【超硬刀具材料】超硬刀具材料有哪些 超硬刀具主要材料

超(chao)硬刀具材料是指與天(tian)然金剛石(shi)的硬度、性能相近(jin)的人造金剛石(shi)和CBN（立方(fang)氮化硼）。由于天然(ran)金剛石價格(ge)比較昂貴(gui)，所以生產上大多采(cai)用人造聚晶金剛石（PCD）、聚(ju)晶立方氮化(hua)硼（PCBN），以及它們的(de)復合(he)材(cai)料。

材質及規格

1、圓管：1~2032mm 厚度(du)：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 厚度：0.3~8.0 mm

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

5、平橢(tuo)管(guan)：10*20~63*172mm 厚度(du)：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

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

寬*長：

1000mm*2000mm 厚度0.3mm～85mm

1220mm*2440mm 厚度0.3mm～85mm

1204mm*3050mm 厚(hou)度0.3mm～85mm

1500mm*6000mm 厚度0.3mm～85mm本(ben)質

人工(gong)合成(cheng)單晶金剛(gang)石的尺寸、形狀和性(xing)能都具有良好的一(yi)(yi)致(zhi)性(xing)，目前(qian)由于(yu)高溫高壓的技(ji)術日(ri)趨成(cheng)熟，能夠制備具有一(yi)(yi)定尺寸的人工(gong)合成(cheng)單晶金剛(gang)石，De Beers公司(si)和美(mei)國生產的合成單晶(jing)金(jin)剛石顆粒尺寸可(ke)達9-10mm,使其在生產(chan)中應(ying)用迅速發展。尤其在加工高耐磨(mo)的(de)層狀木板時，其性能要優(you)于PCD金(jin)剛石，不(bu)會引起刃(ren)口過早鈍化。

人造聚晶金剛石(PCD)

PCD又稱金(jin)剛石(shi)燒結體，是(shi)在(zai)高(gao)(gao)溫超(chao)高(gao)(gao)壓條件(jian)下，通(tong)過鈷(gu)等金(jin)屬(shu)結合劑將(jiang)金(jin)剛石(shi)微粉聚合成的(de)多(duo)晶(jing)(jing)體材料。其(qi)硬度雖低于(yu)天(tian)然單晶(jing)(jing)金(jin)剛石(shi)，但它是(shi)隨(sui)機取向(xiang)(xiang)的(de)金(jin)剛石(shi)晶(jing)(jing)粒的(de)聚合，屬(shu)各向(xiang)(xiang)同性，用(yong)作(zuo)刀具(ju)時(shi)可以任意取向(xiang)(xiang)刃磨(mo)，無需像ND必(bi)須選(xuan)用最佳的解理面作(zuo)為前刀面。在切(qie)(qie)削(xue)時，切(qie)(qie)削(xue)刃(ren)對意外損(sun)壞(huai)不很(hen)(hen)敏感，抗磨損(sun)能力(li)也很(hen)(hen)強(qiang)，可長(chang)時間保持鋒利(li)的切(qie)(qie)削(xue)刃(ren)，加工(gong)時可采(cai)用很(hen)(hen)高的切(qie)(qie)削(xue)速度(du)和(he)較大的吃刀量(例如在(zai)車削(xue)或鏜削(xue)鋁合(he)金、黃(huang)銅、青銅及其合(he)金時(shi)，切削(xue)速度為300-1000m/min,進(jin)給量(liang)為0.05-0.5mm/r,吃刀量可(ke)達10mm),使用壽(shou)命一般高于(yu)硬(ying)質合金(WC基)刀具10-500倍，而且PCD原(yuan)料(liao)來(lai)源(yuan)豐富，其(qi)價格只有ND的(de)幾十分之一至十幾分之一，因此應用廣泛，成為傳統(tong)WC刀具的高性能替代品。

PCD的性能與(yu)金剛石的晶粒(li)尺寸及結合劑的含量有關(guan)。De Beers公司生產(chan)的PCD刀片(pian)有002、010和025幾種，晶粒的(de)平均(jun)尺寸分別為2、10和25微米(mi)。晶粒尺(chi)寸越大(da)，耐(nai)磨性越好(hao)，但刃(ren)口(kou)質量(liang)稍差，難(nan)以制成高精度刀具(ju)。相(xiang)反(fan)，用細晶粒PCD制成的(de)刀具、刃(ren)口(kou)質量好。

