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随
着数控机床和难加工材料的不断发展，金属切削刀具发挥越来越重要性的作用，要实现高速切削、干切削、硬切削必须有好的刀具材料。在影响金属切削发展的诸多
因素中，刀具材料起着决定性作用。从刀具材料方面来讲，近代金属切削刀具材料从碳素工具钢、高速钢发展到今日的硬质合金、立方氮化硼等超硬刀具材料，
使切削速度从每分钟几米飚升到千米乃至万米。
高速钢
高速钢自1900年面世至2000年，尽管各种超硬材料不断涌现，但始终未能动摇其切削刀具的霸主地位，2000年以后硬质合金已成
为高速钢的“天敌”,正在持续不断地侵蚀着高速钢刀具的市场份额，但对于某些如螺纹刀具、拉削刀具等对韧性要求较高的刀具，
高速钢仍可与硬质合金“分庭抗礼”,甚至占明显优势。
据有关方面统计分析，2004年我国生产高速钢7.8万吨，几乎占全球产量的50%,生产了约25亿件刀具，其中近20亿件低档出口。
2005年全国高速钢产量8.3万吨，其中低合金高速钢(钨当量6%~12%)占40%左右，刀具的生产、销售情况和2004年差不多。从整体形
势分析，目前最突出的矛盾是低档产品恶性膨胀，而高档产品严重短缺，或者说高端失守、低端混战，倘任其自由发展，高速钢刀具
在切削领域的地位只会越来越低，甚至退出，将市场拱手让给外国佬。
人们习惯上将高速钢分为四大类：
1)通用高速钢(HSS)
以W18Cr4V为代表的HSS曾辉煌过一个世纪，为我国刀具行业做出过杰出的历史性贡献，但由于还存在不少弊端，现已逐步淡出市
场;M2钢的市场份额已由上世纪90年代的60%~70%下降到目前的20%~30%;9341是我国自行研制的HSS,市场份额占20%左右，W7、M7等其
他HSS产量比较低。HSS已占高速钢总量60%以上。由于HSS的强韧性和较高的耐磨性、红硬性等优异性能，在丝锥、拉刀等刀具领域，
还会牢牢守住一块地盘，不过阵地在逐年减少。
2)高性能高速钢(HSS-E)
HSS-E是指在HSS成分基础上加入Co、Al等合金元素，并适当增加含碳量，以提高耐热性、耐磨性的钢种。这类钢的红硬性比较高
，经625℃×4h后硬度仍保持60HRC以上，刀具的耐用度为HSS刀具的1.5~3倍。
以M35、M42为代表的HSS-E产量逐年在增加，501是我国自产的高性能高速钢，在成形铣刀、立铣刀等方面应用十分普遍，在复杂
刀具方面应用也比较成功。由于数控机床、加工中心、高难加工材料发展迅速，HSS-E刀具材料亦逐步增加。
3)粉末高速钢(HSS-PM)
和冶炼高速钢相比，HSS-PM力学性能有显着的提高。在硬度相同的条件下，后者的强度比前者高20%~30%,韧性提高1.5~2倍，在
国外应用十分普遍。我国在上世纪70年代曾研制出多种牌号的HSS-PM,并投入市场，但不知何故夭折，现在各工具厂所用材料均系进
口。值得欣喜的是，河冶科技股份有限公司(原河北冶金研究院)已能生产HSS-PM,并小批量供货，效果不错。由于资源日益枯竭和
HSS-PM自身优良的综合性能及市场的需求，HSS-PM必将会有一个长足的进步。
4)低合金高速钢(DH)
由于合金资源越来越少、成套麻花钻出口及低速切削工具的需要，钢厂和工具厂共同开发出301、F205、D101等多种牌号的
DH.2003年我国生产高速钢6万吨，其中DH两万吨，占高速钢的1/3;2004年DH占高速钢的40%,2005年、2006年仍呈增长势头。但其中水
分不少，有些根本不属高速钢，硬度也达不到63HRC,也被标以HSS.
