机械加工的刀具都有哪些材料？
刀具材料
目前使用的刀具材料种类繁多，主要有金刚石、立方氮化硼、陶瓷、金属陶瓷、硬质合金和高速钢等。不同刀具材料具有不同的性能，并有其特定的应用范围。
金刚石
能用作刀具材料的金刚石有4类：天然金刚石、人工合成单晶金刚石、聚晶金刚石和金刚石涂层。
天然金刚石是最昂贵的刀具材料，由于天然金刚石可以刃磨成最锋利的切削刃，主要应用在超精密加工领域，如加工微机械零件、光学镜面、导弹和火箭中的导航陀螺、计算机硬盘芯片等。人工合成单晶金刚石刀具有很好的尺寸、形状和化学稳定性，主要用来加工木材，如加工高耐磨Al2O3涂层的木地板。聚晶金刚石是以钴作为粘结剂，在高温高压下(约507MPa，几千摄氏度)由金刚石微粉压制而成的。聚晶金刚石刀具具有优异的耐磨性，可用来切削有色金属和非金属材料，精加工难加工材料，如硅铝合金和硬质合金等。
立方氮化硼
立方氮化硼(CBN)与聚晶金刚石一样，也是在高温高压下人工合成的，其多晶结构和性能也与金刚石类似，具有很高的硬度和杨氏模量，很好的导热性，很小的热膨胀，较小的密度，较低的断裂韧性。此外，立方氮化硼具有卓越的化学和热稳定性，同铁族元素几乎不发生反应，这一点要优于金刚石。因此，加工黑色金属时多选用立方氮化硼而不用金刚石。聚晶立方氮化硼(PCBN)特别适合于加工铸铁、耐热合金和硬度超过HRC45的黑色金属(如发动机箱体、齿轮、轴、轴承等汽车零部件)。PCBN刀具适合于高速干切削，可以用2O00m/min以上的速度高速加工灰铸铁。PCBN刀具在高速硬切削方面的应用也比较广泛，尤其是精加工汽车发动机上的合金钢零件，如硬度65之间HRC6O～65之间的齿轮、轴、轴承，而这些零部件过去是靠磨削来保证尺寸精度和表面质量的。
CBN的力学和热学性能受粘结相的种类及其含量的影响。粘结相有钴、镍或碳化钛、氮化钛、氧化铝等，CBN的颗粒大小和粘结相种类影响到其切削性能。低CBN含量(质量分数，下同，50%～65%)的PCBN刀具主要用来精加工钢(HRC45～65)，而高CBN含量(80%～90%)的PCBN刀具用来高速粗加工、半精加工镍铬铸铁，断续加工淬硬钢、烧结金属、硬质合金、重合金等。
不含粘结相的CBN正在研制当中，通过控制合成条件使CBN颗粒更微细，微细颗粒的CBN即使在高温下也具有高热导率、极高热稳定性、高硬度和高强度。无粘结相的CBN可望成为下一代刀具材料。
陶瓷
按化学成分，陶瓷刀具材料可分为氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、赛阿龙(复合氮化硅—氧化铝)陶瓷三大类。
氧化铝基陶瓷具有良好的化学稳定性，与铁系金属亲和力很小，因此不易发生粘结磨损。氧化铝在铁中的溶解度只有WC在铁中溶解度的1/5，因此，氧化铝基陶瓷扩散磨损小，同时它的抗氧化能力强。然而，氧化铝基陶瓷的强度、断裂韧度、导热系数和抗热震性较低。氧化铝基陶瓷刀具在高速切削钢时具有比氮化硅陶瓷刀具更优越的切削性能。
与氧化铝陶瓷相比，氮化硅基陶瓷具有较高的强度、断裂韧度和抗热震性能，较低的热胀系数、杨氏模量和化学稳定性，与铸铁不易发生粘结，因此，氮化硅基陶瓷刀具主要用于高速加工铸铁。
赛阿龙陶瓷刀具具有较高的强度、断裂韧度、抗氧化性能、导热率、抗热震性能和抗高温蠕变性能。但是热膨胀系数较低，不适合加工钢，主要用来粗加工铸铁和镍基合金。
为了进一步改进陶瓷刀具加工新材料时的切削性能和抗磨损性能，研究人员开发了碳化硅晶须增韧陶瓷材料(包括氮化硅基陶瓷和氧化铝基陶瓷材料)，增韧后的陶瓷刀具高速切削复合材料和航空耐热合金(镍基合金等)时的效果非常好，但不适合加工铸铁和钢。
陶瓷刀具的制造方法有热压法和冷压法两大类。热压法是将粉末状原料在高温高压下压制成饼状，然后切割成刀片；冷压法是将原材料粉末在常温下压制成坯，再经烧结成为刀片。热压法陶瓷刀具质量好，是目前陶瓷刀具的主要制造方法，冷压法可制造表面形状较复杂或带孔的陶瓷刀具。
TiC(N)基硬质合金
