【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)具材料(liao)是指與天(tian)然金剛(gang)石的硬度、性能相近(jin)的人造(zao)金剛(gang)石和CBN（立方氮化(hua)硼(peng)）。由于天然金(jin)剛石(shi)價(jia)格比較昂貴(gui)，所以(yi)生產上大多(duo)采(cai)用人(ren)造聚晶金(jin)剛石(shi)（PCD）、聚晶立方氮(dan)化硼（PCBN），以(yi)及它(ta)們的復合材(cai)料。

材質及規格

1、圓管：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(xing)管：5*10~200*300 mm 厚度：0.3~8.0 mm

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

5、平橢管(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(jiao)鋼：15*15~100*100mm 厚度：0.8~6.0mm

8、扁(bian)鋼(gang)10*20~100*200 mm 厚度：0.8~6.0mm

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

寬*長：

1000mm*2000mm 厚度0.3mm～85mm

1220mm*2440mm 厚度(du)0.3mm～85mm

1204mm*3050mm 厚度0.3mm～85mm

1500mm*6000mm 厚度0.3mm～85mm本質

人工合(he)(he)成(cheng)單晶金剛石的尺(chi)寸、形狀和性(xing)能都具有良好(hao)的一(yi)致性(xing)，目前(qian)由(you)于高溫高壓的技術(shu)日趨成(cheng)熟，能夠(gou)制備(bei)具有一(yi)定尺(chi)寸的人工合(he)(he)成(cheng)單晶金剛石，De Beers公司和美國生產的合成單晶金剛石顆(ke)粒尺寸(cun)可達9-10mm,使其(qi)在(zai)生產中(zhong)應(ying)用迅速發展。尤其(qi)在(zai)加(jia)工高耐(nai)磨的層狀木板時，其(qi)性能要優于PCD金剛石，不會引起刃(ren)口過(guo)早鈍(dun)化。

人造聚晶金剛石(PCD)

PCD又稱金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)燒結(jie)體，是在高溫超高壓條件下(xia)，通過鈷(gu)等金(jin)屬(shu)結(jie)合劑(ji)將金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)微(wei)粉(fen)聚合成(cheng)的(de)多(duo)晶(jing)體材料。其硬度雖低于(yu)天然單晶(jing)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)，但它是隨(sui)機取向的(de)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)晶(jing)粒的(de)聚合，屬(shu)各向同性，用(yong)作刀具時可以任意取向刃磨，無需像ND必須選用(yong)最佳的解理面(mian)作為前刀面(mian)。在切(qie)(qie)削(xue)(xue)時，切(qie)(qie)削(xue)(xue)刃對意外損壞(huai)不很(hen)敏(min)感，抗磨損能力也很(hen)強，可長時間(jian)保(bao)持鋒利的切(qie)(qie)削(xue)(xue)刃，加工時可采(cai)用(yong)很(hen)高的切(qie)(qie)削(xue)(xue)速度(du)和較大的吃(chi)刀量(liang)(例如(ru)在車削(xue)或鏜削(xue)鋁(lv)合(he)(he)金、黃銅、青(qing)銅及其合(he)(he)金時，切削(xue)速度為300-1000m/min,進給量(liang)為0.05-0.5mm/r,吃刀量可達10mm),使(shi)用壽(shou)命一般高于硬質合金(WC基(ji))刀(dao)具10-500倍(bei)，而且PCD原料來源豐(feng)富(fu)，其價格(ge)只有ND的幾(ji)十(shi)分之一(yi)(yi)至(zhi)十(shi)幾(ji)分之一(yi)(yi)，因此應用廣泛，成為傳統WC刀具的高性能替(ti)代(dai)品。

PCD的(de)性能與金剛(gang)石的(de)晶粒尺寸及結合劑的(de)含量(liang)有關。De Beers公司生產的PCD刀(dao)片有002、010和025幾種(zhong)，晶粒的平均(jun)尺寸分別為(wei)2、10和25微米(mi)。晶(jing)粒尺寸越大，耐磨性越好，但刃(ren)口(kou)質(zhi)量稍(shao)差，難(nan)以制成(cheng)高精度刀具。相反，用細晶(jing)粒PCD制成的刀具(ju)、刃口質量(liang)好(hao)。

