【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(yu)天然(ran)金剛(gang)石的硬度(du)、性能相(xiang)近的人造金剛(gang)石和CBN（立方氮化硼）。由(you)于(yu)天(tian)然(ran)金剛(gang)石價格(ge)比較昂(ang)貴，所以生(sheng)產上大多采用人(ren)造聚晶(jing)金剛(gang)石（PCD）、聚晶立(li)方氮化硼（PCBN），以及它們的復(fu)合材料(liao)。

材質及規格

1、圓管(guan)：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 厚度：0.3~8.0 mm

4、橢圓管(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(guan)：15.9~88.9mm 厚度：0.7~2.0mm

7、角鋼：15*15~100*100mm 厚度(du)：0.8~6.0mm

8、扁鋼10*20~100*200 mm 厚度：0.8~6.0mm

不(bu)銹鋼板(ban)材質及規格：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

人工(gong)合成單(dan)晶金(jin)剛石(shi)的尺(chi)(chi)寸、形狀和性能都具(ju)有(you)良好的一致性，目前由于高溫高壓的技術日(ri)趨(qu)成熟(shu)，能夠制備具(ju)有(you)一定尺(chi)(chi)寸的人工(gong)合成單(dan)晶金(jin)剛石(shi)，De Beers公司(si)和美國生產的合成單晶金剛(gang)石顆(ke)粒尺寸可達9-10mm,使(shi)其(qi)(qi)在生產中應用迅速發展。尤其(qi)(qi)在加(jia)工(gong)高耐磨的層狀木板時，其(qi)(qi)性能要優于PCD金(jin)剛石，不會引起刃口過早鈍化。

人造聚晶金剛石(PCD)

PCD又(you)稱金剛(gang)石燒結體(ti)，是在高(gao)溫超高(gao)壓條件下(xia)，通(tong)過鈷等(deng)金屬結合(he)劑將(jiang)金剛(gang)石微粉聚(ju)合(he)成的(de)多晶(jing)體(ti)材料。其(qi)硬度雖低于天(tian)然(ran)單晶(jing)金剛(gang)石，但(dan)它是隨機取向的(de)金剛(gang)石晶(jing)粒的(de)聚(ju)合(he)，屬各向同性，用作刀具(ju)時可以任意(yi)取向刃磨，無需(xu)像ND必須選用(yong)(yong)最佳(jia)的(de)解理(li)面(mian)作(zuo)為前(qian)刀面(mian)。在切(qie)削(xue)(xue)時，切(qie)削(xue)(xue)刃(ren)(ren)對意(yi)外損壞不很(hen)敏感，抗磨(mo)損能力也很(hen)強，可長時間(jian)保持鋒利的(de)切(qie)削(xue)(xue)刃(ren)(ren)，加工時可采用(yong)(yong)很(hen)高的(de)切(qie)削(xue)(xue)速度(du)和較大的(de)吃刀量(例如(ru)在車(che)削或鏜削鋁合(he)金、黃(huang)銅、青銅及其(qi)合(he)金時，切(qie)削速度為300-1000m/min,進給量為0.05-0.5mm/r,吃(chi)刀量可達10mm),使用壽命一般高于(yu)硬質合金(WC基)刀具10-500倍，而且PCD原料來源豐富(fu)，其(qi)價格只有ND的幾(ji)十(shi)分之一至十(shi)幾(ji)分之一，因(yin)此應用廣泛，成為(wei)傳統WC刀具(ju)的高性(xing)能(neng)替代品(pin)。

PCD的性能與(yu)金剛石的晶粒尺寸及(ji)結合(he)劑的含量有關。De Beers公司生產的(de)PCD刀(dao)片有002、010和025幾種，晶粒(li)的平均尺寸分別為2、10和25微米。晶粒尺寸(cun)越大，耐磨性越好(hao)，但刃口質量稍差，難(nan)以制(zhi)成高(gao)精度刀具。相反，用(yong)細晶粒PCD制成的刀具(ju)、刃(ren)口質(zhi)量好。

