钛合金、不锈钢这类材料导热性差、化学活性高、亲和力强,在高速切削的过程中容易加剧刀具磨损。目前应用最为广泛地刀具是涂层硬质合金刀具,但是涂层的会导致刀尖散热条件更差,进一步加剧刀具的磨损。梯度结构硬质合金由于表面梯度层的存在可以有效的改善合金的耐磨性和导热性等,而纳米晶硬质合金由于晶粒细化能够明显提高硬质合金的强度和硬度,因此纳米晶梯度硬质合金兼具梯度结构硬质和纳米晶硬质合金的优点,满足直接应用于钛合金与不锈钢的高速切削加工的性能要求。本文首先选择合适的粉末粒度来制备纳米晶梯度硬质合金;其次研究合金成分对纳米晶梯度硬质合金的影响;最终选择组织性能优异的合金成分制备成纳米晶梯度硬质合金刀具进行钛合金和不锈钢的高速切削研究,取得主要结果如下:（1）粉末粒度的降低可以有效的降低烧结后纳米晶梯度硬质合金的晶粒尺寸,提高梯度层厚度以及提高合金的性能,但是当粉末过于细小时,烧结后的合金组织分布不均匀,而且性能较差。当WC粉末粒度为200nm、Co粉末粒度为100nm时,合金的组织性能优异。（2）随着Co含量的增加,纳米晶梯度硬质合金的断裂韧性和梯度层厚度会随之增加,但是同样会增大合金的晶粒尺寸,降低合金的硬度。（3）Ti（C,N）作为梯度形成组元可以制备出表面富钴层梯度硬质合金,合金的梯度层厚度随着Ti（C,N）含量的增加而降低;V（C,N）作为梯度形成组元可以制备出表面贫钴层与表面富钴层两种不同梯度结构的纳米晶梯度硬质合金,但是当V（C,N）含量大于2%时,合金的性能下降。（4）自制纳米晶梯度硬质合金刀具与国产超细晶硬质合金涂层刀具YBG202和进口涂层刀具GC1105高速切削钛合金结果发现,在切削相同长度时,Co10Ti2后刀面磨损量为YBG202的22.7%、GC1105的55.6%。（5）对比自制纳米晶梯度硬质合金刀具与超细晶硬质合金涂层刀具YBG202和进口中等粒度的梯度硬质合金涂层刀具GC4225高速切削不锈钢结果发现,切削相同长度时,Co10Ti2后刀面磨损量为YBG202的22.6%、GC4225的83%。