切削**的常用知识，有喜欢的可以保存下来，
第一页：材料
**材料的基本性能介绍
A. 材质硬度
指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。切削**的材料硬度必
须高于被加工材料的硬度才能进行切削，这是**材料必备的基本要
求。**材料越硬，其耐磨性越好。
(一) 强度与韧性
强度指**材料抵抗切削力的作用而不致于使切削刃崩脆与**
折断所应具备的性能，一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指**在间
断或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力。一般硬度越高，冲击韧性
越差，材料越脆。
(二) 热硬性
热硬性反映了**材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧
化、抗黏结和抗扩散的能力。一般来说，**材料硬度越高，热硬性
也越好。
(三) **材料的性能特点
（3-1） 常用**材料物理、力学性能
（3-2） 各类**材料中的硬质材料特性
B. 高速钢
B1、 定义
高速钢又名风钢或锋钢，意思是淬火时即使在空气中**也能硬化
并且很锋利。高速钢能够在"风"中淬硬，它"风钢"的名称由此而来。
它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒等碳化物形成元素。
合金元素总量达 10～25%左右。其硬度可以达到 HRC63以上。
B2、 分类
B3、 高性能高速钢
高性能高速钢是在普通高速钢的组分中增加含碳量、含钒量、及添
加钴、硅、铌等合金元素的新钢种，提高其耐热性和耐磨性。主要分为：
高碳高速钢、钴高速钢、铝高速钢、高钒高速钢。目前应用范围最广的
是钴高速钢，高速钢中加入钴可提高钢的热稳定性，促进回火时碳化物
的析出，增加弥散硬化效果，提高回火硬度，从而提高常温和高温硬度
及抗氧化能力。
C. 硬质合金
定义
硬质合金是由高硬的难熔金属碳化物（硬质相）和金属黏结剂（黏
结相），用粉末冶金的方法制成。作为切削**的硬质合金，常用的碳
化物有碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）、碳化铌（NbC）
等，常用的黏结剂为钴（Co、Ni）。Co含量一般为 6%～12%。
C1: 性能
C1(1):粒度
硬质合金颗粒的大小决定其物理力学性能。目前市面上的产品其
颗粒大小从小于 0.2um 的纳米级合金到 6um 的粗颗粒合金都有存在。
作为汽车行业加工用**，其常用的颗粒大小为 0.5um～0.8um 的亚微
米级。
C1(2):硬度
硬质合金的硬度可以达到 89～93HRA（78～82HRC），在 540℃时仍
可达 82～87HRA。其中 Co 的含量和硬质合金颗粒大小决定了其硬度。
从下图中可以看出，随着 Co 含量的增加和颗粒变大，其硬度会降低。
C1(3):抗弯强度
硬质合金的抗弯强度因为颗粒大小不同差异很大，其范围为 900～
5000MPa。硬质合金的强度随着 Co 含量的增加和颗粒变细而增大。
C1(4):抗压强度
硬质合金具有很高的抗压强度，其可以达到 3900～6000Mpa。抗压
强度同硬度一样，随着 Co含量的增加和颗粒变大而降低。
C1(5):热导率
硬质合金的热导率一般为 33～90W/(m·K)。
C1(6):热膨胀系数
硬质合金的热膨胀系数较小。低的 Co含量有利于提高合金的导热
率，降低热膨胀系数。
C2:硬质合金的类型
C2(2-1):YG类/钨钴类硬质合金
相当于 **O 标准的 K 类。YG 类硬质合金主要成分为 WC-Co，用于
短切屑的黑色金属（铸铁）、有色金属（硅铝合金）和非金属材料。其
硬度为 89～91.5HRA，抗弯强度 1100～1500Mpa。
C2(2-2):YT类/钨钛钴类硬质合金
相当于 **O 标准的 P 类。YT 类硬质合金主要成分为 WC-TiC-Co，
用于加工长切屑的金属（钢件）。其 TiC 含量为 5%～30%。其硬度为
89.5～92.5HRA，抗弯强度 900～1400Mpa。因 TiC的硬度和熔点均高于
