好,较高的导热性和较小的摩擦系数。缺点是强度和韧性较差,抗弯强度仅为陶瓷***的1/5~1/2。
CBN***适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金,也不适合加工铝合金和铜合金,通常采用负前角的高速切削。
(5)金刚石
金刚石是碳的同素异构体,具有极高的硬度。现用的金刚石***有三类:天然金刚石***、人造聚晶金刚石***和复合聚晶金刚石***。
金刚石***优点:极高的硬度和耐磨性,人造金刚石硬度达10000HV,耐磨性是硬质合金的60~80倍;切削刃锋利,能实现超精密微量加工和镜面加工;很高的导热性。
金刚石***缺点:耐热性差,强度低,脆性大,对振动很敏感。
此类***主要用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料。
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