钛合金、不锈钢等导热系数低、化学活性大,在高速切削时由于散热条件差会加剧刀具磨损甚至发生崩刃现象。目前常用的切削刀具为表面涂覆耐磨、耐高温涂层的硬质合金涂层刀具。由于涂层的隔热作用,导致刀尖温度更高,容易导致刀具磨损加快甚至发生崩刃现象。表层富钴梯度结构硬质合金由于表层有一层富钴层可以有效降低热应力,提高抗热冲击性能。但是目前这种梯度硬质合金主要用于涂层刀具基体,并未直接用于切削刀具使用。这主要是由于目前富钴梯度硬质合金为中等粒度的硬质合金,其耐磨性不足。而超细晶硬质合金具有高硬度、高耐磨性的特点,可提高刀具的使用寿命。深冷处理在降低工件表面粗糙度、增加刀具的耐磨性、提高刀具使用寿命的同时可以减少能源消耗。为了进一步提高刀具的性能,本文结合超细晶硬质合金和梯度结构硬质合金的优点制备超细晶梯度硬质合金刀具,并进行深冷处理,完成钛合金和不锈钢的高速切削。本文首先研究了球磨时间对粉末性能及烧结后超细晶梯度结构硬质合金组织及性能的影响;其次研究了合金成分对超细晶梯度硬质合金梯度层厚度、晶粒尺寸和性能的影响;然后探讨了不同深冷处理工艺对硬质合金组织及性能的影响;最终进行了钛合金和不锈钢的高速切削实验,探讨了超细晶梯度硬质合金刀具的磨损机理。结果表明:（1）随着球磨时间的增长,梯度层厚度、断裂韧性呈先增加后减小的趋势。球磨时间少于15h时,烧结后的组织不均匀;球磨时间高于35h时,异常长大的晶粒较多。在25h时组织均匀且晶粒细小。（2）随着Co含量的增加,梯度层厚度逐渐增加,但WC晶粒长大且硬度降低。Co含量应控制在8-10%（Ta,Nb）C和Ti（C,N）的加入,有利于提高硬度,但降低了梯度层厚度和断裂韧性。（3）连续深冷处理和深冷加回火处理均可以促进Co由α-Co→ε-Co转变,提高断裂韧性。连续深冷处理对硬质合金的组织和硬度没有明显影响;随着深冷加回火次数的增加,硬度明显增加。（4）对比超细晶梯度硬质合金刀具与超细晶硬质合金涂层刀具YBG202和GC1105高速切削钛合金结果发现,在切削相同距离时,Co10Ti2Ta4后刀面最大磨损量为YBG202 的 36.4%、GC1105 的 89%。（5）对比超细晶梯度硬质合金刀具与超细晶硬质合金涂层刀具YBG202和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,切削相同距离时,Co10Ti2Ta2 后刀面磨损量为 YBG202 的 36%、GC4225 的 144%。