TiC(N)基硬质合金(即金属陶瓷)密度小，硬度高，化学稳定性好，对钢的摩擦系数较小，切削时抗茹结磨损与抗扩散磨损的能力较强，具有较好的耐磨性。金属陶瓷刀具适于高速精加工碳钢、不锈钢、可锻铸铁，可以获得较好的表面粗糙度。常用的金属陶瓷有：(1)碳化钛基高耐磨性的TiC+Ni或Mo，高断裂韧度的TiC+WC+TaC+Co(2)增韧氮化钛基金属陶瓷；(3)碳氮化钛基高耐磨和抗热震性的TiCN+NbC。
硬质合金
硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物粉末(WC、TiC等)，用钴或镍等金属做黏结剂压坯、烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金刀具材料的问世，使切削加工水平出现了一个飞跃。硬质合金刀具能实现高速切削和硬切削。为满足各种难加工材料的切削要求，开发了许多硬质合金加工技术，研制出多种新型硬质合金，方法是：采用高纯度的原材料，如采用杂质含量低的钨精矿及高纯度的三氧化钨等．采用先进工艺，如以真空烧结代替氢气烧结，以石蜡工艺代替橡胶工艺，以喷雾或真空干燥工艺代替蒸汽干燥工艺；改变合金的化学组分。调整合金的结构；采用表面涂层技术。研制出的新型硬质合金有添加钽、铌的硬质合金、细晶粒与超细晶粒硬质合金，添加稀土元素的硬质合金等。
在晶粒尺寸为0.2～1µm的碳化钨硬质合金晶粒中加人更高硬度(HRA90～93)和强度(2000～3500MPa，最高5000MPa)的TaC,NbC等颗粒，可以制成整体超细晶粒硬质合金刀具或可转位刀片。晶粒细化后，硬质相尺寸变小，粘结相更均匀地分布在硬质相周围，可以提高硬质合金的硬度与耐磨性，能显著提高刀具寿命。如适当增加钴含量，还可以提高抗弯强度。这种刀具可以高速切削铁族元素材料、镍基和钴基高温合金、钛基合金、耐热不锈钢、焊接材料和超硬材料等。
高速钢
普通高速钢是用熔融法制造的，在加工效率和加工质量要求日益提高的先进切削加工中，普通高速钢的性能已嫌不足。
20世纪后期，逐步出现了许多高性能高速钢，新型高速钢在普通高速钢的基础上，通过调整基本化学成分，并添加其他合金元素，使其常温和高温机械性能得到显著提高。用作刀具材料的高性能高速钢有高碳高速钢、高钴高速钢、高钒高速钢和含铝高速钢等。
粉末冶金高速钢是将高频感应炉熔炼出的钢液，用高压氖气或纯氮喷射雾化，再急冷得到细小均匀结晶粉末，或用高压水喷雾化形成粉末，所得到的粉末在高温高压下热等静压制成粉末冶金高速钢刀具。与传统高速钢相比，粉末冶金高速钢没有碳化物偏析的缺陷，且晶粒尺寸小，因此抗弯强度和韧性高，硬度高，适用的切削速度较高，刀具寿命较长，并可加工较硬的工件材料。
B立方氮化硼CBN 是不可以的，因为CBN刀具不能加工软材料。其它A,C,D应该都是可以的。A金刚石刀具是可以达到最高切削速度及加工精度的，应该是首选。其次是D 陶瓷刀具然后是C涂层硬质合金
聚晶金刚石（PCD）刀具概述
PCD刀具的发展
金刚石作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有数百年历史。在刀具发展历程中，从十九世纪末到二十世纪中期，刀具材料以高速钢为主要代表；1927年德国首先研制出硬质合金刀具材料并获得广泛应用；二十世纪五十年代，瑞典和美国分别合成出人造金刚石，切削刀具从此步入以超硬材料为代表的时期。二十世纪七十年代，人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石（PCD），解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题，使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。
PCD刀具的性能特点
金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定的。在金刚石晶体中，碳原子的四个价电子按四面体结构成键，每个碳原子与四个相邻原子形成共价键，进而组成金刚石结构，该结构的结合力和方向性很强，从而使金刚石具有极高硬度。由于聚晶金刚石（PCD）的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体，虽然加入了结合剂，其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。但由于PCD烧结体表现为各向同性，因此不易沿单一解理面裂开。
