刀具材料的演變是由碳鋼→合金工具鋼→高速鋼→鈷鉻鎢合金鋼→碳化物→被覆碳化物等為一連串漸近式的變化。這些刀具材料商業化的參考年限如表1示。目前用在切削加工的刀具材料以高速鋼、被覆高速鋼、碳化物、被覆碳化物、陶瓷/瓷金、鑽石/氮化硼等六大類為主幹，如表2示。

1. 碳鋼

製造刀具用碳鋼之含碳量為1.00～1.25％。唯有滲入少量之鎢、鉻、錳、矽等以增加硬度及軔性。高碳鋼須經淬火硬化使鋼中之碳成為硬脆之碳化鐵（Fe3C）。淬火溫度約15000ºF，投入油中或水中急冷之。但此時質脆，須再經過回火，使部分之碳化鐵結晶析出，再行急冷之。
高碳鋼主要的缺點是硬化深度淺，對回火的軟化抵抗小，切削耐久性低，高溫硬度亦低。其有效的切削溫度僅約400ºF，如切削溫度超過500ºF時即喪失硬度，不能做切削工作，故高碳鋼並無紅硬性。因此高碳鋼僅適於製造低速切削的刀具，如鑽頭、鉸刀、螺絲攻等。

2.合金工具鋼

合金工具鋼是碳鋼內添加鉻、鎢、鉬、釩、錳、矽等元素，以改良碳鋼的各種缺點。其所含特殊元素主要的作用為增加硬化能，析出特殊碳化物以增加耐磨耗性，增加回火時的軟化抵抗等。切削用合金工具鋼有鉻鋼、鉻-鎢鋼、鉻-鎢-釩鋼、鎳鋼等。
(1) 鉻鋼
鉻可增加硬化能，對回火軟化具有抵抗性，所以鉻鋼在高溫時也有相當高的硬度。銼刀可以用含1.3～1.5%C的高碳工具鋼製造，但是添加少量的鉻時可增加硬度及耐磨耗性，所以高級的銼刀採用高碳低鉻鋼製造。
(2) 鉻-鎢鋼及鉻-鎢-釩鋼
切削用合金鋼大多數採用鉻-鎢鋼。鎢容易生成特殊碳化物，可增加鋼的淬火硬度及高溫硬度，而使磨耗抵抗及切削性增大。因鎢對硬化能無影響，所以再添加鉻以增加硬化能。因此鉻-鎢鋼兼有兩種元素的改良效果。高碳鉻-鎢鋼用於製造螺絲攻、鑽頭、弓鋸鋸條、其他的切削工具等。
鎢-鉻-釩鋼含鉻及W量較少，而V的作用與W相同，故此種鋼的用途與鉻-鎢鋼大致相同。
(3) 鎳鋼
鎳可以增加鋼的強度和韌性。所以鎳鋼用於製造需要韌性的帶鋸或圓鋸鋸片。#p#副标题#e#

3. 高速鋼

高速鋼（HSS）係含有鎢、鉻、釦、釩、鈷等元素之合金鋼，約在2350ºF淬火，於油中或空氣中，可得硬度Rc64 ～65。然後把它在930～1110ºF回火，則產生鎢、釩的碳化物，可增加硬度到Rc66～67。高速鋼硬度比碳鋼為高，耐磨性佳，並能耐高溫，切削溫度至1000～1100ºF時不減低硬度，因此可增高切削速率及使用壽命。高速鋼自本世紀被發明後，實為機械工業一大改進，爾後鋼鐵業者不斷改進，目前已達接近完美狀態。由於使用目的不同，目前在市面上有兩大系― 鎢系及鉬系，三十餘種不同成份及性能之高速鋼。表3示高速鋼的種類。

