碳素工具钢是指碳的质量分数为0.65％～1.35％的优质高碳钢。用做刀具的牌号一般是T10A和T12A。常温硬度60～64HRC。当切削刃热至200～250℃时，其硬度和耐磨性就会迅速下降，从而丧失切削性能。碳素工具钢多用于制造低速手用工具，如锉刀、手用锯条等。
为了改善碳素工具钢的性能，常在其中加入适量合金元素如锰、铬、钨、硅和钒等，从而形成了合金工具钢。常用牌号有9SiCr、GCrl5、CrWMn等。合金工具钢与碳素工具钢相比，其热处理后的硬度相近，而耐热性和耐磨性略高，热处理性也较好。但与高速钢相比，合金工具钢的切削速度和使用寿命又远不如高速钢，使其应用受到很大的限制。因此，合金工具钢一般仅用于取代碳素工具钢，作一些低速、手动刀具，如手用丝锥、手动铰刀、圆板牙、搓丝板等。
高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。高速钢主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性，且耐热性和淬透性良好，其允许的切削速度是碳素工具钢和合金工具钢的两倍以上。高速钢刃磨后切削刃锋利，故又称之为“锋钢”和“白钢”。高速钢是一种综合性能好、应用范围较广的刀具材料，常用来制造结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀。拉刀、齿轮刀具等。
高速钢按其用途和性能不同，可分普通高速钢和高性能高速钢；按其化学成分不同，又可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢。
1) 普通高速钢是指加工一般金属材料用的高速钢。常用牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。
① W18Cr4V属钨系高速钢，它具有性能稳定，刃磨及热处理工艺控制方便等优点，但因钨价较高，且使用寿命短故使用较少。
② W6Mo5Cr4V2属钨钼系高速钢，它的碳化物分布均匀，抗弯强度，冲击韧度和高温塑性都比W18Cr4V好，但磨削工艺略差。因其使用寿命长、价格低，故被广泛使用。
2) 高性能高速钢是在普通高速钢中再加入一些合金元素，以进一步提高它的耐热性、耐磨性。其切削速度可达50～lOOm／min。主要用于不锈钢、耐热钢、高强度钢等难加工材料的切削加工。有高钒高速钢和超硬高速钢等。
① 高矾高速钢(W12Cr4V4Mo)由于钒、碳含量的增加提高了耐磨性，刀具寿命比普通高速钢提高2～4倍，但是随着钒含量的提高使其磨削性能变差。故使用较少。
② 超硬高速钢是为了加工一些难以加工的材料而发展起来的。其常温硬度。高温硬度、耐热性和耐磨性都比普通高速钢高，具有良好的综合性能，可以加工高温合金、钛合金、难熔合金、超高强度等难以加工的材料。
钴高速钢(如：W2Mo9Cr4VCo8)是一种综合性能较好的超硬高速钢，在国外使用较广，但因我国钴资源缺乏，价格昂贵，故使用不多。铝高速钢(如：2Mo5Cr4V2Al)是我国在钨钼系高速钢(W6MoCr4V2)的基础上研制的一种新型高速钢，其性能已接近钴高速钢，但价格却低得多。铝高速钢的淬火温度较窄，氧化脱碳倾向较严重，因此在使用时需严格控制其热处理工艺。
硬质合金是用粉末冶金方法制造的合金材料，它是由高硬度、高熔点的金属碳化物(WC、TiC等)粉末，用钴等金属粘结剂在高温下烧结而成。
硬质合金的硬度较高，常温下可达89～93HRA，耐磨性和耐热性 均高于工具钢，在800～1000℃时仍能进行正常切削，其切削速度是高速钢的几倍，刀具寿命也提高了几十倍，并能加工高速钢刀具难以切 削加工的材料，因此被广泛应用。但是它也存在抗弯强度和冲击韧度 比高速钢低，刃口不能磨得象高速钢刀具那样锋利等不足之处。