WC，故 YT 类合金的硬度、耐磨性和耐热性均比 YG 类高，但抗弯强度
和冲击韧性显著降低。
YT 类硬质合金随着 TiC 质量分数的增加其导热性、磨削性和**
性显著降低。YT 类硬质合金在切削钛合金和含钛的不锈钢时，**中
的钛元素易和工件里的钛元素产生较强的亲和力，发生严重磨损，因
此要避免采用 YT类硬质合金。
C2(2-3)YW类/钨钛钽（铌）钴类
YW 类硬质合金的主要成分为 WC-TiC-TaC-Co，用于加工长或短切
屑的黑色金属和非铁金属。TaC 的加入阻止了 WC 晶粒在烧结过程中长
大，细化了晶粒，能有效提高其物理力学性能。YW类硬质合金兼有 YT
和 YG两类合金的性能，综合性能好。
C3:新型硬质合金
C3(3-1):纳米硬质合金
纳米硬质合金指 WC-Co的晶粒度在数纳米至数十纳米之间的合金。
其同时具有高硬度、高强度特性。其硬度可达 93.5HRA，抗弯强度可达
5000MPa。
C3(3-2):梯度功能硬质合金
梯度功能硬质合金是指其硬质相和黏结相在一定的空间尺度上的
分布呈梯度变化，从而使其性能具有更大的**度。比如表面富钴层
硬质合金，可以增加刃口的强度。
C3(3-3):混晶结构硬质合金
采用多种硬质合金粒度的原料，制备成含有双峰晶粒组织的硬质
合金材料。
D. 金属陶瓷
定义
金属陶瓷是以 TiC 或 Ti（C、N）作为硬质相，以镍(Ni)和钼(Mo)
等作为黏结相，压制烧结而成的合金。其性能介于陶瓷和硬质合金之
间，用于高速切削各类钢材、球墨铸铁。**O153-1991将其划归为硬质
合金类（代号 HT），称为"钛基硬质合金"。其存在填补了硬质合金和
陶瓷之间的真空地带。
D1:性能
D1(D1-1):硬度一般可达 91～94HRA，接近陶瓷硬度，抗弯强度比陶瓷高，比硬
质合金低。
D.A.1 抗月牙洼磨损能力强，比 YT类硬质合金高 1～2倍。
D.A.2 有较好的热稳定性和抗氧化能力，在 1100～1300℃高温下仍能进行切
削。
D.A.3 摩擦系数小，抗黏结能力强，不易黏刀和产生积屑瘤。
E. 陶瓷刀片
A. 定义
陶瓷**材料的主要成分是硬度和熔点很高的 Al2O3、Si3N4等氧化
物、氮化物，再加入少量的碳化物、氧化物或金属等添加剂，经制粉、
压制、烧结而成。
B. 性能
E.B.1 硬度
陶瓷的硬度可达 91～95.3HRA。耐磨性好，可加工铸铁件和钢件。
适合高速切削和硬切削。
E.B.2 耐热性
陶瓷**有很好的高温力学性能。在 1350～1400℃的高温下仍可
进行切削。
E.B.3 抗氧化性和化学稳定性
陶瓷**材料成分与 Fe的亲和力小，不易与金属产生黏结。耐腐
蚀性好，化学性能稳定。Al2O3陶瓷在高温下也不易氧化。
E.B.4 摩擦系数
陶瓷与金属的亲和力小，切削时摩擦系数较低。
E.B.5 原料丰富
硬质合金中所含的 W和 Co等材料资源缺乏。而陶瓷**的主要原
料 Al2O3、SiO2在地壳中含量丰富，有利于成本的降低。
E.B.6 强度和热冲击性
陶瓷**是典型的脆性材料，抗弯强度和冲击韧性低，导热率低，
热膨胀系数高，热冲击性能差，通常采用干式切削或者微量润滑。
C. 陶瓷**的应用
E.C.1 陶瓷**对数控机床的要求
陶瓷**要求机床的转速高、功率大、刚性和稳定性好。陶瓷刀
具铣削灰铸铁可达 800m/min的切削速度。
E.C.2 陶瓷**对被加工零件的要求
陶瓷**能对大多数未退火的铸、锻件进行毛坯粗加工。但还是
要求毛坯尽量减小**，否则容易造成崩刀。另外在切入和切出处尽
量增加倒角。
E.C.3 陶瓷**几何角度的选择
陶瓷**是脆性材料，因此其刃口必然进行了钝化处理。具体的
钝化处理方法将会在 PCBN章节讲述。
E.C.4 注意事项
E.C.4.1 Al2O3基陶瓷**因含有大量 Al元素，在加工硅铝合金时有极大亲和力，
会出现较大的黏结磨损和扩散磨损。固不适合用于硅铝合金加工。
E.C.4.2 Al2O3/TiC 陶瓷**，因其 Ti元素的存在，固不适合加工钛合金。
E.C.4.3 SiC 颗粒或者 SiC 晶须增韧的 Al2O3基陶瓷在加工镍基合金能表现出优
良的切削性能，但在加工钢时，因 Fe和 SiC发生反应导致**急剧磨
损。因此添加 SiC的 Al2O3基陶瓷不适合加工铸铁和钢件。
