刀具工作时会承受很大压力和冲击力。并且，因为切削时会有金属塑性变形，以及刀具、切屑、工件相互接触表面间会产生强烈摩擦，所以刀具切削刃上会产生很高温度和很大应力。因此，刀具材料应具备以下特性：

刀具材料要具备高硬度，就必须高于被加工材料的硬度。通常情况下，刀具材料在常温下的硬度都在 62HRC 以上。

刀具抵抗磨损的能力就是耐磨性。刀具的耐磨性较高，它是刀具材料力学性能、组织结构以及化学性能的综合体现。

刀具材料应具有足够的强度和韧度，因为足够的强度和韧度能够承受很大的压力，并且能够承受冲击和振动。一般来说，强度用抗弯强度来表示，韧度用冲击值来表示。

耐热性是指刀具材料在高温环境下能够保持硬度的性能；耐热性是指刀具材料在高温环境下能够保持耐磨性的性能；耐热性是指刀具材料在高温环境下能够保持强度的性能；耐热性是指刀具材料在高温环境下能够保持韧度的性能。

刀具材料具有良好的热物理性能和耐热冲击性，其抵抗热冲击的能力可以用耐热冲击系数来表示。

良好的工艺性指的是锻造性能，也指热处理性能，还指高温塑性变形性能以及磨削加工性能等。

7. 经济性经济性是刀具材料的重要指标之一。

常用刀具材料的种类

1. 非合金工具钢（原碳素工具钢）

依据 GB/T13104.1—2008《钢分类 第 1 部分：按化学成分分类》以及 GB/T1299—2014(模具钢)，非合金工具钢属于非合金钢。根据 GB/T11304.2—2008《钢分类第 2 部分：按主要质量等级和主要性能或使用特性的分类》，非合金工具钢属于特殊质量非合金钢。

非合金工具钢包含高碳过共析钢、共析钢和亚共析钢。碳在非合金工具钢中是主要的强化元素。非合金工具钢通常依据用途被分为刃具钢、模具钢、量具钢以及耐磨的钢等类别。同时，按钢质又可分为优质钢和高级优质钢。这类钢的耐热性不佳，在 200 到 250℃之间。经过热处理后，它具有较高的硬度和耐磨性，但热硬性较差，淬透性也较低。这类钢主要用于制造一些切削工具和手动工具，这些工具的硬度和强度不太高，尺寸较小，采用小进给且低速切削；还用于制造量具、模具等，它们形状简单，精度要求较低。

2. 合金工具钢

依据 GB/T13304.1-2008《钢分类第 1 部分：按化学成分分类》，合金工具钢属于合金钢这一类别。根据 GB/T13304.2-2008《钢分类第 2 部分：按主要质量等级和主要性能或使用特性的分类》，合金工具钢属于特殊质量合金钢。

合金工具钢属于中、高碳合金钢。这类钢的碳含量比较高，并且含有多种能够强化的合金元素，像铬、钨、硅、锰、钒等。合金工具钢按照用途可以分为刃具钢，还有模具钢（包含冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢），以及量具钢。通常一种钢会兼有多种用途，不过热作模具钢除外。这类钢具备较高的耐热性，其耐热温度在 300 至 400℃之间；这类钢具有较高的硬度；这类钢拥有一定的韧性；这类钢具备良好的耐磨性和热硬性；这类钢具有一定的耐冲击性；这类钢具备良好的淬透性和组织稳定性；这类钢具有较小的热处理变形等性能。这类钢主要用于制造一些工具。这些工具的截面较大。同时要求热处理变形小。并且对耐磨性及韧度有一定要求。这类工具是低速切削刀具。还有形状特殊且较复杂的量具、刃具。以及耐冲击工具。还有冷热作模具。以及一些特殊用途的工具。

以上两种钢材作为刀具材料的使用量都很少。

3. 高速工具钢

依据 GB/T13304.1-2008《钢分类第 1 部分：按化学成分分类》。高速工具钢属于合金钢这一类别。根据 GB/T13304.2-2008《钢分类第 2 部分：按主要质量等级和主要性能或使用特性分类》，高速工具钢属于特殊质量合金钢。

高速工具钢属于高碳合金钢。它的主要合金元素包含钨、铬、钼、钒等。并且它含有大量的碳化物。这些碳化物赋予高速工具钢高的热硬性与耐磨性。高速工具钢在较高温度（不大于 600℃）时能保持良好的切削性能。它可用于制造高效率切削刀具，像铣刀、铰刀、拉刀、插齿刀以及钻头等。同时，也可用于铁冷模具、高温弹簧及高温轴承等。高速工具钢是应用较多的一种刀具材料。

4. 铸造钴基合金（斯太立特合金）

铸造钻基合金由 w(C)=1%~3%以及数量不等的钴、钨、铬、钒等成分构成，它是一种高钴基合金。这类材料的耐热性较高（相较于高速工具钢而言），抗弯强度也较大（相较于硬质合金而言）。它同时具备良好的抗氧化性，以及在高温下能保持尺寸稳定、热硬性高且韧性好的特性。在各种介质中，它的抗腐蚀性良好。其常温性能不如高速工具钢，但高温性能较为突出，所以具有较好的切削性能。此类合金在美国的应用较为广泛。

5. 硬质合金

特别是它的高硬度和耐磨性很突出，在 500℃的温度下基本能保持不变，在 1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金常被用作刀具材料。比如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等都可以用硬质合金来制作。它能用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材以及普通钢材。同时，也能够用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难以加工的材料。硬质合金分为碳化钨基和碳（氮）化钛基这两大类。如今，新型硬质合金刀具的切削速度达到非合金工具钢的数百倍，它是目前应用较为广泛的一种刀具材料。

