【超硬刀具材料】超硬刀具材料有哪些 超硬刀具主要材料

超硬刀具材料(liao)是(shi)指與天然(ran)金剛石的硬度、性能相(xiang)近的人造金剛石和CBN（立方氮化硼）。由于天然(ran)金剛石價格比較昂(ang)貴，所以生(sheng)產上大多(duo)采用(yong)人造聚晶金剛石（PCD）、聚(ju)晶(jing)立(li)方氮化硼（PCBN），以及它們的復合材料。

材質及規格

1、圓管：1~2032mm 厚度(du)：0.15~12mm

2、方管(guan)：5*5~300*300mm 厚度(du)：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(guan)：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：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 厚度：0.8~6.0mm

不銹鋼板(ban)材(cai)質及規格：201、202、304、304L、316L、321、430等(deng)。

寬*長：

1000mm*2000mm 厚(hou)度0.3mm～85mm

1220mm*2440mm 厚度0.3mm～85mm

1204mm*3050mm 厚度0.3mm～85mm

1500mm*6000mm 厚(hou)度0.3mm～85mm本(ben)質(zhi)

人(ren)工合(he)成單晶金剛石的(de)尺(chi)寸、形狀和性能都具有(you)良好的(de)一致(zhi)性，目前由于高溫高壓的(de)技術日趨成熟(shu)，能夠制(zhi)備具有(you)一定尺(chi)寸的(de)人(ren)工合(he)成單晶金剛石，De Beers公司和美國生產的合成單晶金剛石(shi)顆粒尺寸可達9-10mm,使其在生產中應用迅速發(fa)展。尤其在加工高耐磨的層狀木(mu)板時，其性能要優于PCD金剛石，不會引起刃口過早鈍化。

人造聚晶金剛石(PCD)

PCD又(you)稱(cheng)金(jin)(jin)剛石(shi)燒結(jie)體(ti)，是在高溫超高壓條件(jian)下，通過鈷等(deng)金(jin)(jin)屬結(jie)合(he)(he)劑將金(jin)(jin)剛石(shi)微(wei)粉聚合(he)(he)成的(de)多晶體(ti)材料。其硬度雖低于天然單晶金(jin)(jin)剛石(shi)，但它(ta)是隨機取向(xiang)的(de)金(jin)(jin)剛石(shi)晶粒的(de)聚合(he)(he)，屬各(ge)向(xiang)同性，用作刀具時可(ke)以任(ren)意(yi)取向(xiang)刃磨，無需像(xiang)ND必(bi)須(xu)選用最佳的(de)解(jie)理(li)面(mian)作為(wei)前刀(dao)面(mian)。在切削(xue)時(shi)，切削(xue)刃(ren)對意外損(sun)(sun)壞不很(hen)敏感(gan)，抗(kang)磨損(sun)(sun)能力(li)也很(hen)強，可長(chang)時(shi)間(jian)保持鋒利的(de)切削(xue)刃(ren)，加工時(shi)可采(cai)用很(hen)高的(de)切削(xue)速(su)度和較大的(de)吃刀(dao)量(例如在車削或鏜(tang)削鋁(lv)合金、黃(huang)銅、青銅及其合金時，切削速度為300-1000m/min,進給量為0.05-0.5mm/r,吃刀量可達10mm),使用壽命(ming)一般(ban)高(gao)于硬質合金(WC基)刀具10-500倍，而且PCD原料(liao)來源豐富，其(qi)價格(ge)只有ND的幾(ji)十(shi)分之(zhi)一至十(shi)幾(ji)分之(zhi)一，因此(ci)應用(yong)廣泛，成(cheng)為傳統WC刀具的高性能(neng)替代(dai)品(pin)。

PCD的性能(neng)與(yu)金剛石的晶粒尺寸及結合劑的含量(liang)有(you)關。De Beers公(gong)司生產的PCD刀片有002、010和025幾種(zhong)，晶粒的平均(jun)尺(chi)寸(cun)分(fen)別為2、10和25微米。晶粒尺寸(cun)越(yue)大，耐磨性越(yue)好，但刃口質量稍差，難以制成高精度刀(dao)具。相反(fan)，用細晶粒PCD制成的刀(dao)具、刃口質量好(hao)。