E.C.4.4 Si3N4基陶瓷**因 Si 和 Fe 之间有较大亲和力，容易发生相互扩散，
不适合加工长切屑的钢件。
总体来说，Al2O3 基陶瓷**适合加工各种钢材和各种铸铁，也可
以加工铜合金、石墨、工程塑料和复合材料，加工钢时性能优于 Si3N4
基陶瓷**。但不适合加工铝合金和钛合金，因为容易产生化学磨损。
Si3N4基陶瓷**的加工范围与 Al2O3基陶瓷**类似，适合加工铸
铁和高温合金；但不适合加工长切屑的钢件。
F. 立方氮化硼（CBN）
A. 定义
人们习惯上把 CBN和 PCD**统称为超硬**。CBN是氮化硼的同
素异构体。PCBN是将 CBN颗粒及其结合剂在高温高压下烧结而成。
B. 性能
F.B.1 硬度
CBN 硬度可达 HV8000～HV9000。聚晶立方氮化硼（PCBN）复合片
的硬度(HV3000～HV5000)主要取决于 CBN的含量，一般含量在 35%～95%
之间，随着 CBN含量的增高，PCBN 的硬度增加。
F.B.2 热稳定性
CBN的耐热性可达 1400～1500℃,适合高速加工。
F.B.3 化学稳定性
CBN 具有高的抗氧化性，在 1000℃一下不会发生氧化反应。同时
与铁系金属在 1200～1300℃时也不易起化学反应。
F.B.4 导热性
CBN的热导率比金刚石小（约为 1/2），但远高于陶瓷、硬质合金等
材料。
F.B.5 摩擦系数
CBN 与不同材料间的摩擦系数为 0.1～0.3，比硬质合金的摩擦系
数 0.4～0.6 小得多，并且摩擦系数随切削速度的提高而减小。
F.B.6 强度及韧性
CBN 的抗弯强度约为陶瓷的 1/5～1/2，因此 CBN 在使用过程中应
避免过大的冲击，一般用于半精加工和精加工。
C. PCBN**
聚晶立方氮化硼是在高温、高压下将微细的 CBN 单晶通过结合相
（TiC、TiN、TiCN、Al、Ti等）烧结在一起的多晶材料。
F.C.1 PCBN**性能的影响因素
F.C.1.1 CBN的质量分数对 PCBN**性能的影响
CBN 的质量分数主要影响 PCBN 的硬度和热导率，随着 CBN 质量分
数的增加，PCBN 的硬度、耐磨性和热导率升高，韧性下降。一般含量
在 35%～95%之间。加工铸铁件和粉末冶金件的 PCBN**一般选用 CBN
含量在 80%～95%。加工淬火钢的 PCBN **一般选用 CBN含量在 35%～
65%。
F.C.1.2 CBN的粒径对 PCBN**性能的影响
CBN 的粒径影响 PCBN **的强度和抗破损性能。细晶粒可以使晶
粒的界面面积增加，提高烧结强度和抗裂纹扩展的能力，CBN 粒径越小，
PCBN **的抗破损能力越强，**切削刃锋利性越好。CBN 粒径为：
粗粒度 20～30um，中粒度 3～10um，细粒度小于 2um。
F.C.1.3 PCBN的结合剂对**性能的影响
PCBN 的结合剂主要有三类。金属结合剂，主要是 Co、Ni等。其烧
结体的韧性和导电性好，但高温下结合剂易软化，耐磨性下降。陶瓷
结合剂，如 TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等。陶瓷结合剂 PCBN **有
具有较高的耐高温磨损能力和较强的抗黏结能力，但抗冲击性差、脆
性大。金属陶瓷结合剂，有较好的综合性能。
F.C.2 PCBN**的结构
F.C.2.1 PCBN**刃口都有钝化处理。其处理方式有两种：
⑴ 倒圆
一般用于切削硬度较低的粉末冶金零件和零件刚性极差的情
况。倒圆大小一般为 0.05～0.2mm。
⑵ 负倒棱+钝圆
这是 PCBN **最常用的一种刃口处理方式。常用的负倒棱参
数如下：
负倒棱三大要素中，负倒棱角度对切削力的影响远大于负倒棱宽度。
但不管怎样，钝圆是绝对重要的。均匀、一致、完整的钝圆才能保证刃
口的强度，极大的提升**寿命。PCBN **后角较小，一般为 5°～10°，
以保证**切削部分的楔角足够大；
F.C.3 PCBN**对数控机床和被加工零件的要求
PCBN **属于脆性材料，且一般用于加工淬硬钢件、耐磨铸铁、
灰铸铁、钛铁耐热合金、硬质合金等难加工材料。因此其切削抗力大，
需要机床、夹具、包括**本身具有良好的刚性，才能充分发挥 PCBN
