Leikkaustyökaluihin kohdistuu käytön aikana huomattava leikkauspaine, kitka ja iskuvoimat, mikä synnyttää korkeita leikkauslämpötiloja. Työskentely tässä korkeassa-lämpötilassa, korkeassa-paineessa ja suuressa-kitkaisessa ympäristössä sopimattomien materiaalien käyttö aiheuttaa työkalun nopean kulumisen tai rikkoutumisen. Siksi työkalumateriaalien tulee täyttää useita perusvaatimuksia.
1. Korkea kovuus ja hyvä kulutuskestävyys
Kovuus on perusominaisuus, joka työkalumateriaaleilla tulee olla. Jotta työkalu leikkaa lastuja työkappaleesta, sen kovuuden on oltava suurempi kuin työkappaleen materiaalin kovuus. Metallimateriaalien leikkaamiseen käytettävien työkalujen terän kovuus on yleensä yli 60 HRC.
Hiilityökaluterästen materiaalien kovuuden tulee olla yli 62 HRC huoneenlämpötilassa; pikateräksen kovuus on 63-70 HRC; ja kovametallityökalujen kovuus on 89-93 HRC.
Kulutuskestävyys on työkalumateriaalin kykyä kestää kulutusta. Yleensä mitä korkeampi työkalumateriaalin kovuus, sitä parempi kulutuskestävyys. Mitä suurempi kovuus, sitä suurempi luku, sitä pienempiä hiukkasia ja mitä tasaisemmin kovien pisteiden (kuten karbidien ja nitridien) jakautuminen työkalumateriaalin metallografisessa rakenteessa on, sitä parempi kulutuskestävyys. Se liittyy myös työkalumateriaalin kemialliseen koostumukseen, lujuuteen, mikrorakenteeseen ja kitkavyöhykkeen lämpötilaan.
2. Riittävä lujuus ja sitkeys
Halkeilun ja rikkoutumisen estämiseksi, kun työkalu altistuu korkealle paineelle sekä leikkauksen aikana tavallisesti esiintyville iskuille ja tärinälle, työkalun materiaalin tulee olla riittävän lujaa ja sitkeää. Yleensä mitä suurempi sitkeys, sitä suurempi leikkausvoima se kestää.
3. Korkea lämmönkestävyys
Lämmönkestävyys on tärkeä työkalu materiaalien leikkaussuorituskyvyn indikaattori. Se mitataan yleensä kyvyllä säilyttää korkea kovuus, kulutuskestävyys, lujuus ja sitkeys korkeissa lämpötiloissa, joka tunnetaan myös kuumakovuutena.
Mitä korkeampi{0}}työkalumateriaalin kovuus korkeassa lämpötilassa on, sitä parempi lämmönkestävyys, sitä vahvempi on plastisen muodonmuutoksen ja kulumisen kesto korkeissa lämpötiloissa ja sitä suurempi on sallittu leikkausnopeus.
Korkean lämpötilan{0}}kovuuden lisäksi työkalumateriaalien tulee kestää hapettumista korkeissa lämpötiloissa ja hyvä adheesion- ja diffuusionkestävyys. Tätä ominaisuutta kutsutaan kemialliseksi stabiiliudeksi.
4. Hyvät lämpöfyysiset ominaisuudet ja lämpöshokin kestävyys
Mitä parempi työkalumateriaalin lämmönjohtavuus on, sitä helpompi leikkauslämpö johdetaan pois leikkausvyöhykkeeltä, jolloin työkalumateriaalin leikkausosan lämpötila laskee ja työkalun kuluminen vähenee.
Suurempi lämmönjohtavuus tarkoittaa, että lämpö johdetaan helpommin pois, mikä vähentää lämpötilagradienttia työkalun pinnalla; pieni lämpölaajenemiskerroin voi vähentää lämpömuodonmuutosta; ja pieni kimmomoduuli voi vähentää lämpölaajenemisen aiheuttaman vaihtelevan jännityksen amplitudia.
Työkalumateriaaleja, joilla on hyvä lämpöiskunkesto, voidaan käyttää leikkausnesteiden kanssa koneistuksen aikana.
5. Hyvä prosessoitavuus
Työkaluilla tulee olla hyvä leikkaussuorituskyky, mutta myös helppo valmistaa. Tämä edellyttää työkalun materiaalin hyvää prosessoitavuutta, kuten taontakykyä, lämpökäsittelykykyä, hitsauskykyä, hiontakykyä ja korkean lämpötilan plastista muodonmuutosta{1}}.
6. Taloudellinen tehokkuus
Taloudellinen tehokkuus on yksi tärkeimmistä työkalumateriaalien mittareista. Työkalumateriaalien kehittäminen tulee yhdistää maan todelliseen resurssitilanteeseen, jolla on merkittävä taloudellinen ja strateginen merkitys.
Vaikka jotkin työkalut ovat erittäin kalliita yksikkökohtaisesti, niiden hinta osaa kohden ei välttämättä ole korkea niiden pitkän käyttöiän vuoksi. Siksi työkaluja valittaessa on otettava huomioon taloudellinen tehokkuus. Lisäksi edistyneissä koneistusjärjestelmissä työkaluilta vaaditaan vakaa ja luotettava leikkaussuorituskyky, jolla on tietty ennustettavuus ja korkea luotettavuus.