為提高PCD刀(dao)片的韌性和可焊性，通常(chang)將PCD與硬質合金復合做成復合刀(dao)片(PCD/CC),即以硬(ying)質合金為基底，在其表面燒(shao)結或壓制一層0.5-1mm厚的PCD而(er)成。這(zhe)種復合刀(dao)片(pian)(又(you)稱壓層刀片)的抗(kang)彎強(qiang)度(du)與硬質合(he)金基本一致，而工作表面的硬度(du)接近整體(ti)PCD，且可焊性好(hao)，重磨容易(yi)，成本低，故應用廣(guang)泛。PCD/CC常用焊或(huo)機(ji)夾方(fang)式(shi)制(zhi)作(zuo)刀(dao)具。英(ying)國Smith公(gong)司研(yan)制多層金剛石復(fu)合片，其頂層金剛石濃度(du)為100%,往下逐(zhu)步下降，同時硬(ying)質合金(jin)逐(zhu)漸增加(jia)，到襯(chen)底全部(bu)為硬(ying)質合金(jin)。這種復合片的(de)強度高，抗沖(chong)擊性能好，特別適用(yong)于吃刀(dao)量大(da)、有沖(chong)擊載荷的(de)加(jia)工使用(yong)。日本住友電工公(gong)司(si)采(cai)用(yong)鐵基合金(jin)作基體(ti)，所制(zhi)造的(de)金(jin)剛石復合片鉆頭因(yin)PCD與鋼刀體有(you)親(qin)和(he)作用，可保證復合片與刀體的連結(jie)更為(wei)牢固(gu)。

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(tong)時其可(ke)加工性很差，磨削比小，難以根(gen)據(ju)刀頭的幾何形狀任意成形，至今還(huan)不能方便地制造帶斷(duan)屑槽的可(ke)轉位PCD刀片和立銑(xian)刀等幾何形狀(zhuang)復雜的(de)產(chan)品。

聚晶(jing)立方氮化硼(peng)(PCBN)和聚晶立方(fang)氮化硼復合(he)片(PCBN/CC)PCBN或PCBN/CC制造方法與PCD或(huo)PCD/CC相似(si)，是以CBN為原料，經(jing)高(gao)溫高(gao)壓制成聚晶立方氮化硼或其(qi)復合片(PCBN/CC)。PCBN/CC的(de)性能兼有(you)較(jiao)好的(de)韌性和較(jiao)高的(de)硬度(du)及耐磨性，抗(kang)彎強度(du)可(ke)達1.47GPa,可經多次重磨使用。

PCBN的性能與CBN的粒度、含(han)量及(ji)結合(he)劑種類有關，按其(qi)組織大致(zhi)可分為兩(liang)大類∶一類是由CBN晶粒直接結合而成，CBN含(han)量多(70%以(yi)上(shang)),硬度高，適用于(yu)耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結(jie)金屬的切削(xue)加工；另一類是以CBN晶粒為主體，通過陶瓷結合劑(主要有(you)TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等)燒結(jie)而成，這類PCBN中(zhong)CBN含(han)量少(70%以下(xia)),硬(ying)度低，適(shi)用于淬硬(ying)鋼的(de)切(qie)削加工。

CVD金剛石

PCD、PCBN和人工合(he)成單(dan)晶金剛(gang)石均是在高溫高壓(ya)下合(he)成的，而CVD金剛石是在(zai)低壓下合(he)成(cheng)的

CVD金剛(gang)石有兩種形(xing)式∶CVD薄膜涂層(CD)和CVD厚膜(TFD)。

CD是用(yong)CVD工(gong)藝，在(zai)硬質合金基體(常用K類(lei)合金(jin))上沉積(ji)一層厚(hou)度約10-30微米，由多晶組成的(de)膜(mo)狀金剛石而成。因基(ji)體(ti)易于制(zhi)成復(fu)雜形狀，故適用于幾何形狀復(fu)雜的(de)刀具。據(ju)報道，美國(guo)和日(ri)本(ben)等國(guo)家已相繼推出了(le)CD的絲錐、鉆頭(tou)、立(li)銑(xian)刀和(he)帶斷屑槽的可轉位刀片(如瑞典(dian)Sandvik公(gong)司的CD1810和美(mei)國(guo)Kennametal公(gong)司的KCD25牌號)等產品，用于(yu)有(you)色(se)金(jin)屬和(he)非金(jin)屬材(cai)料(liao)的(de)高(gao)速精(jing)密加(jia)工，刀(dao)具壽(shou)命比未涂(tu)層(ceng)的(de)硬質合金(jin)刀(dao)具提高(gao)近十倍(bei)，有(you)些(xie)甚(shen)至數十倍(bei)。

