【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(ying)刀具材(cai)料是(shi)指(zhi)與天然金剛(gang)石的硬(ying)度、性能相近的人造金剛(gang)石和(he)CBN（立方(fang)氮(dan)化硼）。由于天(tian)然金剛石(shi)(shi)價格比較昂貴，所以(yi)生(sheng)產上大多(duo)采用人造聚(ju)晶(jing)金剛石(shi)(shi)（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN），以及它(ta)們(men)的復(fu)合(he)材料。

材質及規格

1、圓(yuan)管(guan)：1~2032mm 厚度：0.15~12mm

2、方(fang)管：5*5~300*300mm 厚(hou)度：0.3~8.0mm

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

4、橢圓管：10*20~125*300mm 厚(hou)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：0.8~6.0mm

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

不(bu)銹(xiu)鋼板(ban)材質及(ji)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本質(zhi)

人工合(he)成單(dan)晶(jing)金剛(gang)石(shi)的尺(chi)寸、形狀和性能(neng)都具有良(liang)好(hao)的一致性，目前由于高溫高壓(ya)的技術日趨成熟(shu)，能(neng)夠制備具有一定(ding)尺(chi)寸的人工合(he)成單(dan)晶(jing)金剛(gang)石(shi)，De Beers公司和美國生產的合成單(dan)晶金剛石(shi)顆粒(li)尺寸可(ke)達(da)9-10mm,使其在生產中應用迅速發展。尤其在加工高(gao)耐(nai)磨的(de)層(ceng)狀木板時，其性能要優于(yu)PCD金剛(gang)石，不會(hui)引起(qi)刃口過早鈍化(hua)。

人造聚晶金剛石(PCD)

PCD又稱金(jin)剛石(shi)燒結體，是在(zai)高(gao)溫超高(gao)壓條件(jian)下，通過鈷等(deng)金(jin)屬結合劑將(jiang)金(jin)剛石(shi)微粉聚(ju)合成的(de)多晶(jing)體材料。其硬(ying)度雖低于天(tian)然單晶(jing)金(jin)剛石(shi)，但它是隨機(ji)取向(xiang)的(de)金(jin)剛石(shi)晶(jing)粒的(de)聚(ju)合，屬各向(xiang)同性，用作刀具時可(ke)以(yi)任意取向(xiang)刃磨，無需(xu)像ND必須選(xuan)用(yong)最佳的(de)解理面作為前刀面。在切(qie)(qie)削(xue)時(shi)，切(qie)(qie)削(xue)刃對意(yi)外(wai)損壞不很(hen)敏感，抗磨損能力(li)也(ye)很(hen)強，可長時(shi)間保持鋒(feng)利的(de)切(qie)(qie)削(xue)刃，加工(gong)時(shi)可采(cai)用(yong)很(hen)高的(de)切(qie)(qie)削(xue)速(su)度和較大(da)的(de)吃刀量(例如(ru)在車削(xue)或鏜削(xue)鋁(lv)合金、黃銅、青銅及其合金時，切削(xue)速度為300-1000m/min,進給量為0.05-0.5mm/r,吃(chi)刀量(liang)可達10mm),使用壽(shou)命一般高于(yu)硬質(zhi)合金(WC基)刀具10-500倍，而(er)且PCD原料來源豐富，其價格只有ND的幾十分(fen)之一(yi)至十幾分(fen)之一(yi)，因此應用廣(guang)泛(fan)，成為傳統WC刀具的高性能(neng)替代品。

PCD的(de)(de)性能與金剛石的(de)(de)晶(jing)粒尺(chi)寸及結合劑的(de)(de)含量(liang)有關。De Beers公(gong)司生產(chan)的PCD刀片有002、010和025幾種，晶粒(li)的平均(jun)尺寸分(fen)別為(wei)2、10和25微米。晶粒(li)尺寸(cun)越(yue)大，耐磨性越(yue)好，但刃(ren)口質量(liang)稍差，難以(yi)制成高精度(du)刀具。相反，用(yong)細晶粒(li)PCD制成(cheng)的刀具(ju)、刃口質量好。