(1) 鎢高速鋼
最先發明之18-4-1高速鋼（含18％鎢、4％鉻、1％釩），係鎢系的第一種，後再加入鉬及鈷，則更耐高溫及耐磨之特性。18-4-1高速鋼中加入鈷元素，則其回火軟化後可再增加硬度（謂之二次硬化或回火硬化），高溫硬度亦大，可做強力重切削。在工件、切削條件均相同的情況下，鈷含量愈多，其壽命愈長。
(2) 鉬高速鋼
以l％鉬代替3％鎢而獲得大約相同之耐磨效果，此為鉬系高速鋼。其主要優點是價格便宜，切削速度雖不能高過鎢系含鈷高速鋼，但非高速切削之刀具，如鑽頭、螺絲攻、鉸刀等多採用鉬系高速鋼。雖然目前燒結碳化物已大量的應用於刀具上，但高速鋼具有容易加工及韌性特強之特性，故仍能在市面上被大量的使用。尤其近年來研究粉末冶金術之成功與進步，使高速鋼的性能有極大的改進：

1. 改進磨製困難而不損及刀具耐磨性。
2. 增進韌性而不降低硬度，反可增加Rc0.5～1 。
3. 增進均勻性。
4. 用粉末冶金法製造之高速鋼硬度可達Rc70，可說將近極致。

4. 非鐵鑄合金/鈷路鎢合金

非鐵鑄合金又稱鈷鉻鎢合金，其主要成分為鈷、鉻、鎢與少量的銅、矽、錳等及0.5～3％之碳。常見者有二種：A為Cr25% ,CO65% ,W10％。B為Cr15％、Co60％、W25％。
鈷鉻鎢合金最顯著之特性是切削溫度達1500ºF時不減低硬度，並能保持刀刃之完整，對空氣及化學之侵蝕有堅強的抵抗力，故切削速率比高速鋼較高。刀片的形狀不能鍛製，僅能先予鑄成接近需要的尺寸，再輪磨所需之形狀。其表面硬度為Rc55～65，不必淬火即可使用，若急冷反而不良。因此儘可能減少輪磨，以免減低硬度。

5. 燒結碳化物

燒結碳化物（Cemented carbide/Sinter carbide）亦稱超硬合金是鎢粉末與純碳混合加熱至1470～1830ºF，使鎢被碳飽和成為碳化鎢（WC），再將碳化鎢粉末與低熔點金屬為結合劑混合於模型內，約以1500kg/cm2加壓成形，再經加熱2550～2730ºF，使碳化鎢粉末分子與結合劑粉末分子相互吸引黏著成為WC-CO系合金。此種高溫結合並非將金屬熔化，而是將金屬粉末「燒凝」的方法稱為燒結法或粉末冶金術，其形成物稱為燒結金屬。
鐵族材料（Co、Ni、Fe）為碳化鎢及其他高溫碳化物（如TIC）之結合時相當有效的結合劑。在室溫時WC溶解於C。的溶解度很低(～1% ) ，而溶解於Ni和Fe的溶解度很高（分別為25％和5%）。若碳化物溶解於結合劑的溶解度愈高，燒結後的碳化物會愈脆。因此CO被廣泛地用於碳化鎢之結合劑的主要原因即是WC溶解於CO的溶解度很低。碳化物之C。含量越少，材質就越硬、越脆；鈷含量多，材質就軟、韌性增大。因此含鈷量較高之碳化物刀具常用於粗切削以快速切除工件材料。
燒結碳化物自1926年德國的第一代WIDIA 產品商業化後，幾乎獨佔了刀具世界市場，其主要原因是它具有較高之耐熱性、較高之硬度、較長之使用壽命，唯其韌性較差。
燒結碳化物之級別國際問有不同之標準，其中ISO標準雖為大家所公認。但各先進國家均有其本國規格，而各製造廠商又有其自創之形式編號。每家刀具廠商均提供詳盡的刀具選擇推薦表，使用者先按推薦表選擇適用刀具，經使用一段時問後，運用自己的經驗，再選符合本身機器及工件等條件的刀具。