硬质合金按其化学成分和使用特性可分为钨钴类(YG)、钨钛钴类(YT)、钨钛(钽)铌钴类(Yw)和碳化钛基类(YN)等四类。
(1) 钨钴类硬质合金(YG) 是由WC和Co组成的、其韧性、磨削性能和导热性好。主要适用于加工脆性材料(如铸铁)，有色金属和非金属材料。
钨钴合金的常用牌号有YG3、YG6、YG6X和YG8。合金中钴含量越高其韧性越好，适用于粗加工；钴含量低的，用于精加工。另外，细颗粒(YG6X)硬质合金比中颗粒(YG6)硬质合金的硬度高、耐磨性好，但抗弯强度略有降低。
(2) 钨钴钛类硬质合金(YT) 是由WC、TiC和Co组成的。由于在合金中加入了TiC，使其耐磨性提高，但抗弯强度、磨削性能和热导率却有所下降。由于其低温脆性较大，不耐冲击，故仅适用于高速切削一般材料而不宜用来加工脆性材料。
钨钴钛类合金的常用牌号有YT5、YTl4、YTl5、YT30。TiC含量越多的牌号硬度和耐磨性也越高，但抗弯强度和热导率则较低。因此当切削条件比较平稳，要求强度和耐磨性高时，应选用TiC含量多的牌号；当刀具在切削过程中承受冲击和振动容易引起崩刃时，应选用TiC含量少的牌号。
(3) 钨钛钽(铌)钴类硬质合金(Yw) 在合金中加入适量的碳化钽(TaC)或碳化铌(NaC)以提高合金的高温硬度、强度、耐磨性、粘结温度和抗氧化性。同时，韧性也有所提高，具有较好的综合切削性能。主要用于加工难以切削的材料和断续切削。其常用牌号有Ywl和YW2。
(4) 碳化钛基类硬质合金(YN) 是由TiC为硬质相，用镍(Ni)、钼(Mo)为结合剂的硬质合金。其优点是硬度高、抗粘结能力、抗月牙洼磨损能力和抗氧化能力都很强。在1000℃以上的高温下，仍能进行切削加工。适用于合金钢、工具钢，淬火钢等作连续精加工，常用牌号有YN05、YNl0。
常用硬质合金牌号及其应用场合，见表1-8。 5、超硬刀具材料及其他刀具材料
1) 金刚石是自然界中最硬的材料，其硬度可达10000HV。天然金刚石价格昂贵，很少使用。人造金刚石以石墨为原料经高温烧结而成，主要用于高速精细车削、镗削有色金属及其合金和非金属材料。切削铜合金或铝合金时切削速度可达800～3800m／min。由于金刚石刀具具有较高的耐磨性，加工尺寸稳定和刀具使用寿命长，所以常应用在数控机床、组合机床和自动机床上，加工后表面粗糙度可达0.1～0.025μm。但金刚石刀具耐热性差，切削温度不宜超过700—800℃；强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削；与铁有较强的化学亲合力，故不适合加工黑色金属。
2) 立方氮化硼是用高温高压的方法制成的。立方氮化硼的优点是化学稳定性好，切削温度在1000℃以下不会氧化，因此在高速切削淬硬钢、冷硬铸铁时，刀具的粘结、扩散磨损较小。同时其耐热性比金刚石好，摩擦因数小，硬度和耐热性仅次于金刚石。具有良好的切削性能和磨削工艺性，能用一般金刚石砂轮磨削。
立方氮化硼刀具一般是采用硬质合金为基体的复合立方氮化硼双层刀片，主要用于加工高硬度(64～70HRC)的淬硬钢和冷硬铸铁、高温合金等难加工材料。
3) 陶瓷的主要成分是氧化铝（A1203），其硬度、耐热性和耐磨。性均比硬质合金高，允许的切削速度比硬质合金高20％～25％。在切削时，摩擦因数小，切削时不粘刀，不容易产生积屑瘤，能获得较小的表面粗糙度值和尺寸稳定性。其缺点是脆性大，切削时易崩刃，因此在使用范围上受到很大的限制。目前我国研制出的金属陶瓷材料，主要用于切削硬度为45～55HRC的工具钢和淬火钢。
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