為提高(gao)PCD刀片的韌性和可焊性，通常將PCD與硬(ying)質(zhi)合金復合做成復合刀片(PCD/CC),即以(yi)硬(ying)質合金為基底，在其表面燒結或壓制一層0.5-1mm厚的PCD而成。這種復合(he)刀片(又(you)稱壓(ya)層刀片)的(de)(de)抗(kang)彎強度與硬質合金基(ji)本(ben)一(yi)致，而工(gong)作(zuo)表(biao)面的(de)(de)硬度接近整體PCD，且可焊(han)性好，重磨容易，成本低，故應用廣泛。PCD/CC常用焊或機夾方式(shi)制(zhi)作(zuo)刀具。英國Smith公司研制(zhi)多層金剛石復合片，其(qi)頂層金剛石濃度為100%,往下逐(zhu)步下降，同(tong)時硬質合(he)(he)(he)金逐(zhu)漸(jian)增(zeng)加(jia)，到襯(chen)底全部為硬質合(he)(he)(he)金。這種復合(he)(he)(he)片的強度高，抗沖擊性能好(hao)，特別適(shi)用(yong)于吃(chi)刀量大(da)、有沖擊載荷的加(jia)工使(shi)用(yong)。日本住友(you)電工公(gong)司采用(yong)鐵基(ji)(ji)合(he)(he)(he)金作基(ji)(ji)體(ti)，所制造的金剛石復合(he)(he)(he)片鉆(zhan)頭因(yin)PCD與鋼(gang)刀(dao)體(ti)有親和(he)作用，可保證復(fu)合片與刀(dao)體(ti)的連結更為牢(lao)固。

必(bi)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(mo)削比小，難(nan)以根據刀頭(tou)的幾何(he)形狀任意成形，至(zhi)今(jin)還不(bu)能方(fang)便地制造帶斷屑(xie)槽的可(ke)轉(zhuan)位PCD刀片和立銑(xian)刀等幾何形(xing)狀復雜的產品(pin)。

聚晶立方氮化硼(PCBN)和聚(ju)晶立方氮化(hua)硼復合片(PCBN/CC)PCBN或PCBN/CC制造方法與PCD或PCD/CC相似，是以(yi)CBN為原料，經(jing)高溫(wen)高壓制成(cheng)聚(ju)晶(jing)立(li)方氮化硼或(huo)其復合(he)片(PCBN/CC)。PCBN/CC的(de)性能兼有較好的(de)韌(ren)性和較高的(de)硬度及耐(nai)磨性，抗彎強度可達1.47GPa,可經多次(ci)重磨使(shi)用。

PCBN的性能與CBN的(de)粒(li)度、含量及結(jie)合劑種類(lei)有關，按其組織大致可分為兩(liang)大類(lei)∶一類(lei)是由CBN晶(jing)粒直接結合而成，CBN含量多(70%以上),硬度高，適用于耐熱(re)合金(jin)、鑄鐵和鐵系(xi)燒結金(jin)屬的切削加工(gong)；另一(yi)類是(shi)以(yi)CBN晶粒為(wei)主體，通過(guo)陶(tao)瓷結合(he)劑(主(zhu)要有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等(deng))燒結而成，這(zhe)類PCBN中CBN含(han)量(liang)少(shao)(70%以下),硬度(du)低，適用于(yu)淬(cui)硬鋼的切削(xue)加工。

CVD金剛石

PCD、PCBN和人工合(he)成單晶金(jin)剛石均是在高(gao)溫高(gao)壓下合(he)成的，而CVD金(jin)剛石是在低壓下合(he)成的

CVD金剛石有兩種形(xing)式∶CVD薄膜(mo)涂層(CD)和(he)CVD厚膜(mo)(TFD)。

CD是用CVD工藝(yi)，在硬質(zhi)合金基體(常用(yong)K類合金)上沉積一層(ceng)厚(hou)度約10-30微米，由多晶組成(cheng)(cheng)的膜狀(zhuang)(zhuang)金剛石而成(cheng)(cheng)。因基體易于(yu)制成(cheng)(cheng)復(fu)雜形狀(zhuang)(zhuang)，故適用于(yu)幾何(he)形狀(zhuang)(zhuang)復(fu)雜的刀具。據報道，美國和日(ri)本等國家已相繼(ji)推出(chu)了CD的絲錐、鉆頭、立銑刀(dao)和(he)帶斷屑槽的可(ke)轉(zhuan)位刀(dao)片(如(ru)瑞典(dian)Sandvik公司的CD1810和(he)美國Kennametal公司的KCD25牌號)等(deng)產(chan)品(pin)，用于(yu)有(you)色金(jin)屬和非金(jin)屬材料的高速精(jing)密加工(gong)，刀(dao)具壽命比未涂層的硬質合金(jin)刀(dao)具提高近十(shi)倍(bei)，有(you)些甚至(zhi)數十(shi)倍(bei)。

TFD是沉積厚度(du)可達1mm的無襯底金剛石厚(hou)膜，根據需要再將厚(hou)膜切割成(cheng)一(yi)定的大小，然后焊(han)在硬質合金刀片上使用。

