Ved metallskjæring utfører skjæredelen av verktøyet skjærearbeidet direkte, så verktøymateriale refererer vanligvis til materialet i verktøyets skjæredel. Riktig valg av verktøymateriale er et avgjørende aspekt av skjæreprosessen, som i stor grad bestemmer skjæreproduktivitet, verktøyforbruk og prosesseringskostnader, maskineringsnøyaktighet og overflatekvalitet. Utviklingen av verktøymaterialer er også drevet og påvirket av utviklingen av arbeidsstykkematerialer. Nedenfor diskuterer vi valg av verktøymaterialer.
Under drift utsettes verktøy for betydelig kuttetrykk, friksjon og støt, noe som genererer høye kuttetemperaturer. Bruk av upassende materialer kan føre til rask slitasje eller skade på verktøyet ved bruk i denne høye-temperaturen, høye-trykket og det intense friksjonsmiljøet. Derfor må verktøymaterialer oppfylle visse grunnleggende krav.
1. Høy hardhet og god slitestyrke
Hardhet er en grunnleggende egenskap ved verktøymaterialer. For å fjerne spon fra et arbeidsstykke, må et verktøys hardhet være større enn materialet til arbeidsstykket. Skjærekanthardheten til verktøy som brukes til å kutte metaller er generelt over 60HRC.
For karbonverktøystål bør hardheten være over 62 HRC ved romtemperatur; for høyhastighetsstål er hardheten 63-70 HRC; og for karbidverktøy er hardheten 89-93 HRC.
Slitasjemotstand er evnen til et verktøymateriale til å motstå slitasje. Generelt sett, jo høyere hardhet et verktøymateriale har, desto bedre slitestyrke. Jo høyere hardhet, jo større antall, jo mindre partiklene, og jo jevnere de harde partiklene er fordelt i verktøymaterialets metallografiske struktur, jo bedre slitestyrke. Dette har også sammenheng med verktøymaterialets kjemiske sammensetning, styrke, mikrostruktur og temperaturen i friksjonssonen.
2. Tilstrekkelig styrke og seighet
For å sikre at et verktøy kan fungere uten flis eller brudd under høye trykk, støt og vibrasjoner som vanligvis oppstår under skjæring, må verktøymaterialet ha tilstrekkelig styrke og seighet. Generelt sett, jo høyere seighet, desto større skjærekrefter tåler den.
3. Høy varmebestandighet
Varmemotstand er en primær indikator på et verktøymaterials kutteytelse. Det måles vanligvis ved dens evne til å opprettholde høy hardhet, slitestyrke, styrke og seighet ved høye temperaturer. Det er også kjent som varm hardhet.
Jo høyere høy-temperaturhardhet et verktøymateriale har, desto bedre varmebestandighet, jo større motstand mot høy-temperatur plastisk deformasjon og slitasje, og jo høyere er tillatt skjærehastighet.
I tillegg til høy-temperaturhardhet, bør verktøymaterialer også utvise høy-temperaturoksidasjonsmotstand og god motstand mot vedheft og diffusjon. Denne egenskapen kalles kjemisk stabilitet.
4. Gode termofysiske egenskaper og termisk sjokkmotstand
Jo bedre termisk ledningsevne et verktøymateriale har, desto lettere er det å lede skjærevarme bort fra skjæreområdet, og derved senke temperaturen på skjæredelen av verktøymaterialet og redusere verktøyslitasje.
5. God produksjonsevne
Verktøy må ikke bare ha utmerket kutteytelse, men også være enkelt å produsere. Dette krever at verktøymaterialer har god produksjonsevne, for eksempel smiing, varmebehandling, sveising, sliping og høy-plastisk deformasjonsmotstand.
6. Økonomisk effektivitet
Økonomisk effektivitet er en nøkkelindikator for verktøymaterialer. Utviklingen av verktøymateriell bør baseres på den faktiske ressurssituasjonen i et land, som er av stor økonomisk og strategisk betydning.
Noen verktøy kan være dyre per enhet, men deres lange levetid betyr at kostnaden per komponent ikke nødvendigvis er høy. Derfor bør økonomiske effekter vurderes ved valg av skjæreverktøy. I tillegg, i avanserte prosesseringssystemer, kreves det også at skjæreverktøyets skjæreytelse er stabil og pålitelig, med en viss grad av forutsigbarhet og høy pålitelighet.