【超硬刀具材料】超硬刀具材料有哪些 超硬刀具主要材料

超硬刀(dao)具材(cai)料是指與天然(ran)金剛石(shi)的(de)(de)硬度、性(xing)能相近的(de)(de)人(ren)造金剛石(shi)和(he)CBN（立方氮化硼）。由于天然(ran)金剛石價格比較(jiao)昂(ang)貴，所以生產上大多采用(yong)人造聚晶金剛石（PCD）、聚晶立(li)方氮化硼（PCBN），以(yi)及它(ta)們的復(fu)合材料(liao)。

材質及規格

1、圓管：1~2032mm 厚度：0.15~12mm

2、方管(guan)：5*5~300*300mm 厚度：0.3~8.0mm

3、矩(ju)形(xing)管(guan)：5*10~200*300 mm 厚(hou)度：0.3~8.0 mm

4、橢圓(yuan)管：10*20~125*300mm 厚度：0.4~6.0mm

5、平橢管：10*20~63*172mm 厚度：0.4~6.0mm

6、花管：15.9~88.9mm 厚度(du)：0.7~2.0mm

7、角鋼：15*15~100*100mm 厚度(du)：0.8~6.0mm

8、扁鋼10*20~100*200 mm 厚度：0.8~6.0mm

不銹鋼板材質及規格：201、202、304、304L、316L、321、430等。

寬*長：

1000mm*2000mm 厚度0.3mm～85mm

1220mm*2440mm 厚度0.3mm～85mm

1204mm*3050mm 厚度0.3mm～85mm

1500mm*6000mm 厚度0.3mm～85mm本(ben)質(zhi)

人(ren)工合成(cheng)單(dan)晶(jing)金剛(gang)石的尺(chi)寸(cun)、形狀和(he)性能(neng)都具(ju)有良好(hao)的一致性，目前由于高溫高壓的技術(shu)日趨(qu)成(cheng)熟，能(neng)夠(gou)制備(bei)具(ju)有一定尺(chi)寸(cun)的人(ren)工合成(cheng)單(dan)晶(jing)金剛(gang)石，De Beers公司和美國生(sheng)產的合成單(dan)晶(jing)金(jin)剛(gang)石顆(ke)粒尺寸可達(da)9-10mm,使其在生產中應(ying)用迅(xun)速發展。尤其在加工高耐磨(mo)的層狀木板時，其性能要優于PCD金剛石，不會引(yin)起(qi)刃口過早鈍化。

人造聚晶金剛石(PCD)

PCD又稱金(jin)(jin)剛(gang)石燒結體，是在高溫超高壓條件下，通(tong)過鈷等金(jin)(jin)屬結合劑將金(jin)(jin)剛(gang)石微粉聚合成的(de)(de)多晶體材料。其硬度(du)雖低于天(tian)然單晶金(jin)(jin)剛(gang)石，但(dan)它(ta)是隨(sui)機取(qu)向的(de)(de)金(jin)(jin)剛(gang)石晶粒的(de)(de)聚合，屬各向同性(xing)，用作刀具(ju)時可(ke)以(yi)任(ren)意取(qu)向刃(ren)磨，無需(xu)像ND必須選用(yong)最佳的(de)解理面(mian)作(zuo)為前刀面(mian)。在切削時(shi)，切削刃對意外損壞不很敏感，抗磨損能力也很強，可(ke)長(chang)時(shi)間保持鋒利的(de)切削刃，加(jia)工(gong)時(shi)可(ke)采用(yong)很高的(de)切削速度(du)和較大(da)的(de)吃刀量(例如在車(che)削或鏜(tang)削鋁合金、黃銅、青銅及(ji)其合金時，切削速度為300-1000m/min,進給量為(wei)0.05-0.5mm/r,吃刀量可達10mm),使用(yong)壽命一般高(gao)于硬質合金(WC基(ji))刀具10-500倍，而且PCD原料來(lai)源豐富，其價(jia)格只(zhi)有ND的(de)幾(ji)十分之一至(zhi)十幾(ji)分之一，因此應(ying)用廣泛，成為傳統WC刀(dao)具的高性(xing)能替(ti)代品。

PCD的(de)性(xing)能與金剛石(shi)的(de)晶(jing)粒尺(chi)寸及結合(he)劑的(de)含量有(you)關。De Beers公司生產的(de)PCD刀(dao)片有(you)002、010和025幾種，晶粒(li)的平均尺寸(cun)分別為2、10和25微(wei)米。晶(jing)粒尺寸(cun)越(yue)大(da)，耐磨性越(yue)好，但刃口質量稍差(cha)，難以(yi)制成高精(jing)度刀具。相反，用細(xi)晶(jing)粒PCD制成的刀具(ju)、刃口質量好。