TFD有(you)很好的(de)綜(zong)合(he)性能，它(ta)沒有(you)天然金剛石各向異性的(de)缺點，由于不用金屬結(jie)合(he)劑，雜質含量低，純(chun)度接(jie)近100%,故硬度和(he)熱(re)導(dao)率(lv)比(bi)PCD更(geng)高，摩擦因數更(geng)小，化學穩定性更(geng)好(hao)，可采用比PCD刀(dao)具更高的切削(xue)速度，韌性和強度則稍低(di)于PCD。外國(guo)已有(you)TFD的(de)商(shang)品供應。TFD未來(lai)可取代昂貴的天然金(jin)剛石刀具或PCD金剛石刀具。

電鍍金剛石或電鍍CBN

電(dian)(dian)鍍(du)金剛石或電(dian)(dian)鍍(du)CBN是以金(jin)屬鎳和(he)鈷等作結合(he)劑，利用(yong)電鍍(du)工藝(yi)把金(jin)剛(gang)石或CBN的(de)細小顆粒包鑲在一定(ding)尺寸和幾何(he)形(xing)狀的(de)刀(dao)具(ju)(ju)基體表面，再經適當修磨(mo)(mo)制成。此法制造(zao)工藝簡(jian)單(dan)，只需要電鍍(du)設備即(ji)可。例如(ru)，鄭州磨(mo)(mo)料(liao)磨(mo)(mo)具(ju)(ju)磨(mo)(mo)削研(yan)究所和山東蓬萊金(jin)剛石(shi)工具(ju)(ju)廠(chang)等(deng)生產的(de)電鍍(du)金(jin)剛石(shi)或電鍍(du)CBN鉸刀(dao)屬于這類刀(dao)具。使用表明，用其可成(cheng)功地加工尺寸精度和(he)幾何形狀精度都(dou)小(xiao)于2Mm、表(biao)面(mian)粗(cu)糙度達Ra0.2-0.1微米的(de)(de)孔。例(li)如，廣泛用于(yu)液(ye)壓隨(sui)動系(xi)統(tong)和(he)燃油系(xi)統(tong)精密偶件的(de)(de)閥孔，目前生(sheng)產上最(zui)終(zhong)工(gong)序大多以這種(zhong)鉸(jiao)刀加工(gong)。

性能特點

金(jin)剛石具(ju)有(you)極(ji)高(gao)的硬度(du)和(he)耐磨(mo)性(xing)，其(qi)顯微硬度(du)可達10000HV，是(shi)刀具材(cai)料(liao)(liao)中最硬的(de)材(cai)料(liao)(liao)。同時它的(de)摩擦系數小，與非鐵(tie)金(jin)(jin)屬無(wu)親和(he)(he)力，切屑易流出，熱(re)導率高，切削時不(bu)易產生積屑瘤(liu)，加(jia)工表(biao)面質量好(hao)。能(neng)有(you)(you)效地加(jia)工非鐵(tie)金(jin)(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)和(he)(he)非金(jin)(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)，如(ru)銅、鋁等(deng)有(you)(you)色(se)金(jin)(jin)屬及其合(he)金(jin)(jin)、陶瓷、末燒結的(de)硬質合(he)金(jin)(jin)、各(ge)種(zhong)纖維和(he)(he)顆粒加(jia)強的(de)復合(he)材(cai)料(liao)(liao)、塑料(liao)(liao)、橡膠、石墨、玻璃和(he)(he)各(ge)種(zhong)耐磨的(de)木(mu)材(cai)（尤其是(shi)實(shi)心木(mu)和(he)(he)膠合(he)板等(deng)復合(he)材(cai)料(liao)(liao)）。

金剛(gang)石的缺(que)點是韌(ren)性(xing)差(cha)，熱穩定性(xing)低。700℃～800℃時容易碳化，故(gu)不適(shi)于加工鋼鐵(tie)材料。因為在(zai)高溫下鐵(tie)原子容易與碳原子作用而使其轉化為石墨結構。此外，用它切削(xue)鎳(nie)基合金時，同樣也(ye)會迅速磨損。

CBN的硬(ying)度僅次于金(jin)剛石（可(ke)達8000HV～9000HV），并且熱(re)穩定性高（達1250℃～1350℃），對鐵族元素化學惰(duo)性(xing)大(da)，抗粘結能力(li)強，而且(qie)用金剛石砂輪即可磨削開刃，故適于加工各種淬硬鋼、熱噴涂材料(liao)、冷硬鑄鐵和35HRC以上的鈷(gu)基和鎳基等(deng)難切削材料。