為提(ti)高(gao)PCD刀(dao)片的韌(ren)性(xing)和可焊性(xing)，通常將(jiang)PCD與硬質合(he)(he)金復(fu)合(he)(he)做成復(fu)合(he)(he)刀片(pian)(PCD/CC),即以(yi)硬(ying)質合(he)金為基底(di)，在其表面燒(shao)結或壓(ya)制(zhi)一層0.5-1mm厚的PCD而成。這種(zhong)復合刀片(又稱壓層刀片)的抗彎強度與硬(ying)質(zhi)合(he)金基本一致(zhi)，而工(gong)作表面的硬(ying)度接近(jin)整體PCD，且可焊性好，重磨容易，成本(ben)低，故應(ying)用廣泛。PCD/CC常用焊或機夾方式制作刀具。英國Smith公司研制多層金(jin)剛石復合片，其頂層金(jin)剛石濃度為100%,往下逐步下降，同時硬質合(he)(he)金逐漸增(zeng)加(jia)，到(dao)襯底全部為硬質合(he)(he)金。這種復合(he)(he)片(pian)的(de)強度(du)高，抗沖(chong)擊性能好，特別適用(yong)于吃刀量大、有(you)沖(chong)擊載荷的(de)加(jia)工使用(yong)。日本住(zhu)友電(dian)工公司采用(yong)鐵(tie)基合(he)(he)金作基體，所制(zhi)造(zao)的(de)金剛石復合(he)(he)片(pian)鉆頭因PCD與鋼刀(dao)體有(you)親(qin)和作(zuo)用，可保證復(fu)合(he)片與刀(dao)體的(de)連(lian)結更為牢固。

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(bi)小，難(nan)以根據刀(dao)頭的(de)幾何(he)形狀任(ren)意(yi)成形，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(he)形狀復雜(za)的產(chan)品。

聚晶立方(fang)氮化硼(PCBN)和聚晶立(li)方氮化硼復(fu)合片(PCBN/CC)PCBN或PCBN/CC制(zhi)造方(fang)法與(yu)PCD或PCD/CC相似，是(shi)以CBN為(wei)原料(liao)，經高溫高壓制成聚晶立方氮化硼或其復合片(PCBN/CC)。PCBN/CC的性能兼有較好的韌性和較高的硬度(du)及耐磨性，抗(kang)彎強度(du)可達1.47GPa,可經多(duo)次(ci)重磨使用。

PCBN的性能與CBN的粒(li)度、含量及結(jie)合(he)劑種類(lei)有關，按其組織(zhi)大致(zhi)可分為兩大類(lei)∶一類(lei)是(shi)由CBN晶粒直接(jie)結(jie)合而成，CBN含量多(70%以上),硬(ying)度(du)高，適(shi)用于耐熱合金、鑄鐵和鐵系(xi)燒結金屬(shu)的(de)切削加工(gong)；另一類是以CBN晶粒為主體(ti)，通過陶(tao)瓷結(jie)合劑(ji)(主(zhu)要有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等)燒結(jie)而成，這類PCBN中CBN含量少(70%以下(xia)),硬度(du)低，適用于淬硬鋼的切削加工(gong)。

CVD金剛石

PCD、PCBN和人工合(he)成單晶(jing)金剛石均是在高溫高壓下合(he)成的，而CVD金剛(gang)石是在(zai)低壓下合成的

CVD金剛(gang)石有兩種形式(shi)∶CVD薄膜涂層(CD)和CVD厚(hou)膜(TFD)。

CD是(shi)用CVD工藝，在(zai)硬質合金(jin)基體(ti)(常(chang)用K類(lei)合金)上沉積一(yi)層厚度約(yue)10-30微米，由多晶組成(cheng)的膜狀金剛石而成(cheng)。因基(ji)體(ti)易于(yu)制成(cheng)復雜形(xing)狀，故適用于(yu)幾(ji)何形(xing)狀復雜的刀具。據報道(dao)，美國(guo)和日(ri)本(ben)等國(guo)家已相繼推(tui)出了CD的(de)絲錐、鉆(zhan)頭、立銑刀(dao)和帶斷屑槽的(de)可轉位刀(dao)片(如瑞典(dian)Sandvik公司的CD1810和(he)美國Kennametal公司的KCD25牌號(hao))等產品，用于有(you)色金(jin)屬和非金(jin)屬材(cai)料的高速精(jing)密加工(gong)，刀具壽(shou)命比(bi)未涂層的硬質合金(jin)刀具提(ti)高近十(shi)(shi)倍(bei)，有(you)些甚(shen)至數十(shi)(shi)倍(bei)。

