1、刀體材料

一般刀體均用普通碳鋼或合金鋼制作。如焊接車、鏜刀的刀柄，鉆頭、鉸刀的刀體常用45鋼或40Cr制造。尺寸較小的刀具或切削負荷較大的刀具宜用合金鋼或高速鋼整體制成，如螺紋刀具、成型銑刀、拉刀等;尺寸較小的精密刀具(如小鏜刀、小鉸刀)也可用硬質合金整體制成。

機夾、可轉位硬質合金刀具、鑲硬質合金鉆頭、可轉位銑刀等可用合金工具鋼，如9SiCr或GCr15等制成刀體。
2、切削部分材料

目前刀具材料分四大類：工具鋼(包括碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼)、硬質合金、陶瓷及超硬刀具材料等。刀具材料的硬度按照由大到小的順序為：金剛石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、硬質合金刀具、高速鋼刀具。刀具材料的抗彎強度按照由大到小的順序為：高速鋼刀具、硬質合金刀具、陶瓷刀具、合金石刀具和立方氮化硼刀具。各種刀具材料的物理力學性能見以下表格。

下面分別介紹各種刀具材料的組成、性能、使用等的抗彎強度和沖擊韌性，以避免刀具材料在切削過程中產生斷裂和崩刃。

3、高速鋼

高速鋼(High Speed Steel，簡稱HSS)是一種加入較多的鎢(W)、錳(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)等合金元素的高合金工具鋼，有較高的熱穩定性，切削溫度達500～650℃時仍能進行切削，有較高的強度、韌性、硬度和耐磨性。其制造工藝簡單，容易磨成鋒利的切削刃，可鍛造，這對于一些形狀復雜的工具，如鉆頭、成形刀具、數控車床拉刀、齒輪刀具等尤為重要，是制造這些刀具的主要材料。高速鋼刀具在強度、韌性及工藝性等方面具有優良的綜合性能，在復雜大局，尤其是制造孔加工刀具、銑刀、螺紋刀具、拉刀、切齒刀具等一些刃形復雜刀具時，高速鋼占據著重要的地位。由于鎢(W)、鈷(Co)等主要元素的資源緊缺，高速鋼刀具在所有刀具材料的比重逐漸下降，今后高速鋼的使用比例還將逐漸減少。高速鋼刀具的發展方向包括：發展各種少鎢(W)的通用型高速鋼，擴大使用各種無鈷(Co)、少鈷(Co)的高性能高速鋼，目前，推廣使用粉末冶金高速鋼(PMHSS)和涂層高速鋼。

高速鋼的品種繁多：按切削性能可分為普通高速鋼和高性能高速鋼：按化學成分可分為鎢系、鎢鉬系和鉬系高速鋼;按制造工藝不同，分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。

⑴ 普通高速鋼

通用型高速鋼約占高速鋼總產量的75%～80%。按鎢鉬的含量可分為鎢系、鎢鉬系兩類。這類高速鋼碳(C)的質量分數為0.7%～0.9%，鎢鉬鋼中鎢(W)的質量分數的不同，可分為12%或18%的鎢鋼、鎢(W)的質量分數為6%或8%的鎢鉬鋼、鎢(W)的質量分數為2%或不含鎢(W)的鉬鋼。普通型高速鋼具有一定的硬度(63～66HRC)和耐磨性、搞的強度和韌性、良好的塑性和加工工藝性，因此廣泛用于制造各種復雜刀具。

① 鎢鋼我國長期使用的通用型高速鋼中的鎢鋼，其典型牌號為W18Cr4V，具有較好的綜合性能，在600℃時的高溫硬度為48.5HRC，可用于制造各種復雜刀具。它具有可磨削性好、脫碳敏感性小等優點，但由于碳化物含量較高、分布較不均勻、顆粒較大、強度和韌性不高，特別是熱塑性差，不宜做大截面的刀具。鎢鋼已很少采用，逐漸淘汰，而由鎢鉬系高速鋼取代。

