对于切削加工来说，数控机床一次性投资很高，而这些先进设备的效率能否发挥出来，很大程度 取决于刀具材料及其性能的好坏。
（一）切削用刀具材料应具有的性能
切削用刀具材料应具备的性能见下表：
希望具备的性能 高硬度（常温及高温状态）
高韧性 高耐热性 热传导能力好
作为刀具使用时的性能
耐磨损坏 耐蹦刃性，耐破损性
耐塑变形性 耐热冲击性，耐热裂纹性
希望具备的性能 化学稳定性良好 低亲和性 磨削成形性能良好性
锋韧性良好
作为刀具使用时的性能 耐氧化性，耐扩散性 耐溶性、凝着性（粘刀）性 刀具制造的高生产率，重磨性 刃口锋利，表面质量好，微小
切削可能
（二）各种刀具材料
目前金属切削工艺中应用的刀具材料，碳素工具钢作为金属切削加工刀具的材料基本被淘汰，合金工具钢也已很少见。随着数控加工的应用普及，以及机夹可转位刀具的广泛应用，刀片材料在世界各国发展非常迅速，除了常用的高速钢和硬质合金外，涂层刀具材料、新型高速钢和硬质合金以及各种新型超硬刀具材料（如：陶瓷材料、金属陶瓷、立方氮化硼和金刚石等）不断出现，并且在汽车工业、宇航工业、国防工业和机器制造业中日益得到广泛的应用，从而使生产效率和刀具寿命大幅度提高，并满足了现代机械制造高精度、高速度要求。
１、高速钢（High Speed Steel，简写标记HSS）
高速钢是含钨（W）、钼（Mo）、铬（Ｃr）、钒（Ｖ）、钴（Ｃo）等元素的高合金钢。它具有较好的韧性，可以承受冲击载荷，化学稳定性、制造工艺性、刃磨性较好，红硬性不如硬质合金好，一般应用在数控加工中的低速切削中。但是一些数控刀具材料生产厂家近1 年来研制了一些新型高速钢，提高了其耐磨耐热性能，也可以用来进行中速切削和对不锈钢等难加工材料的加工。
２、硬质合金（Cemented Carbide）
硬质合金是采用高硬度的金属碳化物（ＷC、TiC、NbC等）与金属粘接剂（Ｃo、Ni等）通过粉末冶金的方法制造的烧结体。它具有较好的较高的硬度、良好的耐磨性和耐热性，使数控机床刀具应用最为广泛的材料，适于数控加工的中速和高速切削。ISO标准中把硬质合金分为P、M、K三类，其中P类主要用于长切屑黑色金属加工，如钢、不锈钢、可锻铸铁等；M类主要用于长切屑或短切屑黑色金属和有色金属加工，如钢、锰钢、奥氏体不锈钢等；K类主要用于短切屑黑色金属、有色金属和非金属材料的加工，如铸铁、有色金属等。但是一些数控刀具材料生产厂家通过调整金属碳化物与金属粘接剂的比例和粒度，研制了一些新型硬质合金，改变了原有硬质合金的性能，在硬度和韧性等性能指标方面进行调整，用来适应一些特殊加工需要，如超耐磨硬质合金、超微粒子硬质合金等。我国生产的硬质合金主要有碳化钨基类和碳化钛基类两大类。其中国产碳化钨基类硬质合金刀具材料品种，基本分为三大类：一是以WC为主的加上钻粘结剂的钨钴类，牌号为“YG”；第二类是以WC+TiC为主的加上钻粘结剂的钨钴钛类，牌号为“YT”；第三类是在WC+TiC的基础上，加入少量的NbC（碳化铌）、TaC（碳化钽）等碳化物，形成一种所谓“万能型”的硬质合金，牌号为“YW”。但是随着技术的进步和从国外引进 2 材料品种的增多，硬质合金的牌号也不仅限于以上几个种类，具体编号、性能和应用可以参照相关硬质合金刀具材料生产厂家产品样本。
３、陶瓷（Ceramics）
陶瓷材料是在氧化铝（Al2O3）基体内加入属氧化物、碳化物或氮化物的无机非金属材料。早期的陶瓷刀片由于脆性、不均匀性和强度低，同时又因使用不当，因此其应用没有取得令人满意的效果。通过对陶瓷材料的例子细微化和高密度化等方面的改进，现在有了强度高、材质均匀、质量稳定的各类陶瓷刀片，配合功率更高、刚性更好的高速数控机床，其应用已经取得了重大进展，如晶须强化陶瓷刀片、致密氮化硅基陶瓷刀片、赛隆陶瓷刀片等。
