【超硬刀具材料】超硬刀具材料有哪些 超硬刀具主要材料

超硬刀具(ju)材料是指(zhi)與天然金剛(gang)石的(de)硬度、性能相(xiang)近的(de)人(ren)造(zao)金剛(gang)石和CBN（立方(fang)氮化硼）。由于天然金剛石價格比較昂貴，所以生(sheng)產上(shang)大(da)多(duo)采用人造聚晶(jing)金剛石（PCD）、聚晶立方氮化硼(peng)（PCBN），以(yi)及(ji)它們的復合材料。

材質及規格

1、圓管：1~2032mm 厚度：0.15~12mm

2、方管：5*5~300*300mm 厚度：0.3~8.0mm

3、矩形管：5*10~200*300 mm 厚(hou)度：0.3~8.0 mm

4、橢(tuo)圓(yuan)管：10*20~125*300mm 厚(hou)度：0.4~6.0mm

5、平(ping)橢管(guan)：10*20~63*172mm 厚度：0.4~6.0mm

6、花管：15.9~88.9mm 厚度：0.7~2.0mm

7、角鋼：15*15~100*100mm 厚度：0.8~6.0mm

8、扁鋼10*20~100*200 mm 厚(hou)度：0.8~6.0mm

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

寬*長：

1000mm*2000mm 厚(hou)度0.3mm～85mm

1220mm*2440mm 厚度0.3mm～85mm

1204mm*3050mm 厚(hou)度0.3mm～85mm

1500mm*6000mm 厚(hou)度0.3mm～85mm本質

人工(gong)合成單晶金剛(gang)石(shi)的(de)(de)尺(chi)寸(cun)、形狀和性(xing)能都具有良好的(de)(de)一致性(xing)，目前由于(yu)高(gao)溫高(gao)壓的(de)(de)技術(shu)日趨成熟(shu)，能夠制備具有一定尺(chi)寸(cun)的(de)(de)人工(gong)合成單晶金剛(gang)石(shi)，De Beers公司和美國生(sheng)產的合成單晶金(jin)剛(gang)石顆(ke)粒尺寸可達(da)9-10mm,使其在生產(chan)中應(ying)用迅速(su)發展。尤其在加(jia)工高耐磨的層狀木板時，其性能要優于PCD金剛石，不(bu)會引(yin)起刃口過早鈍化。

人造聚晶金剛石(PCD)

PCD又(you)稱金(jin)剛(gang)(gang)石燒結體，是在高溫超(chao)高壓條件下，通過鈷(gu)等金(jin)屬結合劑將金(jin)剛(gang)(gang)石微粉(fen)聚合成的(de)(de)多晶體材(cai)料。其硬(ying)度(du)雖低于天然單(dan)晶金(jin)剛(gang)(gang)石，但它是隨機取向(xiang)(xiang)的(de)(de)金(jin)剛(gang)(gang)石晶粒的(de)(de)聚合，屬各向(xiang)(xiang)同性，用(yong)作(zuo)刀具時可以任意取向(xiang)(xiang)刃磨，無需像ND必須選用最(zui)佳的解理面作為前刀面。在(zai)切削(xue)時，切削(xue)刃(ren)對(dui)意外損壞不很(hen)(hen)敏感(gan)，抗磨損能力也(ye)很(hen)(hen)強，可(ke)長時間保持(chi)鋒(feng)利的切削(xue)刃(ren)，加工(gong)時可(ke)采用很(hen)(hen)高的切削(xue)速度(du)和較大的吃刀量(liang)(例如(ru)在車削或鏜削鋁合(he)金(jin)、黃(huang)銅、青銅及其(qi)合(he)金(jin)時，切削速(su)度為300-1000m/min,進給量為0.05-0.5mm/r,吃(chi)刀量(liang)可達10mm),使用壽命(ming)一般(ban)高于硬質合金(WC基(ji))刀(dao)具10-500倍，而且PCD原料(liao)來(lai)源豐(feng)富，其價(jia)格只有(you)ND的幾(ji)十(shi)分(fen)之(zhi)一至十(shi)幾(ji)分(fen)之(zhi)一，因此應用廣泛，成(cheng)為傳統WC刀具的高性能替代品。

PCD的性能與金剛(gang)石的晶粒(li)尺寸及結合劑的含量有關。De Beers公司生(sheng)產(chan)的PCD刀片有002、010和025幾種(zhong)，晶粒的平均尺寸分別為2、10和25微(wei)米。晶粒(li)尺寸越(yue)大，耐磨性越(yue)好，但刃口(kou)質量稍差，難以制成高精度刀具(ju)。相反(fan)，用細晶粒(li)PCD制成的刀(dao)具(ju)、刃口質量好。