為提(ti)高(gao)PCD刀(dao)片的韌性(xing)和(he)可焊(han)性(xing)，通常(chang)將PCD與硬(ying)質合(he)(he)金復合(he)(he)做成復合(he)(he)刀片(PCD/CC),即以硬質合(he)金為基底，在其表面燒(shao)結或壓(ya)制(zhi)一層(ceng)0.5-1mm厚(hou)的(de)PCD而成。這種復合刀片(又稱(cheng)壓(ya)層刀片)的抗彎(wan)強(qiang)度與硬質合(he)金基本一致(zhi)，而(er)工作表面的硬度接近整體PCD，且(qie)可焊(han)性好，重磨容易，成本低，故應用廣泛(fan)。PCD/CC常用焊(han)或(huo)機夾方式制作(zuo)刀具。英國(guo)Smith公司研(yan)制多層金(jin)剛石(shi)復合片(pian)，其頂層金(jin)剛石(shi)濃度為100%,往下逐步下降，同時硬質(zhi)合金逐漸增(zeng)加，到襯(chen)底全部為硬質(zhi)合金。這種復合片(pian)的(de)強(qiang)度高，抗(kang)沖(chong)擊性能(neng)好，特別(bie)適用(yong)(yong)于吃刀量大、有沖(chong)擊載荷的(de)加工(gong)使用(yong)(yong)。日本住友電工(gong)公司(si)采用(yong)(yong)鐵基合金作基體，所(suo)制造的(de)金剛(gang)石復合片(pian)鉆頭因PCD與(yu)鋼刀體(ti)有親和作(zuo)用，可(ke)保證復(fu)合片與(yu)刀體(ti)的連結更為牢固。

必須指(zhi)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(shi)其可(ke)加工性很差，磨(mo)削比小，難以根據刀頭的(de)幾何形狀任意(yi)成形，至今(jin)還(huan)不能方(fang)便地(di)制造(zao)帶(dai)斷屑槽的(de)可(ke)轉位PCD刀(dao)片(pian)和立銑刀(dao)等幾何形(xing)狀(zhuang)復雜的產品。

聚晶立方氮(dan)化硼(PCBN)和聚晶立方氮化硼復合片(PCBN/CC)PCBN或PCBN/CC制造方法與(yu)PCD或PCD/CC相(xiang)似，是以CBN為原(yuan)料(liao)，經(jing)高溫高壓(ya)制成聚晶立方氮化硼(peng)或其復合(he)片(PCBN/CC)。PCBN/CC的(de)性(xing)能兼(jian)有(you)較好的(de)韌(ren)性(xing)和較高的(de)硬(ying)度及耐(nai)磨(mo)性(xing)，抗彎(wan)強度可達1.47GPa,可經(jing)多次(ci)重(zhong)磨使用。

PCBN的(de)性能與(yu)CBN的粒(li)度(du)、含量及結合(he)劑種(zhong)類有關，按(an)其組織(zhi)大致可分為兩大類∶一(yi)類是由(you)CBN晶粒直接結(jie)合而成，CBN含量多(70%以上),硬度高，適用于耐熱合金(jin)、鑄鐵(tie)和鐵(tie)系燒結金(jin)屬的切削加工；另一類是以CBN晶(jing)粒(li)為(wei)主(zhu)體，通過陶瓷結合劑(主要有(you)TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等)燒結而成，這類(lei)PCBN中CBN含(han)量少(70%以下),硬(ying)(ying)度低，適用于淬硬(ying)(ying)鋼的(de)切(qie)削加工。

CVD金剛石

PCD、PCBN和(he)人工合成(cheng)單晶金剛石均是在高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)壓下合成(cheng)的，而CVD金剛石是在(zai)低(di)壓下合成(cheng)的

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

CD是用CVD工藝(yi)，在硬(ying)質合(he)金基體(常用K類合(he)金)上沉積一層(ceng)厚度約(yue)10-30微米，由多晶組(zu)成的(de)膜狀金剛石而成。因基體易(yi)于(yu)制成復雜(za)形(xing)狀，故適用于(yu)幾(ji)何形(xing)狀復雜(za)的(de)刀(dao)具。據報道，美國和(he)日(ri)本等(deng)國家已相繼推出了CD的絲(si)錐(zhui)、鉆頭、立銑(xian)刀和帶斷屑槽的可(ke)轉位刀片(如瑞典Sandvik公司(si)的CD1810和美(mei)國Kennametal公(gong)司的KCD25牌號)等產品，用(yong)于有(you)(you)色金(jin)屬(shu)和非金(jin)屬(shu)材料的(de)高速精密(mi)加(jia)工，刀具壽命(ming)比未涂層的(de)硬(ying)質合金(jin)刀具提高近十倍，有(you)(you)些甚(shen)至數十倍。