陶瓷材料的硬度高达91～95HRA，耐磨性好；在1200℃高温下仍能保持良好的切削性能；具有良好的化学稳定性，较低的磨擦系数，较强的抗粘结磨损与抗扩散磨损能力。这种材料的主要缺点是抗湾强度低、耐冲击性能差。因此目前主要用于高速精车、精铣与半精车、半精铣等。部分韧性较高的陶瓷刀具材料也可用于粗车或粗铣。
4、立方氮化硼（简称CBN）
CBN是20世纪70年代出现的超硬刀具材料。是氮化硼（BN）的同素异形体，其结晶结构与金刚石相似。在分子结构构成上主要有单晶体和聚晶体两大类。单晶体主要用于制造砂轮，聚晶体用作制造切削刀具，可制成圆形，方形，三角形等各种形状的无孔刀片。CBN具有良好的是耐热性，能够在1300℃的高温下保持其硬度，因而也具有有良好的耐磨性，可在高速下切削高温合金。其切削速度比硬质
3 合金高4～6倍。另外，它还具有良好的化学稳定性，在1200～1300℃高温下也不与铁族金属起化学作用，表现出良好的抗氧化和抗化学侵蚀的性能。所以，CBN刀具在加工钢铁材料的应用方面，具有比其它超硬刀具材料（如金刚石刀具）更广泛的用途。
聚晶CBN可做成整体刀片，也可做成复合刀片，即以硬质合金为基体，在高温高压下，使聚晶CBN和硬质合金形成一个整体，在硬质合金上烧结一层厚度为0.5mm左右的聚晶CBN，构成复合刀片。这种刀片既具有CBN的硬度和耐磨性，又兼有硬质合金的韧性，所以具有良好的使用性能。根据加工中需要的形状和尺寸，可制成复合CBN的各种可转位刀片。
立方氮化硼刀片主要用于精加工与半精加工。一般适用于加工硬度≥HRC45的冷硬铸铁、合金结构钢、工具钢、高速钢、轴承钢以及硬度≥HRC35的镍基合金、钴基合金、高钴粉末冶金零件。其寿命比硬质合金高达十几倍，目前得到了广泛的应用。近些年来，国内外刀具生产厂家新研制的CBN复合刀片进一步提高了韧性和强度，已被用于粗加工程序，在成形面加工用的成形刀具和加工淬硬齿面齿轮的齿轮刀具等方面取得辽很好的应用效果。
由于CBN刀具硬度高，韧性不足，所以在使用立方氮化硼刀片时应选择刚性好、功率足够的机床。避免刀柄振动，刀柄的伸出量尽可能小。采用负前角切削加工。一般情况下推荐采用冷却液，刃口倒钝处理，特别是在进行间断切削时。要在刀片开始变钝时立即换刀，可 4 采用比硬质合金大的切削速度和进给量，听到颤声时要立即停止切削。
5、金刚石
金刚石刀具材料有天然单晶金刚石与人造聚晶金刚石（PCD）两种。天然金刚石作为切削刀具材料，已有很长历史，而人造聚晶金刚石作为切削刀具材料还是近期的事。聚晶金刚石刀片绝大多数是将聚晶金刚石微粉与硬质合金基体一起烧结而成。
（1）天然单晶金刚石
天然单晶金刚石是目前最硬的物质，具有极好的耐磨性，可切削极硬的材料而长时间保持尺寸稳定；同时刀具的刃口极为锋利，具有很小的摩擦系数，加工表面粗糙度Ra可达纳米级，比较适合用于超精加工。但是，其抗弯曲强度较低，韧性很差，不能承受较大的切削力和振动冲击，热稳定性不好，当切削温度达到700～800℃时，就会失去硬度。另外它具有较强的与铁族元素的亲合力，所以一般不适合于加工钢铁。它价格较高。单晶金刚石刀具主要用于有色金属及合金的超精密加工和用于非金属材料加工，如酚醛塑料等。
（2）人造聚晶金刚石（PCD）