硬质合金
机械制造业需要“高精度、高效率、高可靠性和专用化”的经营理念，在当代刀具制造和使用领域，“效率第一”的理念已经取
代了传统的“性能价格比”老概念，这一变化为高技术含量的高效刀具的发展扫清了障碍。
硬质合金不仅具有较高的耐磨性，而且韧性也较高(和超硬材料相比)，所以得到广泛的应用，展望未来，它仍然是应用最广泛
的刀具材料。从历届机床工具博览会上可以看出，硬质合金可转位刀具几乎覆盖了所有的刀具品种。随着科学技术的发展和刀具技术
的进步，硬质合金的性能得到很大改善：一是开发了提高韧性的1~2μm细颗粒硬质合金;二是开发了涂层硬质合金。与高速钢刀具相
比，硬质合金涂层刀具的市场份额增长幅度更大，因为在高温和高速切削参数下，高强度更为重要。
现代切削刀具，硬质合金大展其威，展望未来，刀具材料无疑是硬质合金的天下。
超硬刀具材料
超硬材料是指以金刚石为代表的具有很高硬度物质的总称。超硬材料的范畴虽没有一个严格的规定，但人们习惯上把金刚石和硬
度接近于金刚石硬度的材料称为超硬材料。
1)金刚石
金刚石是目前世界上已发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性等性能，在有色金属和非金属加工
中得到广泛的应用，尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，如轿车发动机缸体、缸盖、变速箱和各种活塞等的加工中，金刚石刀具是
难以替代的主要切削刀具。近年来，由于数控机床的普及和数控加工技术的高速发展，可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚
石刀具的应用日渐普及。金刚石刀具现在和将来都是数控加工中不可缺少的重要刀具。
2)立方氮化硼(CBN)
立方氮化硼是氮化硼的同素异构体，其结构与金刚石相似，硬度高达8000~9000HV,耐热度达1400℃，耐磨性好。近年来开发的多
晶立方氮化硼(PCBN)是在高温高压下将微细的CBN颗粒通过结合相烧结在一起的多晶材料，既能胜任淬硬钢(45~65HRC)、轴承钢
(60~64HRC)、高速钢(63~66HRC)、冷硬铸铁的粗车和精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速
切削加工。
3)陶瓷刀具
陶瓷刀具是最有发展潜力的刀具之一，目前已引起世界工具界的重视。在工业发达的德国，约70%加工铸件的工序是由陶瓷刀具
来完成的，而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%~10%.由于数控机床、高效无污染切削、被加工材料硬等因素，迫使刀具材
料必须更新换代，陶瓷刀具正是顺乎潮流，不断改革创新，在Al2O3陶瓷基体中添加20%~30%的SiC晶液制成晶须增韧陶瓷材料，SiC晶
须的作用犹如钢筋混凝土中的钢筋，它能成为阻挡或改变裂纹扩展方向的障碍物，使刀具的韧性大幅度提高，是一种很有发展前途的
刀具材料。为了提高纯氧化铝陶瓷的韧性，加入含量小于10%的金属，构成所谓金属陶瓷，这类刀具材料具有强大的生命力，正以强
劲势头向前发展，也许将来会自成一系，成为刀具材料家族新成员。
陶瓷刀具的主要原料是Al2O3、SiO2、碳化物等，它们是地壳中最富足的资源，发展此类刀具不存在原料来源问题。因此，开发
应用陶瓷刀具有重要的战略意义和深远的历史意义。
由于切削加工机床和切削技术的突飞猛进，迫使刀具被动式同步。刀具材料的发展趋势，是向着高效率、高速度、高寿命方向发
展。在各种刀具材料的发展中，硬质合金(包括涂层硬质合金)一枝独秀;HSS将进一步萎缩;HSS-E增幅缓慢;HSS-PM将有长足的进
步;DH还会继续膨胀扰乱市场，不过好景不长;超硬刀具材料有广阔的发展空间，将继续扩大应用比例。形成了以硬质合金为主线，
各种材料既有独特的优点和应用范围，又互相发展、互相竞争，又相互有所取代补充的整体格局。
来源：中国金属加工在线
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