Pendant le fonctionnement, les outils de coupe sont soumis à des pressions de coupe, des frottements et des forces d'impact importantes, générant des températures de coupe élevées. Travailler dans cet environnement à haute-température, haute-pression et haute-friction, l'utilisation de matériaux inappropriés entraînera l'usure ou la rupture rapide de l'outil. Par conséquent, les matériaux des outils doivent répondre à plusieurs exigences fondamentales.
1. Dureté élevée et bonne résistance à l'usure
La dureté est une caractéristique fondamentale que doivent posséder les matériaux d’outils. Pour qu'un outil coupe les copeaux d'une pièce, sa dureté doit être supérieure à la dureté du matériau de la pièce. La dureté du tranchant des outils utilisés pour couper des matériaux métalliques est généralement supérieure à 60 HRC.
Pour les matériaux en acier à outils au carbone, la dureté doit être supérieure à 62 HRC à température ambiante ; l'acier rapide-a une dureté de 63 à 70 HRC ; et les outils en carbure cémenté ont une dureté de 89 à 93 HRC.
La résistance à l’usure est la capacité d’un matériau d’outil à résister à l’usure. Généralement, plus la dureté du matériau de l’outil est élevée, meilleure est la résistance à l’usure. Plus la dureté est élevée, plus le nombre est élevé, plus les particules sont petites et plus la répartition des points durs (tels que les carbures et les nitrures) dans la structure métallographique du matériau de l'outil est uniforme, meilleure est la résistance à l'usure. Elle est également liée à la composition chimique, à la résistance, à la microstructure et à la température de la zone de friction du matériau de l'outil.
2. Résistance et endurance suffisantes
Pour éviter l'écaillage et la casse lorsque l'outil est soumis à une pression élevée ainsi qu'aux chocs et vibrations qui se produisent habituellement lors de la coupe, le matériau de l'outil doit avoir une résistance et une ténacité suffisantes. Généralement, plus la ténacité est élevée, plus la force de coupe à laquelle elle peut résister est importante.
3. Résistance thermique élevée
La résistance à la chaleur est un indicateur majeur de la performance de coupe des matériaux des outils. Elle est généralement mesurée par la capacité à maintenir une dureté, une résistance à l'usure, une résistance et une ténacité élevées à des températures élevées, également appelée dureté à chaud.
Plus la dureté du matériau de l'outil à haute température est élevée, meilleure est la résistance à la chaleur, plus la résistance à la déformation plastique et à l'usure à haute température est forte et plus la vitesse de coupe autorisée est élevée.
En plus de leur dureté à haute-température, les matériaux des outils doivent également avoir la capacité de résister à l'oxydation à haute température et une bonne résistance à l'adhésion et à la diffusion. Cette caractéristique est appelée stabilité chimique.
4. Bonnes propriétés thermophysiques et résistance aux chocs thermiques
Plus la conductivité thermique du matériau de l'outil est bonne, plus il est facile pour la chaleur de coupe d'être évacuée de la zone de coupe, réduisant ainsi la température de la partie coupante du matériau de l'outil et réduisant l'usure de l'outil.
Une conductivité thermique plus élevée signifie que la chaleur est évacuée plus facilement, réduisant ainsi le gradient de température sur la surface de l'outil ; un faible coefficient de dilatation thermique peut réduire la déformation thermique ; et un petit module élastique peut réduire l'amplitude de la contrainte alternée provoquée par la dilatation thermique.
Les matériaux d'outils présentant une bonne résistance aux chocs thermiques peuvent être utilisés avec des fluides de coupe pendant l'usinage.
5. Bonne traitabilité
Les outils doivent non seulement avoir de bonnes performances de coupe, mais également être faciles à fabriquer. Cela nécessite que le matériau de l'outil ait une bonne aptitude au traitement, comme des performances de forgeage, des performances de traitement thermique, des performances de soudage, des performances de meulage et une déformation plastique à haute température-.
6. Efficacité économique
L'efficacité économique est l'un des indicateurs importants des matériaux d'outils. Le développement de matériels d'outils doit être combiné avec la situation actuelle des ressources du pays, qui revêt une importance économique et stratégique significative.
Même si certains outils sont très chers à l’unité, leur coût par pièce n’est pas forcément élevé en raison de leur longue durée de vie. Par conséquent, l’efficacité économique doit être prise en compte lors de la sélection des outils. De plus, dans les systèmes d'usinage avancés, les outils doivent avoir des performances de coupe stables et fiables, avec un certain degré de prévisibilité et une fiabilité élevée.