② 鎢鉬鋼鎢鉬鋼是指將鎢鋼中的一部分鎢用鉬代替所獲得的一種高速鋼。鎢鉬鋼的典型牌號是W6Mo5Cr4V2(簡稱M2)。W6Mo5Cr4V2的碳化物顆粒細小均勻，強度、韌性和高溫塑性都比W18Cr4V好。其主要缺點是含釩量稍多，磨削加工性比W18Cr4V差，脫碳敏感性大、淬火溫度范圍較窄。鎢鉬鋼為W9Mo3Cr4V(簡稱W9)，其熱穩定性略高于W6Mo5Cr4V2鋼，抗彎強度和韌性都比W6Mo5Cr4V2好，具有良好的可加工性能。這種鋼易軋、易鍛，熱處理范圍較寬。脫碳敏感性小、磨削性能較好。此外，我國還開發了W3MO2Cr4Si和W3MO2Cr4SiN等低合金高速鋼，其價格比W6Mo5Cr4V2鋼便宜15%～20%。

實驗證明，用它們制作低、中速切削的刀具、如中心鉆、絲錐、小直徑麻花鉆等，其切削性能不比W6Mo5Cr4V2差。

⑵ 粉末冶金高速鋼

普通高速鋼和高性能高速鋼都是用熔煉方法制成的。粉末冶金高速鋼(PMHSS)是將高頻感應爐熔煉出的鋼液，用高壓氬氣使之霧化，再急冷得到細小均勻的晶體組織(高速鋼粉末)，用此粉末在高溫、高壓下壓制成刀坯，或先制成鋼坯再經過鍛造、軋制成刀具形狀，再通過各種加工而成刀具。與熔融法制造的高速鋼相比具有以下有點： ① 粉末冶金高速鋼沒有碳化物偏析的缺陷，，不論刀具截面尺寸有多大，其碳化物晶粒小且均勻，達2～3μm(一般熔煉為8～20μm)。因此，粉末冶金高速鋼具有較高的力學性能，其強度和韌性分別是熔煉鋼的2倍和2.5～3倍。

② 與熔煉鋼塑鋼相比，粉末冶金高速鋼的常溫度能提高1～1.5HRC，熱處理后硬度可達69.5～70HRC，600℃時的高溫硬度比熔煉鋼高2～3HRC，高溫硬度提高尤為顯著。由于PMHSS碳化物顆粒均勻，分布的表面積較大，且不易從切削刃上剝落，故PMHSS刀具的耐磨性也提高20%～30%。

③ 由于碳化物細小均勻且含釩量適當提高，PMHSS的可磨削性較好。

④ 由于物理力學性能各向同性，可減少熱處理變形和應力。PMHSS適合制造鉆頭、拉刀、螺紋刀、滾刀、插齒刀等復雜刀具。早粉末冶金高速鋼表面進行PVD涂層TiC、TiCN、TiAIN后，切削速度可進一步提高。

4、硬質合金

硬質合金是有硬度和熔點很高的碳化物(稱硬質相)和金屬(稱粘結相)通過粉末冶金工藝制成的。硬質合金刀具中常用的碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等。常用的粘結劑是Co，碳化鈦的粘結劑是Mo、Ni。其物理學性能取決于合金的成份。粉末顆粒的粗細以及合金的燒結工藝。由于有搞硬度、搞熔點的性質，常溫硬度達89～94HRA，耐熱溫度達800～1000℃。切削鋼時，切削速度可達220m/min左右。假如熔點更高的TaC、NbC，可使耐熱溫度提高到1000～1100°℃，切削鋼時，切削速度進一步提高到200～300m/min。

