Durante il funzionamento, gli utensili da taglio sono soggetti a notevoli pressioni di taglio, attrito e forze di impatto, generando temperature di taglio elevate. Lavorando in questo ambiente ad alta-temperatura, alta-pressione e alto-attrito, l'utilizzo di materiali inappropriati causerà l'usura o la rottura rapida dello strumento. Pertanto, i materiali degli utensili dovrebbero soddisfare diversi requisiti di base.
1. Elevata durezza e buona resistenza all'usura
La durezza è una caratteristica fondamentale che i materiali per utensili devono possedere. Affinché uno strumento possa tagliare trucioli da un pezzo, la sua durezza deve essere maggiore della durezza del materiale del pezzo. La durezza del tagliente degli utensili utilizzati per il taglio di materiali metallici è generalmente superiore a 60 HRC.
Per i materiali in acciaio al carbonio per utensili, la durezza deve essere superiore a 62 HRC a temperatura ambiente; l'acciaio super rapido-ha una durezza di 63-70 HRC; e gli utensili in metallo duro hanno una durezza di 89-93 HRC.
La resistenza all'usura è la capacità di un materiale per utensili di resistere all'usura. In generale, maggiore è la durezza del materiale dell'utensile, migliore è la resistenza all'usura. Maggiore è la durezza, maggiore è il numero, più piccole sono le particelle e più uniforme è la distribuzione dei punti duri (come carburi e nitruri) nella struttura metallografica del materiale dell'utensile, migliore è la resistenza all'usura. È anche correlato alla composizione chimica, alla resistenza, alla microstruttura e alla temperatura della zona di attrito del materiale dell'utensile.
2. Forza e tenacità sufficienti
Per evitare scheggiature e rotture quando l'utensile è sottoposto ad alta pressione e agli urti e alle vibrazioni che solitamente si verificano durante il taglio, il materiale dell'utensile deve avere resistenza e tenacità sufficienti. In generale, maggiore è la tenacità, maggiore è la forza di taglio che può sopportare.
3. Elevata resistenza al calore
La resistenza al calore è un indicatore importante delle prestazioni di taglio dei materiali degli utensili. Di solito viene misurata dalla capacità di mantenere elevata durezza, resistenza all'usura, resistenza e tenacità alle alte temperature, nota anche come durezza a caldo.
Maggiore è la durezza alle alte-temperature del materiale dell'utensile, migliore è la resistenza al calore, maggiore è la resistenza alla deformazione plastica e all'usura alle alte temperature e maggiore è la velocità di taglio consentita.
Oltre alla durezza alle alte-temperature, i materiali degli utensili dovrebbero anche avere la capacità di resistere all'ossidazione alle alte temperature e una buona resistenza all'adesione e alla diffusione. Questa caratteristica è chiamata stabilità chimica.
4. Buone proprietà termofisiche e resistenza agli shock termici
Migliore è la conduttività termica del materiale dell'utensile, più facile sarà la conduzione del calore di taglio lontano dalla zona di taglio, riducendo così la temperatura della parte tagliente del materiale dell'utensile e l'usura dell'utensile.
Una maggiore conduttività termica significa che il calore viene allontanato più facilmente, riducendo così il gradiente di temperatura sulla superficie dell'utensile; un piccolo coefficiente di dilatazione termica può ridurre la deformazione termica; e un piccolo modulo elastico può ridurre l'ampiezza delle sollecitazioni alternate causate dalla dilatazione termica.
I materiali per utensili con buona resistenza agli shock termici possono essere utilizzati con fluidi da taglio durante la lavorazione.
5. Buona lavorabilità
Gli utensili non dovrebbero solo avere buone prestazioni di taglio ma anche essere facili da produrre. Ciò richiede che il materiale dell'utensile abbia una buona lavorabilità, come prestazioni di forgiatura, prestazioni di trattamento termico, prestazioni di saldatura, prestazioni di molatura e deformazione plastica ad alta-temperatura.
6. Efficienza economica
L'efficienza economica è uno degli indicatori importanti dei materiali per utensili. Lo sviluppo dei materiali per utensili dovrebbe essere combinato con l'effettiva situazione delle risorse del paese, che ha una significativa importanza economica e strategica.
Sebbene alcuni strumenti siano molto costosi per unità, il loro costo per parte non è necessariamente elevato a causa della loro lunga durata. Pertanto, nella scelta degli strumenti si dovrebbe considerare l’efficienza economica. Inoltre, nei sistemi di lavorazione avanzati, gli utensili devono avere prestazioni di taglio stabili e affidabili, con un certo grado di prevedibilità ed elevata affidabilità.