為提高PCD刀片的韌性和可焊性，通(tong)常將PCD與(yu)硬質合(he)(he)金復合(he)(he)做成復合(he)(he)刀片(PCD/CC),即以硬(ying)質(zhi)合金為(wei)基底(di)，在其表面燒結或壓制一層0.5-1mm厚的(de)PCD而成。這種復合刀片(pian)(又稱壓層刀片)的抗彎(wan)強度與硬質(zhi)合金基(ji)本一(yi)致(zhi)，而(er)工作表面的硬度接近整體PCD，且可(ke)焊性(xing)好，重(zhong)磨(mo)容易(yi)，成本低，故應用(yong)廣泛。PCD/CC常用焊或機夾方(fang)式制作刀具。英國Smith公司研制多層金(jin)剛(gang)石(shi)復合片(pian)，其頂層金(jin)剛(gang)石(shi)濃(nong)度為100%,往(wang)下(xia)逐步下(xia)降，同時硬質合(he)金逐漸(jian)增加，到(dao)襯(chen)底(di)全(quan)部為硬質合(he)金。這(zhe)種復(fu)合(he)片的(de)強(qiang)度高(gao)，抗沖(chong)擊(ji)性能好，特別適用于吃刀量(liang)大、有沖(chong)擊(ji)載荷(he)的(de)加工(gong)使(shi)用。日本住(zhu)友電工(gong)公司采(cai)用鐵基合(he)金作基體(ti)，所制造的(de)金剛(gang)石復(fu)合(he)片鉆頭因PCD與(yu)鋼刀(dao)體有(you)親和作用(yong)，可保證復合(he)片(pian)與(yu)刀(dao)體的連結更為(wei)牢固。

必(bi)須指出(chu)，PCD刀具的刃口鋒利性和加工的工件表面質量均不如ND,同時其可(ke)加工性很(hen)差，磨削比小，難以(yi)根據(ju)刀頭的(de)幾何形狀(zhuang)任意成形，至今(jin)還不能(neng)方便地制造帶斷屑槽的(de)可(ke)轉位PCD刀(dao)片和立銑(xian)刀(dao)等幾何形狀復雜的產品。

聚晶立方(fang)氮化硼(PCBN)和聚晶立方氮化(hua)硼復合片(PCBN/CC)PCBN或PCBN/CC制造方法(fa)與PCD或(huo)PCD/CC相(xiang)似(si)，是以(yi)CBN為原(yuan)料，經(jing)高(gao)溫(wen)高(gao)壓制成(cheng)聚晶立方氮化硼或其復合片(PCBN/CC)。PCBN/CC的性能(neng)兼有較好的韌性和較高的硬度及(ji)耐磨性，抗彎強度可(ke)達1.47GPa,可經(jing)多次重磨(mo)使用。

PCBN的性能與CBN的粒度、含量及(ji)結合劑(ji)種類(lei)(lei)有關，按其組織大(da)致可分為兩大(da)類(lei)(lei)∶一(yi)類(lei)(lei)是由CBN晶粒直接結合而成，CBN含量多(70%以(yi)上),硬度(du)高，適(shi)用于耐(nai)熱合金、鑄鐵和(he)鐵系燒(shao)結金屬的切削加工；另一類是以CBN晶粒為主體，通(tong)過(guo)陶瓷(ci)結合劑(主要有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等)燒結而成，這類(lei)PCBN中(zhong)CBN含量少(70%以下),硬(ying)度低，適(shi)用于(yu)淬硬(ying)鋼的(de)切削加(jia)工。

CVD金剛石

PCD、PCBN和人工合(he)成(cheng)單晶金剛石均是在高溫高壓(ya)下合(he)成(cheng)的，而CVD金剛石(shi)是(shi)在低壓下合成的

CVD金剛石有兩種形式(shi)∶CVD薄膜涂層(CD)和CVD厚膜(TFD)。

CD是(shi)用(yong)CVD工(gong)藝，在硬質合金基體(常用K類(lei)合(he)金)上沉積一層(ceng)厚度約10-30微(wei)米，由多晶組成的(de)膜狀(zhuang)金剛石而成。因(yin)基體易(yi)于(yu)制成復(fu)雜形狀(zhuang)，故適用(yong)于(yu)幾何(he)形狀(zhuang)復(fu)雜的(de)刀(dao)具。據報道，美(mei)國(guo)和日本(ben)等國(guo)家已相繼推出了CD的絲錐(zhui)、鉆頭(tou)、立銑刀和帶斷屑槽的可轉位刀片(如瑞典Sandvik公(gong)司的CD1810和美國Kennametal公司(si)的KCD25牌號)等產(chan)品，用(yong)于有(you)色金屬和非金屬材(cai)料的高(gao)速精(jing)密加工，刀具壽命比未涂層的硬質合金刀具提高(gao)近十(shi)倍，有(you)些(xie)甚至數十(shi)倍。