TFD是沉(chen)積厚(hou)度可達1mm的(de)(de)無襯底金剛石厚(hou)膜，根據需(xu)要再(zai)將厚(hou)膜切割(ge)成一定的(de)(de)大小，然后焊(han)在硬質合金刀片(pian)上(shang)使(shi)用。

TFD有(you)很好的綜合(he)性能，它沒有(you)天然金剛石各向異性的缺點，由于不(bu)用(yong)金屬結(jie)合(he)劑，雜質含量低，純度接近(jin)100%,故硬度和熱(re)導率比PCD更(geng)(geng)高，摩擦因數(shu)更(geng)(geng)小，化(hua)學(xue)穩定性更(geng)(geng)好，可采用比PCD刀(dao)具更高的(de)切(qie)削速度(du)，韌性和(he)強度(du)則稍低于PCD。外國已有TFD的(de)商品供應。TFD未來可取代昂貴的天然金剛(gang)石刀具或(huo)PCD金剛石(shi)刀具(ju)。

電鍍金剛石或電鍍CBN

電(dian)鍍金剛石(shi)或(huo)電(dian)鍍CBN是以金(jin)屬鎳和(he)鈷等作結合劑，利用電(dian)鍍工藝把(ba)金(jin)剛石或CBN的(de)細小顆粒包(bao)鑲在一定尺寸和(he)幾(ji)何形(xing)狀的(de)刀(dao)具(ju)基體表面(mian)，再經適當修磨(mo)制(zhi)(zhi)成。此法制(zhi)(zhi)造工藝簡(jian)單，只需要電鍍(du)設備(bei)即可。例如，鄭州(zhou)磨(mo)料磨(mo)具(ju)磨(mo)削(xue)研究所(suo)和(he)山東蓬(peng)萊(lai)金剛(gang)石工具(ju)廠等生產的(de)電鍍(du)金剛(gang)石或(huo)電鍍(du)CBN鉸刀屬于這類(lei)刀具(ju)。使用(yong)表明，用(yong)其可(ke)成功地加工尺寸精度(du)和(he)幾何形狀(zhuang)精度(du)都小于2Mm、表面粗糙度達Ra0.2-0.1微米(mi)的孔。例如(ru)，廣泛用于液(ye)壓隨(sui)動系統和燃油系統精密偶(ou)件的閥孔，目(mu)前生(sheng)產上(shang)最(zui)終工序(xu)大多以(yi)這種鉸刀加工。

性能特點

金剛(gang)石具有極高的(de)硬度和(he)耐磨性(xing)，其顯微硬度可達10000HV，是刀具材(cai)(cai)料(liao)中最硬的材(cai)(cai)料(liao)。同時它(ta)的摩擦系數小，與(yu)非(fei)(fei)鐵金屬(shu)無親和力，切屑易(yi)流出，熱導(dao)率高(gao)，切削時不(bu)易(yi)產(chan)生(sheng)積(ji)屑瘤(liu)，加工表(biao)面質量好。能有效(xiao)地(di)加工非(fei)(fei)鐵金屬(shu)材(cai)(cai)料(liao)和非(fei)(fei)金屬(shu)材(cai)(cai)料(liao)，如銅、鋁(lv)等(deng)有色金屬(shu)及其合(he)金、陶瓷、末燒(shao)結(jie)的硬質合(he)金、各種纖維(wei)和顆粒(li)加強的復合(he)材(cai)(cai)料(liao)、塑料(liao)、橡膠、石墨、玻璃(li)和各種耐(nai)磨(mo)的木(mu)材(cai)(cai)（尤其是實心(xin)木(mu)和膠合(he)板(ban)等(deng)復合(he)材(cai)(cai)料(liao)）。

金(jin)剛石的缺點(dian)是韌性差，熱穩定(ding)性低。700℃～800℃時容易碳化，故不適于加(jia)工鋼鐵(tie)材料。因(yin)為在高溫(wen)下鐵(tie)原子容易與碳原子作用(yong)而使其轉化為石墨結(jie)構。此外，用(yong)它切削鎳基(ji)合金(jin)時，同樣(yang)也(ye)會迅速磨(mo)損。

CBN的硬(ying)度僅次(ci)于(yu)金剛石(shi)（可達8000HV～9000HV），并且熱(re)穩定性高(gao)（達1250℃～1350℃），對鐵族元素(su)化學惰性大，抗粘結能(neng)力強，而且用金剛石(shi)砂輪即可磨(mo)削開刃，故適于加工各(ge)種淬硬鋼、熱噴涂材(cai)料、冷硬鑄鐵和35HRC以上的鈷基和鎳基等(deng)難(nan)切削(xue)材(cai)料。