PCD刀具材料的主要性能指标：①PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的80～120倍；②PCD的导热系数为700W/mK，为硬质合金的1.5～9倍，甚至高于PCBN和铜，因此PCD刀具热量传递迅速；③PCD的摩擦系数一般仅为0.1～0.3（硬质合金的摩擦系数为0.4～1），因此PCD刀具可显著减小切削力；④PCD的热膨胀系数仅为0.9×10
-6～1.18×10
-6，仅相当于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高；⑤PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。
PCBN刀具既立方氮化硼刀具,立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世纪50年代首先由美国通用电气(GE)公司利用人工方法在高温高压条件下合成的，其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，因此它与金刚石统称为超硬材料。
CBN具有较高的硬度、化学惰性及高温下的热稳定性，因此作为磨料CBN砂轮广泛用于磨削加工中。由于CBN具有优于其它刀具材料的特性，因此人们一开始就试图将其应用于切削加工，但单晶CBN的颗粒较小，很难制成刀具，且CBN烧结性很差，难于制成较大的CBN烧结体，直到20世纪70年代，前苏联、中国、美国、英国等国家才相继研制成功作为切削刀具的CBN烧结体——聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)。从此，PCBN以它优越的切削性能应用于切削加工的各个领域，尤其在高硬度材料、难加工材料的切削加工中更是独树一帜。经过30多年的开发应用，现在已出现了用以加工不同材料的PCBN刀具材质。
1、应用不同：
PCD刀具：切削加工
钻石刀具：紫铜及铜合金和金、银、铑等贵重
2、材料不同：
PCD刀具：PCD
钻石刀具：金刚石（碳）
3、特点不同：
PCD刀具：具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦
钻石刀具：金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。
扩展资料：
PCD刀具主要指标：
①PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的8～12倍；
②PCD的导热系数为700W/mK，为硬质合金的1.5～9倍，甚至高于PCBN和铜，因此PCD刀具热量传递迅速；
③PCD的摩擦系数一般仅为0.1～0.3（硬质合金的摩擦系数为0.4～1），因此PCD刀具可显著减小切削力；
④PCD的热膨胀系数仅为0.9×10^-6～1.18×10^-6，仅相当于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高；
⑤PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。
参考资料来源：百度百科-PCD刀具
参考资料来源：百度百科-金刚石刀具
在切削加工中，刀具性能对切削加工的效率、精度及表面品质有着决定性的影响。下面我为大家详细介绍切削刀具标准与刀具材料必须具备的基本性能的相关知识。
刀具材料必须具备如下一些基本性能：
硬度高，即刀具材料的硬度必须高于被加工材料；高的强度和韧性，刀具切削部分的材料在切削时要受到很大的切削力和冲击力，因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性；耐磨性和耐热性好，一般来说，刀具材料硬度越高，耐磨性也就越好，同时刀具的耐磨性和耐热性有着密切的关系；导热性好，导热性越好，就能降低切削部分的温度，从而减轻刀具磨损；工艺性和经济性好。