6. 超硬刀具材料

超硬刀具材料包含陶瓷、金刚石以及立方氮化硼（CBN）等。这些材料的硬度很高，热硬性也很强，耐磨性同样很高。目前已知最硬的材料是金刚石，而立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，它能够用来加工高硬度的工件。

陶瓷刀具具备高硬度、热硬性以及耐磨性。在高速切削以及干切削的情况下，它能展现出优良的切削性能，属于一类极具发展潜力的刀具材料。用于刀具的陶瓷通常会运用热压法，也就是把粉末状的原料在高温高压的环境下压制成饼状，接着再将其切割成刀片。陶瓷刀具材料按化学成分大致可分为氧化铝系和氮化硅系陶瓷这两大类。目前，有复合氮化硅一氧化铝系的发展，还有纳米增韧陶瓷刀具材料以及陶瓷涂层刀具材料。今后，纳米改性、纳米复合及超细晶粒陶瓷刀具材料的研究与开发将成为陶瓷刀具材料发展的主要方向。

金刚石的化学稳定性欠佳。当切削温度超过 700 至 800℃时，它的硬度会迅速降低。并且，金刚石刀具不适用于加工钢铁材料，原因在于金刚石与铁具有很强的化学亲和力，在高温情况下，铁原子容易与碳原子发生作用，从而使其转变为石墨结构，这会导致刀具极易受损。

立方氮化硼是由软的六方氮化硼在特定的高温高压条件下并加入催化剂而转变形成的。它是在 20 世纪 70 年代才开始发展起来的一种新型刀具。

立方氮化硼硬度很高且耐磨性强，热稳定性良好，在 1400℃高温下仍能保持高硬度和耐磨性。同时，立方氮化硼的化学惰性较大，它与铁族金属在 1200 - 1300℃时也不易发生化学作用，所以立方氮化硼刀具可以用来加工淬硬钢和冷硬铸铁等。

不同刀具材料的基本性能分析

1. 硬度与耐磨性

刀具材料应具备基本特性，其中之一是硬度。用于切削金属的刀具，其切削刃的硬度通常都在 60HRC 之上。

淬火工具钢的硬度主要由含碳量所决定。所以，工具钢的含碳量通常都比较高。工具钢经过热处理之后，其硬度能够达到 60 至 65HRC（81.2 至 84HRA）。

硬质合金的主要成分是难熔金属碳化物。这些难熔金属碳化物的硬度很高。所以，硬质合金的硬度能够达到 89 到 94HRA。

陶瓷材料的主要成分是氧化铝。氧化铝的硬度很高。陶瓷在烧结时不需加粘结剂。金刚石是人类已经发现的最硬的材料，其硬度可高达 91~95HRA，所以陶瓷的硬度可与金刚石相媲美。

金刚石是人类已发现的最为坚硬的材料，它的硬度能够达到 10000HV。立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，其硬度可以达到 8000 至 9000HV。

刀具应具备耐磨性，这是其主要条件之一，并且它是决定刀具寿命的主要因素。材料的耐磨性体现为材料的硬度、强度、化学成分以及组织结构的综合反应。

通常来讲，刀具材料的硬度越高的话，耐磨性就会越好。不过这种情况并非绝对。比如各种工具钢的硬度大致是相同的，然而耐磨性却有着很大的差别。合金工具钢里的合金碳化物分布在马氏体基体上，这种情况下比单纯的马氏体组织的耐磨性要高。高速工具钢中含有质量分数在 10%到 20%之间的合金碳化物，它的耐磨性比一般的合金工具钢要高。常用硬质合金含有较多的合金碳化物，质量分数在 85%至 95%之间。这种硬质合金的耐磨性比高速工具钢高 15 到 20 倍。

2. 强度及韧度

现有刀具材料里，高速工具钢具备较高的强度以及韧度，所以能够在重负荷条件下进行加工。常用硬质合金的抗弯强度大概只有高速工具钢的 1/3 到 1/2 ，其冲击值还要更低。陶瓷刀具的抗弯强度仅仅是高速工具钢的 1/5 左右，冲击值则低很多。

3. 耐热性

耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志之一。非合金工具钢的耐热性处于较低水平，其能维持切削性能的最高温度仅为 200 到 250 摄氏度。合金工具钢的耐热性较为良好，在 300 至 400 摄氏度的温度范围内仍能保持较好的切削性能。高速工具钢属于高合金工具钢，在 500 到 600 摄氏度的高温环境下，切削性能依然比较好。铸造钴基合金在700~850℃时硬度仍无显著变化。

硬质合金耐热性较高，在 800 到 1000℃的高温环境下还能进行切削。陶瓷刀具在 1200℃的高温下依然能保持很高的硬度。超硬刀具材料（如立方氮化硼）在 1400℃时仍能保持良好的切削性能。

4. 导热性

刀具在进行切削操作时，有一部分热量得由刀具传递出去。所以，刀具的导热性能越好，从刀具传递出去的热量就越多，这样就有利于把切削区的温度降低下来。

5. 工艺性能

刀具材料的工艺性能包含以下几个方面：刀具材料具有被切削的性能；刀具材料具备磨削的性能；刀具材料拥有高温塑性变形的性能；刀具材料具有热处理的性能；刀具材料具备焊接的性能等。

工具钢的工艺性能较为良好。它不但可以进行切削加工，还能够进行热处理。同时，它的磨削加工性能较好，焊接性能也较为良好。

硬质合金硬度较高，所以很难对其进行切削加工。并且因为它的脆性比较大，线膨胀系数与钢存在较大差异，在焊接和磨削的时候容易出现裂纹。