為提高PCD刀片的韌(ren)性和可(ke)焊性，通常將(jiang)PCD與硬質(zhi)合金復合做成復合刀(dao)片(PCD/CC),即以硬(ying)質合(he)金為基(ji)底，在其表面(mian)燒(shao)結或(huo)壓制一(yi)層(ceng)0.5-1mm厚(hou)的PCD而成(cheng)。這種復合刀片(又稱(cheng)壓層刀片(pian))的(de)(de)抗彎強度與硬質(zhi)合金基本一(yi)致，而工作表(biao)面(mian)的(de)(de)硬度接(jie)近整(zheng)體PCD，且可(ke)焊性好，重磨容(rong)易(yi)，成本(ben)低，故應(ying)用廣泛。PCD/CC常用(yong)焊或機夾方式制作刀具。英(ying)國Smith公司研制多層金剛石(shi)復合片，其頂層金剛石(shi)濃度為100%,往下逐步下降，同時硬質合(he)金逐漸增加(jia)，到襯(chen)底(di)全部為硬質合(he)金。這種復(fu)合(he)片的強度高，抗沖(chong)擊性能好，特別適用(yong)(yong)于吃(chi)刀量大、有沖(chong)擊載荷的加(jia)工(gong)使(shi)用(yong)(yong)。日本住友電工(gong)公司采用(yong)(yong)鐵基合(he)金作基體，所制造的金剛石復(fu)合(he)片鉆頭因(yin)PCD與(yu)鋼刀體有親和作用，可保證復合片與(yu)刀體的連結更為牢(lao)固。

必須指出，PCD刀具的刃口鋒利性和加工的工件表面質量均不如ND,同時其可加工性很差，磨削比小，難以根據(ju)刀頭的(de)幾(ji)何形(xing)(xing)狀(zhuang)任(ren)意(yi)成形(xing)(xing)，至今還不能方便地制造帶(dai)斷屑槽(cao)的(de)可轉位PCD刀片和立銑刀等幾何形狀復(fu)雜的產品。

聚晶立方(fang)氮化硼(PCBN)和聚晶立方氮(dan)化(hua)硼復(fu)合片(PCBN/CC)PCBN或(huo)PCBN/CC制造方法(fa)與PCD或PCD/CC相似，是(shi)以CBN為原(yuan)料，經高(gao)溫高(gao)壓(ya)制成聚晶立方(fang)氮(dan)化硼(peng)或其復合(he)片(PCBN/CC)。PCBN/CC的(de)(de)性(xing)能兼有較好的(de)(de)韌性(xing)和較高的(de)(de)硬(ying)度及耐磨性(xing)，抗彎強度可達1.47GPa,可經多次重磨使用。

PCBN的(de)性能(neng)與CBN的粒(li)度、含量及結(jie)合劑種(zhong)類有關，按其(qi)組織大致可分為(wei)兩大類∶一類是由CBN晶粒直接結合而成，CBN含量多(70%以上),硬度高，適用于耐熱合金、鑄鐵和(he)鐵系(xi)燒結(jie)金屬(shu)的切削加(jia)工；另一類(lei)是以CBN晶粒(li)為主體，通過(guo)陶(tao)瓷結合劑(主要(yao)有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等)燒結(jie)而(er)成，這類PCBN中CBN含(han)量少(70%以下),硬(ying)度(du)低，適用(yong)于淬硬(ying)鋼的(de)切削加工。

CVD金剛石

PCD、PCBN和人工合成單晶金剛(gang)石均是(shi)在高溫高壓(ya)下(xia)合成的，而CVD金剛石是(shi)在低壓(ya)下合成(cheng)的

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

CD是用CVD工(gong)藝，在硬質(zhi)合金(jin)基體(常用K類合金)上沉積一層厚度(du)約10-30微(wei)米(mi)，由多(duo)晶(jing)組成(cheng)的膜狀金(jin)剛石而成(cheng)。因(yin)基體(ti)易于制成(cheng)復雜形(xing)狀，故適用于幾何形(xing)狀復雜的刀具。據報道，美國和日本等國家已相繼推出(chu)了(le)CD的(de)絲(si)錐、鉆(zhan)頭(tou)、立銑刀和帶斷屑槽(cao)的(de)可轉位刀片(如瑞典Sandvik公司的CD1810和美(mei)國Kennametal公司的KCD25牌號)等(deng)產品，用于有色(se)金(jin)屬(shu)和非金(jin)屬(shu)材料的高速精密加工，刀(dao)具壽命比未涂層的硬質合金(jin)刀(dao)具提(ti)高近(jin)十倍，有些甚至(zhi)數十倍。