TFD是沉積(ji)厚度可達(da)1mm的無襯(chen)底金剛石厚(hou)膜，根據需要再將厚(hou)膜切割成一定(ding)的大小，然后焊在硬(ying)質合金刀片(pian)上使用(yong)。

TFD有很(hen)好的綜合性能，它沒有天然金剛石各向異性的缺點，由于不用金屬結合劑(ji)，雜質含(han)量低，純度接近100%,故硬度和熱導率比PCD更(geng)高，摩擦因數更(geng)小，化學穩定性(xing)更(geng)好，可采用比PCD刀具更(geng)高的切削速(su)度，韌性和強度則稍低于PCD。外國(guo)已有(you)TFD的商品供(gong)應。TFD未來可(ke)取代昂(ang)貴的天然金剛石刀(dao)具或(huo)PCD金(jin)剛石刀具。

電鍍金剛石或電鍍CBN

電(dian)鍍金剛石或電(dian)鍍CBN是以金屬鎳和(he)鈷等作結合劑，利用電鍍工(gong)藝把(ba)金剛(gang)石或CBN的(de)細小顆粒包鑲在一定尺寸和(he)幾(ji)何形狀的(de)刀具(ju)基體(ti)表面，再經適(shi)當修磨制(zhi)成。此法(fa)制(zhi)造工藝簡單，只需要(yao)電(dian)鍍設備即可。例如，鄭州磨料磨具(ju)磨削研究所(suo)和(he)山東蓬(peng)萊金(jin)剛(gang)石工具(ju)廠等生產的(de)電(dian)鍍金(jin)剛(gang)石或(huo)電(dian)鍍CBN鉸刀屬于這類刀具。使用表明，用其可成功地加工尺(chi)寸精度和幾何形狀精度都(dou)小于2Mm、表(biao)面(mian)粗糙度(du)達Ra0.2-0.1微米的孔。例如，廣泛用于(yu)液壓隨動(dong)系(xi)統和(he)燃(ran)油系(xi)統精密(mi)偶件(jian)的閥孔，目前生(sheng)產上最終(zhong)工序大(da)多(duo)以(yi)這種(zhong)鉸(jiao)刀加工。

性能特點

金剛石具有(you)極高的硬(ying)度(du)和耐磨性(xing)，其顯微硬(ying)度(du)可(ke)達10000HV，是刀(dao)具材(cai)(cai)料(liao)(liao)中(zhong)最硬的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。同時(shi)它的(de)(de)(de)摩擦(ca)系數小，與非鐵金(jin)屬(shu)無親(qin)和(he)力，切(qie)屑易流出，熱導率高(gao)，切(qie)削時(shi)不易產生積屑瘤，加工(gong)表面質量好。能有(you)效(xiao)地加工(gong)非鐵金(jin)屬(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)和(he)非金(jin)屬(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)，如銅、鋁等(deng)有(you)色金(jin)屬(shu)及其合金(jin)、陶(tao)瓷、末燒結的(de)(de)(de)硬質合金(jin)、各(ge)種(zhong)纖(xian)維和(he)顆(ke)粒加強的(de)(de)(de)復(fu)合材(cai)(cai)料(liao)(liao)、塑料(liao)(liao)、橡(xiang)膠、石(shi)墨(mo)、玻璃和(he)各(ge)種(zhong)耐磨的(de)(de)(de)木材(cai)(cai)（尤其是實(shi)心(xin)木和(he)膠合板等(deng)復(fu)合材(cai)(cai)料(liao)(liao)）。

金剛石的缺(que)點(dian)是韌(ren)性差(cha)，熱穩定性低。700℃～800℃時容易碳化，故不適于加工鋼鐵材料。因為(wei)(wei)在高溫下鐵原(yuan)子容易與碳原(yuan)子作用而(er)使其轉化為(wei)(wei)石墨(mo)結構。此外，用它切削鎳基合金(jin)時，同(tong)樣(yang)也會迅速磨(mo)損。

CBN的硬度僅次于金剛(gang)石（可(ke)達8000HV～9000HV），并且熱(re)穩定性高（達(da)1250℃～1350℃），對(dui)鐵(tie)族元素化(hua)學(xue)惰(duo)性大，抗粘結能力(li)強，而且用金剛石(shi)砂輪(lun)即可磨削開(kai)刃，故適于加工(gong)各種(zhong)淬(cui)硬(ying)鋼、熱噴涂材料、冷(leng)硬(ying)鑄(zhu)鐵(tie)和35HRC以上的鈷基和鎳基等難切削材(cai)料。