PCD是在高温高压下由一层人造金刚石微粉加溶剂和催化剂聚合而成的多晶体材料。一般以硬质合金为基体结合成整体刀片。聚晶金刚石层的厚度为0.5mm左右，可用电火花线切割切成需要的不同形状、角度和尺寸的刀片。聚晶金刚石的硬度比天然金刚石低，但其金刚石微粒是无规则的排列，无方向性，再加上硬质合金基体的支承，
5 抗弯强度比天然金刚石强，具有良好的抗冲击和抗振性能。聚晶金刚石刀片与硬质合金相比，其硬度、耐磨性和寿命更高，刀刃锋利，加工精度稳定，生产效率高，适用于有色金属和非金属材料的高速、高精度加工，特别适合加工高硅铝合金、碳纤复合材料等。
6、金属陶瓷（Cermet）
金属陶瓷是以碳化钛（TiC）、氮化钛（TiN）以及碳氮化钛（TiCN）为基体，以镍（Ni）为粘结剂，加入少量其它材料（如Cr、Mo、W等）构成的复合材料，其性质介于硬质合金和陶瓷之间。它的的硬度和红硬性高于硬质合金，低于陶瓷；其抗弯强度高于陶瓷低于硬质合金。特别是金属陶瓷的化学稳定性很好，具有良好的抗氧化性和抗月牙洼磨损的性能，在高温下具有较高的抗与钢的反应能力，所以能够得到优良的加工表面光洁度。金属陶瓷制造工艺性较好，相对于陶瓷刀具可以在刀片上方便的压出断屑槽，用于控制切屑的流动和进行断屑。金属陶瓷刀具具有较高的寿命。
金属陶瓷刀具一般应用于硬度低于45HRC的金属材料的高/中速精加工和半精加工，如各种铸铁、合金钢、不锈钢、耐高温合金等，但是它不适合于加工淬硬钢和高硅铝合金，一些刀具材料生产厂家目前也提供可以用于一般钢、合金钢高效率粗加工的金属陶瓷刀片。目前，金属陶瓷刀片在实际应用中逐渐代替硬质合金刀片或陶瓷刀片，提高了生产效率，降低了产生成本，在机夹可转位刀片中已经成为占有较大比重的部分。
7、涂层硬质合金刀具材料
6 硬质合金材料由于是粉末冶金材料，虽然相对于高速钢其具有高硬度、高耐磨性、良好的红硬性的特点，但是高速大功率切削时，容易产生粘接磨损，耐热冲击性能不好，容易产生崩刃。而高速钢材料虽然具有韧性好、工艺性好、刀刃锋利的特点，但是其红硬性、耐磨性欠佳的特点使之在实际应用中受到较大的限制。涂层刀具材料就是为了提高刀具（刀片）的表面硬度和改善其耐磨性、润滑性，通过化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）或者了物理化学气相沉积（P-CVD）技术在硬质合金或高速钢的基体上（其中以涂层硬质合金刀具材料应用最为广泛），涂上极薄的一层或多层硬度高、耐磨性好、抗氧化、耐腐蚀、抗粘结的金属化合物材料所构成的新型刀具材料。
涂层硬质合金材料既有基体的韧性，又有高硬度、抗氧化、耐腐蚀的性能，在生产中显示出很大的优越性。20世纪70年代初，碳化钛单涂层硬质合金出现后，把普通硬质合金的切削速度从80m/min提高到180m/min；1976年碳化钛（TiC）—氧化铝(Al2O3)双涂层硬质合金问世，把切削速度提高到250m/min；1981年国外出现了碳化钛—氧化铝—氮化钛三涂层硬质合金，使切削速度提高到300m/min，目前，各种复合涂层技术、金刚石涂层技术等相继问世并投入使用。切削速度的大幅度的提高，既提高了加工效率，又避免切削过程中积屑瘤的生成，从而改善了加工质量并延长了刀具的使用寿命。由于涂层硬质合金刀片可以适应较广泛加工范围，即以少量的几种刀片就能完成品种繁多的普通硬质合金刀片才能完成的切削任务，因此它的出
7 现，使刀具材料的品种和刀具的库存数量大大减少，使加工成本投入降低，并简化了刀具的管理。
目前各工业发达国家在涂层硬质合金的研究和推广使用方面，发展非常迅速。涂层硬质合金刀具在机夹可转位刀具刀片中已经成为主要组成部本，在各种材料的高速高效率加工中起着不可替代的作用。