TFD是沉積厚(hou)度(du)可達1mm的無襯底金剛石厚膜(mo)，根據需要再將厚膜(mo)切(qie)割(ge)成一(yi)定(ding)的大小(xiao)，然后焊在硬質合金刀片(pian)上使用。

TFD有很好的(de)綜(zong)合性能，它沒有天然金剛(gang)石各向異(yi)性的(de)缺點(dian)，由于不用(yong)金屬結合劑，雜(za)質含量低，純(chun)度(du)接近100%,故硬(ying)度和熱導率比PCD更(geng)高，摩擦因數更(geng)小，化學穩定性更(geng)好，可采用比(bi)PCD刀具更高的切(qie)削速度，韌性和強(qiang)度則(ze)稍低于PCD。外國已有TFD的(de)商品供應。TFD未(wei)來(lai)可取(qu)代昂(ang)貴的天然金剛石刀(dao)具(ju)或PCD金(jin)剛石(shi)刀具。

電鍍金剛石或電鍍CBN

電(dian)鍍金剛石或電(dian)鍍CBN是以金屬鎳和鈷等作(zuo)結合劑，利用電鍍工藝(yi)把金剛石或CBN的(de)細小顆粒包鑲在一定尺寸和幾何形狀的(de)刀具基體表(biao)面，再經適當修磨(mo)制成。此法(fa)制造工藝簡單，只需要電鍍(du)(du)設備即可。例如(ru)，鄭州(zhou)磨(mo)料磨(mo)具磨(mo)削研究(jiu)所和山東(dong)蓬(peng)萊金剛石工具廠等生(sheng)產的(de)電鍍(du)(du)金剛石或電鍍(du)(du)CBN鉸(jiao)刀屬于這類(lei)刀具。使用(yong)表明，用(yong)其可(ke)成功地(di)加工(gong)尺寸精度(du)和幾何(he)形(xing)狀精度(du)都小(xiao)于2Mm、表(biao)面粗糙度達Ra0.2-0.1微米的(de)孔。例如，廣泛用于(yu)液壓隨動系(xi)統(tong)(tong)和燃油系(xi)統(tong)(tong)精密偶件的(de)閥孔，目前生產上最終工序大多以這種鉸刀加(jia)工。

性能特點

金剛石具(ju)有極(ji)高的硬(ying)度和耐磨性，其顯微硬(ying)度可(ke)達10000HV，是(shi)刀(dao)具材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)中最硬的(de)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)。同時它的(de)摩擦系數小，與非(fei)(fei)鐵(tie)金(jin)屬(shu)(shu)無親和力(li)，切(qie)(qie)屑(xie)易流(liu)出，熱導(dao)率高，切(qie)(qie)削(xue)時不易產生積屑(xie)瘤(liu)，加工表面質(zhi)量好。能(neng)有(you)效地加工非(fei)(fei)鐵(tie)金(jin)屬(shu)(shu)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)和非(fei)(fei)金(jin)屬(shu)(shu)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)，如銅、鋁等有(you)色(se)金(jin)屬(shu)(shu)及其合金(jin)、陶瓷、末燒結的(de)硬質(zhi)合金(jin)、各(ge)種纖維和顆粒加強的(de)復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)、塑料(liao)(liao)、橡(xiang)膠、石墨、玻(bo)璃和各(ge)種耐磨的(de)木材(cai)(cai)(cai)（尤其是(shi)實(shi)心木和膠合板等復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)）。

金剛(gang)石的缺點是韌(ren)性(xing)差(cha)，熱穩定性(xing)低。700℃～800℃時容(rong)易碳(tan)(tan)化，故(gu)不適于加工鋼鐵材料。因(yin)為(wei)在高(gao)溫下(xia)鐵原子(zi)(zi)容(rong)易與碳(tan)(tan)原子(zi)(zi)作用而使其轉化為(wei)石(shi)墨(mo)結構。此外(wai)，用它(ta)切削鎳(nie)基(ji)合金時，同樣也會迅速磨損。

CBN的硬度(du)僅次(ci)于金剛石（可達8000HV～9000HV），并且(qie)熱穩定(ding)性高(gao)（達1250℃～1350℃），對鐵族元素化學惰性大，抗粘結能力強，而且用金剛石砂輪即可磨(mo)削開(kai)刃，故適于加工各(ge)種(zhong)淬硬(ying)鋼、熱噴涂材料、冷硬(ying)鑄(zhu)鐵和35HRC以上的鈷基(ji)和(he)鎳基(ji)等難切削材料(liao)。