因此刀具材料必须具备如下一些基本性能：硬度高，即刀具材料的硬度必须高于被加工材料；高的强度和韧性，刀具切削部分的材料在切削时要受到很大的切削力和冲击力，
因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性；耐磨性和耐热性好，一般来说，刀具材料硬度越高，耐磨性也就越好，同时刀具的耐磨性和耐热性有着密切的关系；导热性好，导热性越好，就能降低切削部分的温度，从而减轻刀具磨损；工艺性和经济性好。
切削刀具标准：
（1）新型高速钢
高速钢（HSS）是加入了W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢。虽然目前可供使用的刀具材料品种较多，但由于高速钢在强度、韧性、热硬性、工艺性，特别是锋利性（刀尖半径可达12~15μm）等方面具有优良的综合性能，因此在切削某些难加工材料以及在复杂刀具（尤其是切齿刀具、拉刀和立铣刀等）制造中仍占有较大比重。
（2）新型细晶粒和超细晶粒硬质合金
硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物（主要是WC，TiC等，又称为高温碳化物）微米级的粉末，用钴或镍等金属做粘结剂烧结成的粉末冶金制品。硬质合金是当前切削领域中应用最广泛的切削刀具材料，切削效率大约为高速钢的5~10倍。全世界硬质合金的产量增长极快，
新材料、新牌号的硬质合金刀具不断出现，在全部刀具中的比重越来越大。但其工艺性差，用于复杂刀具尚受到很大的限制。
细晶粒（1～0.5μm）和超细晶粒（小于0.5μm）硬质合金材料及整体硬质合金刀具的开发，使硬质合金的抗弯强度大大提高，可替代高速钢用于制造小规模钻头、立铣刀、丝锥等量大面广的通用刀具，其切削速度和刀具寿命远超过高速钢。
整体硬质合金刀具的使用可使原来采用高速钢的大部分应用领域的切削效率显著提高。为提高硬质合金的韧性，通常采取增加Co含量的方法，由此引起的硬度降低现在可通过细化晶粒得到补偿，并可使硬质合金的抗弯强度提高到4.3GPa，已达到并超过普通高速钢的抗弯强度。
细晶粒硬质合金的另一优点是刀具刃口锋利，尤其适合高速切削粘而韧的材料。
（3） 超硬刀具
所谓超硬刀具材料是指人造金刚石和立方氮化硼，以及用这些粉末与结合剂烧结而成的聚金刚石和聚晶立方氮化硼。由于超硬刀具具有比硬质合金更优良的耐磨性，能够适应更高的切削速度，已成为高速切削的主要刀具材料，更为重要的是能够满足难加工材料的切削需要。因此超硬刀具材料已经在整个切削加工领域中起到越来越重要的作用。
金刚石是碳的同素异形体，分为天然金刚石和人造金刚石（PCD）两种。PCD是在高温、高压和催化剂作用下，由石墨转化而成的。金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性，
拥有锋利的切削刃和良好的导热性能，同时PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中不易在刀尖上产生积屑瘤。
目前，PCD刀具主要运用在以下两个方面：a.难加工有色金属及其合金，如用PCD刀具加工矽铝合金时，刀具寿命可达硬质合金的50~200倍；b. 难加工非金属材料，PCD刀具非常适合于石材、硬质碳、碳纤维增强塑胶和人造板材等难加工非金属材料的加工。因此，可以说金刚石刀具是精密加工有色金属及其合金、陶瓷、玻璃、木材等非金属材料最佳的刀具。
但是金刚石的热稳定性较低，切削温度超过700~800℃时，就会完全失去其硬度。另外，金刚石中的碳和铁具有很强的亲和力，在高温高压下，铁原子与碳原子发生相互作用，导致金刚石石墨化，从而使刀具极容易发生磨损。因此，金刚石刀具一般不用来加工钢铁等材料。
继美国GE公司于1957年首次合成立方氮化硼之后，在高温高压条件下将立方氮化硼聚合在硬质合金上，得到了复合结构的立方氮化硼（CBN）刀片。CBN刀具有聚晶烧结块和复合刀片两种，能在较高切削速度下加工淬硬钢及铸铁，以车代磨，并可高速切削部分高温合金，加工精度高，表面粗糙度相当低，而且立方氮化硼还适宜加工各种淬硬钢、Ni基、Fe基及其他一些耐磨、耐蚀的热喷涂（焊）件材料，钒钛铸铁、冷硬铸铁等耐磨类铸铁，钛合金材料等。