TFD是沉積(ji)厚度可達1mm的無(wu)襯底金(jin)剛石厚膜，根據需(xu)要再將厚膜切割成一定的大小，然后(hou)焊(han)在硬質合金(jin)刀片上(shang)使用。

TFD有很好(hao)的綜合性(xing)能，它(ta)沒(mei)有天然金剛石各向異性(xing)的缺點，由于(yu)不(bu)用(yong)金屬結合劑，雜質含量低，純(chun)度(du)接(jie)近(jin)100%,故(gu)硬(ying)度(du)和熱導(dao)率(lv)比(bi)PCD更高，摩擦因數(shu)更小，化學穩定性更好，可采(cai)用比PCD刀(dao)具更高的切削速度(du)，韌性和強(qiang)度(du)則稍低(di)于PCD。外國(guo)已有TFD的商品供應。TFD未來可取代昂貴的天然金剛(gang)石刀具或PCD金剛石刀具。

電鍍金剛石或電鍍CBN

電(dian)鍍金(jin)剛石或電(dian)鍍CBN是(shi)以金屬鎳和(he)鈷(gu)等作結合劑，利(li)用電鍍(du)工藝把金剛石(shi)或CBN的(de)細小顆粒包鑲在一定尺寸和幾(ji)何形狀的(de)刀具(ju)基體(ti)表面，再(zai)經適當修磨制(zhi)(zhi)成。此法制(zhi)(zhi)造(zao)工藝簡單，只需要電(dian)鍍(du)設備(bei)即(ji)可。例如，鄭州磨料磨具(ju)磨削研究所和山(shan)東蓬萊金剛(gang)石(shi)工具(ju)廠等(deng)生產的(de)電(dian)鍍(du)金剛(gang)石(shi)或電(dian)鍍(du)CBN鉸(jiao)刀(dao)屬于這(zhe)類(lei)刀(dao)具。使用表明，用其可成功地(di)加工尺(chi)寸精度(du)(du)和(he)幾何形(xing)狀精度(du)(du)都小于2Mm、表面粗(cu)糙度達(da)Ra0.2-0.1微米的孔。例如，廣泛用于液(ye)壓隨(sui)動系(xi)統(tong)和燃油系(xi)統(tong)精密偶件的閥(fa)孔，目前(qian)生產上最終工(gong)序大多以(yi)這種鉸刀加工(gong)。

性能特點

金剛石具有(you)極高的硬(ying)度和耐(nai)磨性，其顯微硬(ying)度可達10000HV，是刀具(ju)材(cai)(cai)(cai)料中最(zui)硬的材(cai)(cai)(cai)料。同時(shi)(shi)它(ta)的摩擦系(xi)數(shu)小，與非鐵金屬無親和力，切屑易流出(chu)，熱(re)導(dao)率高，切削時(shi)(shi)不易產生積屑瘤，加工(gong)表面質量(liang)好。能(neng)有效(xiao)地加工(gong)非鐵金屬材(cai)(cai)(cai)料和非金屬材(cai)(cai)(cai)料，如(ru)銅、鋁等有色(se)金屬及其(qi)合金、陶瓷、末燒結的硬質合金、各(ge)種纖(xian)維和顆粒加強(qiang)的復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料、塑料、橡膠、石墨、玻璃和各(ge)種耐磨的木(mu)材(cai)(cai)(cai)（尤其(qi)是實心木(mu)和膠合板等復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料）。

金(jin)剛石的缺點是韌(ren)性差，熱穩定(ding)性低。700℃～800℃時容易碳化，故不(bu)適于加(jia)工鋼鐵(tie)材料(liao)。因(yin)為(wei)在高(gao)溫下(xia)鐵(tie)原子容易與碳原子作用而使其轉化為(wei)石墨結(jie)構。此外，用它切削鎳基合(he)金時，同樣也會迅速(su)磨損。

CBN的(de)硬(ying)度僅次(ci)于金剛石(shi)（可達(da)8000HV～9000HV），并(bing)且熱穩(wen)定(ding)性(xing)高（達1250℃～1350℃），對鐵族(zu)元(yuan)素化學惰性大，抗粘結能力(li)強，而且用金剛石砂輪即可(ke)磨削開刃，故適于加工各種淬(cui)硬(ying)鋼(gang)、熱噴涂材料、冷硬(ying)鑄鐵和35HRC以(yi)上的鈷基和鎳基等難切削材料。