**的作用。另外对于机床的功率和精度也是有一定要求的。PCBN 刀
具不耐冲击，被加工零件的切入和切出**先倒角，以避免**刚接
触工件时受冲击载荷较大而造成破损。
F.C.4 PCBN**适合加工的材料
F.C.4.1 淬硬钢类：合金钢、轴承钢、模具钢、高速钢等淬硬钢零件。硬度必须
＞HRC50才能发挥效应；较软的钢，铁素体含量高时，对**有负面影
响，不推荐使用。
F.C.4.2 耐磨铸铁类：钒钛铸铁、高磷铸铁、冷硬铸铁等。
F.C.4.3 铁素体含量＜10%的灰铸铁。
F.C.4.4 粉末冶金烧结合金（发动机气门座圈）。
F.C.4.5 耐热合金（镍基合金 Inconel718）。
F.C.4.6 热喷涂（**）材料。
F.C.5 PCBN**的应用
F.C.5.1 加工以珠光体为主的铸件，切削速度大于 600m/min，以充分利用金属
软化效应，减小切削力，获得更好的**寿命。
F.C.5.2 PCBN 加工淬硬钢件， Ra **能达到 0.4um，能够实现"以车带磨"，
可以大大提升加工效率，降低设备投资。
F.C.5.3 PCBN **一般推荐使用干式切削或者微量润滑，以保证较高的切削温
度带来的金属软化效应。在某些连续加工的情况下，可以使用切削液，
以利于清洗、冲屑。不宜使用水性或者氧化性的切削液。因为 PCBN刀
具在 1000℃时易与水发生水解作用。
F.C.5.4 铸铁类铣面加工时，如果采用 PCBN **，推荐使用逆铣。
G. 金刚石（PCD）
A. 定义
金刚石是碳的同素异构体，是已发现自然界中最硬的一种材料。
金刚石大体上有棕色、灰色、茶色、**及透明状，一般认为颜色是
金刚石内存在铁、铜、镍、铬和氮原子等杂质的结果。因此金刚石的
透明度越好越纯，品质越好。
B. 金刚石的类型
金刚石分为天然金刚石和人造金刚石。天然金刚石一般为单晶晶
体。人造金刚石有单晶金刚石和多晶金刚石之分。
G.B.1 人造聚晶金刚石
通过金属结合剂将金刚石粉末聚合而成的多晶体材料。其硬度低
于单晶金刚石，但抗弯强度和韧性比单晶金刚石高。相比单晶金刚石，
其制备成本较低。多用于非铁金属及其合金、难加工非金属材料（木
材、人造板材、强化复合地板、碳纤维增强塑料、石墨、陶瓷、石材
等）的精加工。
C. 金刚石的特性
G.C.1 极高的硬度和耐磨性。
G.C.2 具有锋利的切削刃。
G.C.3 摩擦系数小
金刚石与不同材料之间的摩擦系数为 0.1～0.3。
G.C.4 高的热导率和低的热膨胀系数。
G.C.5 热稳定性差
当温度超过 800℃时，金刚石中的碳元素与铁产生较强的化学亲和
作用，产生扩散磨损。因此，不适合加工铁系金属。
G.C.6 强度低
人造金刚石脆性大，抗冲击能力差，对振动很敏感，要求机床精度
高、平稳性好。
D. 人造聚晶金刚石的结构及应用
G.D.1 人造聚晶金刚石的粒度与性能
PCD 相比 PCBN 要简单。影响其性能基本就只有粒度这一个因素。
PCD的粒度大概分为：极细颗粒：2um 中等颗粒：10um 粗颗粒：25um，
混合颗粒：2～30um。一般来说，颗粒越细，其刃口完整性好，锋利，
但不耐磨，一般用于超精加工。颗粒越粗，耐磨性好，但刃口总会有
崩缺，难以制作高精度**。中粒度性能介于两者之间。混合颗粒能
有效解决耐磨性和刃口崩缺问题，一般用于高硅铝合金铣削和粉末冶
金材料加工。
G.D.2 人造聚晶金刚石的切削参数、
G.D.3 人造聚晶金刚石的刃磨
人造聚晶金刚石的加工一般来说分为三种。一种是砂轮磨削，一
种是慢走丝电加工，最后一种是激光磨削。
G.D.3.1 砂轮磨削
最常用的 PCD 加工方式。一般选用金刚石砂轮，结合剂一般为金
属或者陶瓷结合剂。粗磨一般选用砂轮粒度为 160#～240#,精磨一般用
W5-W20的砂轮。要求砂轮跳动＜0.01mm，精磨每次进刀量＜0.005mm。
刃口保证 50×放大镜下无崩口即可。
G.D.3.2 慢走丝电加工
多用于成型 PCD **加工。其特点为效率低，精度高。其精度能
达到±0.005mm。
G.D.3.3 激光磨削
典型设备为 DMG，采用激光腐蚀的加工方式。其效率极低，但精度
是最高的，刃口质量也是**的，一般用于制作超精加工**，可以
达到镜面效果。
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