Podczas pracy narzędzia skrawające poddawane są działaniu znacznych sił nacisku, tarcia i uderzenia, generujących wysokie temperatury skrawania. Praca w tak wysokiej-temperaturze, pod wysokim-ciśnieniem i w środowisku o wysokim-tarciu, użycie nieodpowiednich materiałów spowoduje szybkie zużycie lub uszkodzenie narzędzia. Dlatego materiały narzędziowe powinny spełniać kilka podstawowych wymagań.
1. Wysoka twardość i dobra odporność na zużycie
Twardość jest podstawową cechą, którą powinny posiadać materiały narzędziowe. Aby narzędzie mogło wycinać wióry z przedmiotu obrabianego, jego twardość musi być większa niż twardość materiału przedmiotu obrabianego. Twardość krawędzi skrawającej narzędzi stosowanych do skrawania materiałów metalowych zazwyczaj przekracza 60 HRC.
W przypadku materiałów ze stali narzędziowej twardość powinna przekraczać 62 HRC w temperaturze pokojowej; stal szybkotnąca-ma twardość 63–70 HRC; a narzędzia z węglika spiekanego mają twardość 89-93 HRC.
Odporność na zużycie to zdolność materiału narzędzia do przeciwstawiania się zużyciu. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa twardość materiału narzędzia, tym lepsza odporność na zużycie. Im wyższa twardość, im większa liczba, tym mniejsze cząstki i im bardziej równomierny rozkład twardych punktów (takich jak węgliki i azotki) w strukturze metalograficznej materiału narzędzia, tym lepsza odporność na zużycie. Jest to również związane ze składem chemicznym, wytrzymałością, mikrostrukturą i temperaturą strefy tarcia materiału narzędzia.
2. Wystarczająca wytrzymałość i wytrzymałość
Aby zapobiec odpryskom i pęknięciom, gdy narzędzie jest poddawane działaniu wysokiego nacisku oraz uderzeniom i wibracjom, które zwykle występują podczas cięcia, materiał narzędzia musi mieć wystarczającą wytrzymałość i ciągliwość. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa wytrzymałość, tym większą siłę cięcia może wytrzymać.
3. Wysoka odporność na ciepło
Odporność na ciepło jest głównym wskaźnikiem wydajności skrawania materiałów narzędziowych. Zwykle mierzy się ją zdolnością do utrzymania wysokiej twardości, odporności na zużycie, wytrzymałości i wytrzymałości w wysokich temperaturach, zwanej również twardością na gorąco.
Im wyższa-wysokotemperaturowa twardość materiału narzędzia, tym lepsza odporność cieplna, tym większa odporność na odkształcenia plastyczne i zużycie w wysokich temperaturach oraz większa dopuszczalna prędkość skrawania.
Oprócz twardości-w wysokiej temperaturze materiały narzędziowe powinny także charakteryzować się odpornością na utlenianie w wysokich temperaturach oraz dobrą odpornością na przyczepność i dyfuzję. Ta cecha nazywana jest stabilnością chemiczną.
4. Dobre właściwości termofizyczne i odporność na szok termiczny
Im lepsza przewodność cieplna materiału narzędzia, tym łatwiej jest odprowadzić ciepło skrawania ze strefy skrawania, obniżając w ten sposób temperaturę części skrawającej materiału narzędzia i zmniejszając zużycie narzędzia.
Większa przewodność cieplna oznacza, że ciepło jest łatwiej odprowadzane, co zmniejsza gradient temperatury na powierzchni narzędzia; mały współczynnik rozszerzalności cieplnej może zmniejszyć odkształcenie termiczne; a mały moduł sprężystości może zmniejszyć amplitudę naprężeń przemiennych spowodowanych rozszerzalnością cieplną.
Materiały narzędziowe charakteryzujące się dobrą odpornością na szok termiczny można stosować w połączeniu z cieczami obróbczymi podczas obróbki.
5. Dobra przetwarzalność
Narzędzia powinny nie tylko charakteryzować się dobrą wydajnością skrawania, ale także być łatwe w produkcji. Wymaga to, aby materiał narzędzia miał dobrą przetwarzalność, taką jak wydajność kucia, obróbka cieplna, wydajność spawania, wydajność szlifowania i-odkształcenie plastyczne w wysokiej temperaturze.
6. Efektywność ekonomiczna
Efektywność ekonomiczna jest jednym z ważnych wskaźników materiałów narzędziowych. Rozwój materiałów narzędziowych należy powiązać z aktualną sytuacją surowcową kraju, która ma istotne znaczenie gospodarcze i strategiczne.
Chociaż niektóre narzędzia są bardzo drogie w przeliczeniu na jednostkę, ich koszt w przeliczeniu na część niekoniecznie jest wysoki ze względu na ich długą żywotność. Dlatego przy wyborze narzędzi należy wziąć pod uwagę efektywność ekonomiczną. Ponadto w zaawansowanych systemach obróbki wymagane jest, aby narzędzia charakteryzowały się stabilną i niezawodną wydajnością skrawania, przy pewnym stopniu przewidywalności i dużej niezawodności.