עם העלייה במהירות החיתוך, קצב הסרת המתכות משתפר מאוד. קצב העיקול הגבוה של חומרים (כ-1.67 × 10⁵/s במהירות חיתוך של 500 מ' לדקה וטמפרטורת חיתוך שמגיעה ל-1400 מעלות) הופך את תהליך היווצרות השבב ותופעות שונות המתרחשות על משטח המגע בין הכלי לחומר העבודה לשונים מאלו בתנאי חיתוך מסורתיים. הקשיחות החמה ובלאי הכלים של הכלי הופכים לבעיות קריטיות. כדי להשיג חיתוך מהיר-, חומרי כלים מתאימים וטכנולוגיות ייצור כלים חיוניים.
ניתן לחלק חומרי כלי חיתוך מתכת הנמצאים כיום בשימוש לתשע קטגוריות, החל מפלדה במהירות גבוהה, בעלת מהירות החיתוך הנמוכה ביותר ועמידות הבלאי הגרועה ביותר, ועד כלי יהלום רב גבישי, בעלי הביצועים המהירים ביותר-. חיתוך מהיר-מצריך גם חומרי כלי עם קשיחות טובה, עמידות גבוהה בפני פגיעות ועמידות טובה בפני שחיקה.
באופן כללי, כלים בעלי ביצועים- נמוכים יותר, כגון פלדה במהירות גבוהה- וקרביד צמנט לא מצופה, נמצאים בשימוש נרחב בתהליכי חיתוך רגילים, אך הביצועים המהירים- שלהם גרועים. כלי חיתוך בעלי ביצועים גבוהים, כגון כלי יהלום פולי-גבישי (PCD), הם החומרים הקשים ביותר מכל חומרי הכלים, בעלי עמידות בפני שחיקה ויכולות מהירות גבוהות במיוחד. לחיתוך חום אין כמעט השפעה עליהם, מה שהופך אותם לעליונים במיוחד בעיבוד-במהירות גבוהה של מתכות לא-ברזליות וחומרים לא-מתכתיים. עם זאת, עמידות הפגיעה שלהם גרועה, והביצועים התרמיים שלהם גרועים מאוד בעת חיתוך פלדה וברזל יצוק. הסיבה לכך היא שבמהלך חיתוך מהיר- של מתכות ברזליות, אטומי פחמן בחומר הכלי מתפזרים לתוך חומר העבודה, ומאיצים את בלאי הכלים.
לכלי קרביד יש את נפח היישום הגדול ביותר, המהווים 80% מסך מכירות הכלים. 90% מחיתוך מתכת במהירויות רגילות משתמש בכלי קרביד. לקרביד יש קשיחות השפעה טובה יחסית, אבל הביצועים המהיר- הגבוהים שלו גרועים. יתר על כן, כלי חיתוך מהירים- חייבים להיות בעלי קשיות חמה ויציבות כימית גבוהה במיוחד, דרישות שקרביד לא יכול לעמוד בהן.
לכלי CBN עמידות מצוינת בחום, המאפשרת להם לחתוך חומרים קשים בטמפרטורות גבוהות, אך הם יקרים ואינם יכולים לעבד מתכות רכות. חומרים קרמיים על בסיס-אלומיניום, עם היציבות הכימית הטובה שלהם, -מתאימים היטב לסוג זה של עיבוד שבבי, אך חסרי קשיות חמה ואינם יכולים לשמש לעיבוד מהיר-.
אחת הבעיות העיקריות שיש לפתור במחקר כלי חיתוך מהירים-היא שילוב היתרונות של חומרי כלים שונים ופיתוח חומרי כלים חדשים אשר בו זמנית בעלי קשיחות פגיעה ועמידות בפני שחיקה גבוהה. כלים חדשים נוצרים על ידי ציפוי חומר מטריצת כלי עם קשיחות טובה עם חומר בעל קשיות חמה טובה ועמידות בפני שחיקה, לעתים קרובות משלב את היתרונות של שני החומרים. לכלים אלה יש מגוון רחב של יישומים ב-חיתוך מהיר.
בהנחיית הרעיון הזה, הופיעו חומרי כלים מרוכבים חדשים כגון כלים מצופים קרביד, כלים מצופים CBN וכלים מצופים PCD כדי להתאים- לחיתוך מהיר של חומרי מתכת שונים.
כלי קרביד מצופה מצופה המתאימים לחיתוך מהיר-, בשל השימוש בחומרי ציפוי בעלי עמידות טובה בחום וקשיות גבוהה, כמו גם טכנולוגיית ציפוי רב-שכבתי, בעלי טווח חיתוך רחב וחיי שירות ארוכים, וביצועי החיתוך שלהם טובים משמעותית מאלו של קרביד צמנט לא מצופה. לכן, קרביד צמנט מצופה מראה מגמה חזקה של החלפת קרביד צמנט לא מצופה רגיל.
טכנולוגיית ציפוי הכלים מתאימה לא רק לכלי קרביד מוצק, אלא גם משיגה תוצאות טובות על חומרי כלים אחרים, כגון cermets וקרמיקה.
כלי חיתוך קרמיים מתאימים גם לחיתוך מהיר- ומהווים חלק חשוב מהמחקר והפיתוח של חומרי הכלים בשנים האחרונות. כלי חיתוך קרמיים מחוזקים עם שפם עשויים מחומר מיוחד, ועמידותם המצוינת בפני פגיעה, קשיחות ועמידות בפני זעזועים תרמיים הופכים אותם-למתאימים היטב לעיבוד מהיר-.
אתגר נוסף עבור כלי חיתוך מהירים-הוא שחיקה או לחיצה של חריצי שוברי שבבים בגיאומטריה ספציפית על התוסף כדי להשיג שבירת שבב ולשלוט בכיוון השבב. זוהי טכנולוגיה חיונית לשיפור יעילות העיבוד ועמידות הכלים.
כלי חיתוך מהירים- צריכים להיות בעלי עמידות מצוינת בפני פגיעות, עמידות בפני זעזועים תרמיים, עמידות טובה יותר בחום, עמידות בפני שחיקה ויציבות כימית, כמו גם ביצועי שבירת שבבים מעולים, ולהיות ניתנים להתאמה למגוון רחב יותר של יישומי חיתוך מתכת.