Během provozu jsou řezné nástroje vystaveny značnému řeznému tlaku, tření a rázovým silám, které generují vysoké řezné teploty. Při práci v tomto prostředí s vysokou-teplotou, vysokým-tlakem a vysokým-třením způsobí použití nevhodných materiálů rychlé opotřebení nebo zlomení nástroje. Materiály nástrojů by proto měly splňovat několik základních požadavků.
1. Vysoká tvrdost a dobrá odolnost proti opotřebení
Tvrdost je základní charakteristikou, kterou by měl mít nástrojový materiál. Aby nástroj odřezával třísky z obrobku, musí být jeho tvrdost větší než tvrdost materiálu obrobku. Tvrdost břitu nástrojů používaných pro řezání kovových materiálů je obecně nad 60 HRC.
U materiálů uhlíkové nástrojové oceli by tvrdost měla být vyšší než 62 HRC při pokojové teplotě; rychlořezná ocel má tvrdost 63–70 HRC; a nástroje ze slinutého karbidu mají tvrdost 89-93 HRC.
Odolnost proti opotřebení je schopnost materiálu nástroje odolávat opotřebení. Obecně platí, že čím vyšší je tvrdost materiálu nástroje, tím lepší je odolnost proti opotřebení. Čím vyšší tvrdost, tím větší číslo, tím menší jsou částice a čím rovnoměrnější je rozložení tvrdých bodů (jako jsou karbidy a nitridy) v metalografické struktuře materiálu nástroje, tím lepší je odolnost proti opotřebení. Souvisí také s chemickým složením, pevností, mikrostrukturou a teplotou třecí zóny materiálu nástroje.
2. Dostatečná pevnost a houževnatost
Aby se zabránilo vylamování a zlomení nástroje, když je nástroj vystaven vysokému tlaku a nárazům a vibracím, ke kterým obvykle dochází při řezání, musí mít materiál nástroje dostatečnou pevnost a houževnatost. Obecně platí, že čím vyšší je houževnatost, tím větší řeznou sílu může odolat.
3. Vysoká tepelná odolnost
Tepelná odolnost je hlavním ukazatelem řezného výkonu nástrojových materiálů. Obvykle se měří schopností udržet vysokou tvrdost, odolnost proti opotřebení, pevnost a houževnatost při vysokých teplotách, také známou jako tvrdost za tepla.
Čím vyšší je tvrdost materiálu nástroje za vysokých{0}}teplot, tím lepší je tepelná odolnost, tím silnější je odolnost proti plastické deformaci a opotřebení při vysokých teplotách a tím vyšší je povolená řezná rychlost.
Kromě tvrdosti při vysokých{0}}teplotách by materiály nástrojů měly mít také schopnost odolávat oxidaci při vysokých teplotách a dobrou odolnost vůči adhezi a difúzi. Tato vlastnost se nazývá chemická stabilita.
4. Dobré termofyzikální vlastnosti a odolnost proti tepelným šokům
Čím lepší je tepelná vodivost materiálu nástroje, tím snáze je řezné teplo odváděno pryč z oblasti řezu, čímž se snižuje teplota řezné části materiálu nástroje a snižuje se opotřebení nástroje.
Větší tepelná vodivost znamená, že teplo je snadněji odváděno pryč, čímž se snižuje teplotní gradient na povrchu nástroje; malý koeficient tepelné roztažnosti může snížit tepelnou deformaci; a malý modul pružnosti může snížit amplitudu střídavého napětí způsobeného tepelnou roztažností.
Nástrojové materiály s dobrou odolností proti tepelným šokům lze použít s řeznými kapalinami při obrábění.
5. Dobrá zpracovatelnost
Nástroje by měly mít nejen dobrý řezný výkon, ale také by měly být snadno vyrobitelné. To vyžaduje, aby materiál nástroje měl dobrou zpracovatelnost, jako je kování, tepelné zpracování, svařovací výkon, brousicí výkon a plastická deformace při vysokých{1}}teplotách.
6. Ekonomická efektivita
Ekonomická efektivnost je jedním z důležitých ukazatelů nástrojových materiálů. Vývoj nástrojových materiálů by měl být kombinován se skutečnou surovinovou situací země, která má významný hospodářský a strategický význam.
Ačkoli jsou některé nástroje velmi drahé na jednotku, jejich náklady na součást nejsou nutně vysoké kvůli jejich dlouhé životnosti. Proto je třeba při výběru nástrojů brát v úvahu ekonomickou efektivitu. Kromě toho se v pokročilých obráběcích systémech vyžaduje, aby nástroje měly stabilní a spolehlivý řezný výkon s určitou mírou předvídatelnosti a vysoké spolehlivosti.