TFD是沉(chen)積厚度可達(da)1mm的無襯底金(jin)剛(gang)石厚(hou)膜，根據需要(yao)再將厚(hou)膜切(qie)割成一定的大小，然后焊在硬(ying)質(zhi)合(he)金(jin)刀片上使用。

TFD有(you)很好的綜(zong)合性能，它(ta)沒有(you)天然(ran)金剛(gang)石各向異(yi)性的缺點，由于不(bu)用金屬結合劑，雜質含(han)量低，純度接近100%,故硬度(du)和熱導率(lv)比(bi)PCD更(geng)(geng)高，摩擦因數更(geng)(geng)小，化(hua)學穩定(ding)性更(geng)(geng)好，可(ke)采用(yong)比PCD刀具更高的切削速(su)度，韌性和強(qiang)度則稍低于PCD。外國已有TFD的商(shang)品供應。TFD未來可(ke)取代昂貴的天然金剛石刀具或PCD金剛石刀具。

電鍍金剛石或電鍍CBN

電(dian)鍍金剛石或電(dian)鍍CBN是以金(jin)(jin)屬鎳和鈷等作結合劑，利用電(dian)鍍工(gong)藝把金(jin)(jin)剛石或CBN的(de)(de)細小顆粒包鑲在一定(ding)尺(chi)寸和幾何形狀的(de)(de)刀(dao)具基體表面(mian)，再經適當修磨制成(cheng)。此法制造工藝簡(jian)單(dan)，只需(xu)要(yao)電鍍設備即(ji)可。例如，鄭州(zhou)磨料(liao)磨具磨削研究所和山東蓬萊金(jin)剛石工具廠等(deng)生(sheng)產的(de)(de)電鍍金(jin)剛石或(huo)電鍍CBN鉸刀(dao)屬于(yu)這類(lei)刀(dao)具。使用(yong)表明，用(yong)其(qi)可成(cheng)功地加(jia)工(gong)尺寸(cun)精度和幾何形狀精度都小于(yu)2Mm、表面粗糙(cao)度達(da)Ra0.2-0.1微米的孔。例如(ru)，廣泛用于液壓隨(sui)動(dong)系統和(he)燃油(you)系統精密偶件的閥(fa)孔，目(mu)前生產上最終工序大(da)多(duo)以這種(zhong)鉸刀加工。

性能特點

金剛石具有極高的硬度(du)(du)和耐磨性，其顯微硬度(du)(du)可達10000HV，是(shi)刀具材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)中最硬的材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。同時(shi)(shi)它的摩擦系數(shu)小，與非鐵(tie)金屬無(wu)親和(he)(he)力，切屑易流出，熱導率高，切削時(shi)(shi)不易產(chan)生積(ji)屑瘤，加(jia)工(gong)表(biao)面質量(liang)好。能有效地(di)加(jia)工(gong)非鐵(tie)金屬材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)和(he)(he)非金屬材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，如銅、鋁(lv)等有色金屬及其合(he)金、陶瓷、末燒(shao)結的硬質合(he)金、各(ge)種(zhong)纖維和(he)(he)顆粒加(jia)強的復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)、塑料(liao)(liao)(liao)、橡膠(jiao)(jiao)、石墨、玻璃(li)和(he)(he)各(ge)種(zhong)耐磨的木材(cai)(cai)（尤其是(shi)實心木和(he)(he)膠(jiao)(jiao)合(he)板等復(fu)合(he)材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)）。

金剛石的缺點是韌性(xing)差，熱穩定性(xing)低(di)。700℃～800℃時容易(yi)碳化，故不適于加工鋼鐵(tie)材(cai)料。因為(wei)在高溫(wen)下鐵(tie)原子容易(yi)與碳原子作(zuo)用而(er)使(shi)其轉化為(wei)石墨結(jie)構。此(ci)外，用它切(qie)削鎳基(ji)合金時，同樣也會迅速磨(mo)損(sun)。

CBN的硬度僅次于金(jin)剛石（可(ke)達8000HV～9000HV），并且熱(re)穩(wen)定(ding)性高(gao)（達1250℃～1350℃），對鐵族元素(su)化學惰性大，抗粘結(jie)能力強，而且用(yong)金剛石(shi)砂(sha)輪(lun)即可磨削開刃，故(gu)適于(yu)加(jia)工各種淬硬(ying)鋼、熱噴(pen)涂材料、冷硬(ying)鑄鐵和35HRC以上的鈷基和鎳基等難切削材料。