硬質合金以其切削性能優良被廣泛用作刀具材料，如車刀、加工中心端銑刀以至深孔鉆等。它制成各種形式的刀片，然后用機械夾緊或用釬焊方式固定在刀具的切削部位上。

硬質合金按晶粒大小可分為普通硬質合金、細晶粒硬質合金和超細硬質合金。按主要化學成分可分為碳化鎢基硬質合金和碳(氮)化鈦[TiC(N)]基硬質合金。碳化鎢基硬質合金包括鎢鈷類(YG)、鎢鈷鈦(YT)和添加稀有碳化物(YW)三類。

ISO(國際標準化組織)將切削用硬質合金分為三類：

⑴ K類，包括K10～K40,相當于我國的YG類(主要成分為WC—Co)

⑵ P類，包括P01～P50,相當于我國的YT類(主要成分為WC—TiC—Co)

⑶ M類，包括M10～M40,相當于我過的YW類[主要成分為WC—TiC—TaC(NbC)—Co]。

每種中的牌號分別以一個01～50之間的數字表示從高的硬度到最大韌性之間的一系列合金，以供各種背加工材料的不同切削工序加工條件時選用。

5、其他刀具材料

⑴ 涂層刀具：涂層刀具是在韌性較好的硬質合金基體或高速鋼刀具基體上，加工中心涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬化合物而獲得的。常用的涂層材料有TiC、TiN等。

⑵ 陶瓷：陶瓷刀具材料可分為四大類：CA氧化鋁基氧化物陶瓷(白陶瓷);CM氧化鋁基金屬碳化物復合陶瓷(黑陶瓷);CN氮化硅基氮化物陶瓷(非氧化物陶瓷);CC陶瓷涂層刀具。目前氧化鋁基氮化硅基陶瓷刀具材料應用最為廣泛。其主要的特性如下： ① 硬度高、耐磨性好 ② 耐高溫、耐熱性好 ③ 化學穩定性 ④ 摩擦系數低 ⑤ 原料豐富
⑶ 金剛石：金剛石與立方氮化硼稱為超硬刀具。金剛石是碳的同素異形體，是目前最硬的物質，顯微硬度可達10000HV。其主要特點如下：

①極高的硬度和耐磨性

② 各向異性

③ 具有很低的摩擦系數

④ 具有很高的導熱性能

⑤ 具有較低的線脹系數

⑷ 立方氮化硼：數控車床立方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼(白石墨)在高溫高壓下轉化而成的。其主要優點如下：

① 高的硬度材料和耐磨性具有與金剛石相近的硬度和強度。硬度可達3000～5000HV。耐磨性為硬質合金刀具的50倍，為陶瓷刀具的25倍。特別適合用于加工高硬度材料，能獲得較好的工件表面質量，實現“以車代磨”

② 具有很高的熱穩定性熱硬度可達1400～1500℃，比金剛石的熱硬性(700～800℃)幾乎高1倍。可用比硬質合金刀具高3～5倍的速度高速切削高溫合金和淬硬鋼。 ③ 優良的化學穩定性 CBN的化學惰性大，在還原的氣體介質中，對酸和堿都是穩定性的，在大氣和水蒸氣中，在900℃以下鎢任何變化，切穩定。它與鐵系材料在1200～1300℃時也不起化學作用，與各種材料的粘結和擴散作用比硬質合金小得多。它具有很高的抗氧化能力，在1000℃時也不會產生氧化現象。

④ 具有較好的導熱性CBN的熱導性雖然趕不上金剛石，但是在各類刀具材料中PCBN的熱導性僅次于金剛石，大大高于高速鋼和硬質合金。CBN的熱導率都是銅的3.2倍，是硬質合金的20倍，立方氮化硼與與陶瓷的熱導率的比率為37.1，熱擴散率比值為65.5，而且隨著溫度的升高，PCBN刀具的切削溫度要低于硬質合金刀具。

⑤具有腳底的摩擦系數CBN與不同材料間的摩擦系數約為0.1～0.3,比硬質合金的摩擦系數(0.4～0.6)小得多。低的摩擦系數可導致切削時切削力減少，切削溫度降低，加工表面質量提高。