（4）陶瓷材料
陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温力学性能，与金属的亲和力小，不易与金属产生粘结，并且化学稳定性好。因此，陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工或根本不能加工的超硬材料。陶瓷刀具有Al2O3基和Si3N4基两大类，加入各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等可改善其性能，还可通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和几种增韧机理的协同作用提高其断裂韧性。
目前，国产的一些晶须增韧陶瓷、梯度功能陶瓷等产品已达到国外同类刀片的性能，有的还优于国外。陶瓷刀具使用的主要原料氧化铝、氧化矽等在地壳中含量丰富，对节省贵重金属也具有重要的意义。陶瓷刀具主要应用于难加工材料的高速加工。国际上已经将陶瓷材料刀具视为进一步提高生产率的最有希望的刀具之一。
导致金刚石石墨化，从而使刀具极容易发生磨损。因此，金刚石刀具一般不用来加工钢铁等材料。
继美国GE公司于1957年首次合成立方氮化硼之后，在高温高压条件下将立方氮化硼聚合在硬质合金上，得到了复合结构的立方氮化硼（CBN）刀片。CBN刀具有聚晶烧结块和复合刀片两种，能在较高切削速度下加工淬硬钢及铸铁，以车代磨，并可高速切削部分高温合金，加工精度高，表面粗糙度相当低，而且立方氮化硼还适宜加工各种淬硬钢、Ni基、Fe基及其他一些耐磨、耐蚀的热喷涂（焊）件材料，钒钛铸铁、冷硬铸铁等耐磨类铸铁，钛合金材料等。
（4）陶瓷材料
陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温力学性能，与金属的亲和力小，不易与金属产生粘结，并且化学稳定性好。因此，陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工或根本不能加工的超硬材料。陶瓷刀具有Al2O3基和Si3N4基两大类，加入各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等可改善其性能，还可通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和几种增韧机理的协同作用提高其断裂韧性。
目前，国产的一些晶须增韧陶瓷、梯度功能陶瓷等产品已达到国外同类刀片的性能，有的还优于国外。陶瓷刀具使用的主要原料氧化铝、氧化矽等在地壳中含量丰富，对节省贵重金属也具有重要的意义。陶瓷刀具主要应用于难加工材料的高速加工。国际上已经将陶瓷材料刀具视为进一步提高生产率的最有希望的刀具之一。
常用刀具材料：
高速钢 ：高速钢特别适用于制造结构复杂的成形刀具，孔加工刀具例如各类铣刀、拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具等；由于高速钢硬度，耐磨性，耐热性不及硬质合金，因此只适于制造中、低速切削的各种刀具。 高速钢按其性能分成两大类：普通高速钢和高性能高速钢。
硬质合金 ：硬质合金大量应用在刚性好，刃形简单的高速切削刀具上，随着技术的进步，复杂刀具也在逐步扩大其应用。
涂层刀具材料 ：硬质合金或高速钢刀具通过化学或物理方法在其上表面涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，而又不降低其韧性。
其它刀具材料 ：
（1）陶瓷刀具：是以氧化铝（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）为基体，再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。
（2）人造金刚石：它是碳的同素异形体，是目前最硬的刀具材料，显微硬度达10000HV。