為提高PCD刀(dao)片的韌性和可焊性，通(tong)常將PCD與硬質合(he)金復合(he)做成復合(he)刀片(PCD/CC),即以硬質合金(jin)為基底，在其表面燒(shao)結(jie)或壓制一層0.5-1mm厚(hou)的(de)PCD而成。這種(zhong)復合刀(dao)片(又(you)稱壓層刀片)的抗彎強(qiang)度與硬質合金(jin)基本一致(zhi)，而工作表面的硬度接近整體PCD，且可焊性(xing)好，重磨容易，成本低，故應用廣(guang)泛。PCD/CC常用(yong)焊(han)或機夾方式制作刀具。英國Smith公司研制多層金(jin)剛(gang)石復合(he)片，其(qi)頂(ding)層金(jin)剛(gang)石濃(nong)度為(wei)100%,往下(xia)(xia)逐(zhu)步下(xia)(xia)降，同時(shi)硬質(zhi)(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)逐(zhu)漸(jian)增加，到襯底全(quan)部為硬質(zhi)(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)。這種(zhong)復合(he)(he)片的(de)強度高(gao)，抗沖擊性能(neng)好，特別(bie)適用于吃刀量大、有沖擊載荷(he)的(de)加工(gong)使用。日(ri)本住友(you)電工(gong)公司采用鐵基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)作基(ji)體，所制(zhi)造的(de)金(jin)(jin)剛石(shi)復合(he)(he)片鉆頭因PCD與鋼(gang)刀體(ti)有(you)親和(he)作用，可保證復(fu)合片與刀體(ti)的連結更(geng)為牢固(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,同時其可(ke)加工(gong)性很差，磨(mo)削比(bi)小，難以根據刀頭的(de)幾何形狀任意成形，至今(jin)還不能方便(bian)地(di)制造帶斷屑槽(cao)的(de)可(ke)轉(zhuan)位PCD刀片和立銑刀等幾何形狀復雜的產(chan)品。

聚晶立方氮化硼(PCBN)和(he)聚晶立方氮化(hua)硼復合片(PCBN/CC)PCBN或(huo)PCBN/CC制造(zao)方法與PCD或PCD/CC相(xiang)似(si)，是以CBN為原料，經高溫高壓(ya)制(zhi)成(cheng)聚晶立方氮化硼或其(qi)復(fu)合片(PCBN/CC)。PCBN/CC的(de)(de)性(xing)能兼有(you)較(jiao)好的(de)(de)韌性(xing)和較(jiao)高的(de)(de)硬度(du)及耐磨性(xing)，抗(kang)彎強度(du)可達(da)1.47GPa,可(ke)經(jing)多次重(zhong)磨使用。

PCBN的性能與CBN的粒度、含(han)量及結合劑(ji)種(zhong)類(lei)有關(guan)，按其(qi)組織大致(zhi)可(ke)分為(wei)兩大類(lei)∶一(yi)類(lei)是由(you)CBN晶粒直接結(jie)合(he)而成，CBN含(han)量多(duo)(70%以上),硬(ying)度(du)高(gao)，適用于耐熱合金、鑄鐵和(he)鐵系燒結金屬的切削加工；另一類是以CBN晶粒為主體，通(tong)過陶瓷結合劑(主要有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等)燒結(jie)而成，這類PCBN中(zhong)CBN含量少(70%以下),硬度低，適用于淬硬鋼(gang)的切削加工。

CVD金剛石

PCD、PCBN和人工合成(cheng)(cheng)單晶金剛石均(jun)是在高(gao)溫高(gao)壓(ya)下(xia)合成(cheng)(cheng)的，而CVD金剛石是在低(di)壓下合成(cheng)的

CVD金剛(gang)石(shi)有兩(liang)種(zhong)形式∶CVD薄膜涂層(CD)和CVD厚膜(TFD)。

CD是用CVD工藝，在(zai)硬質合金基(ji)體(常用(yong)K類(lei)合金)上沉積一層厚度(du)約10-30微米，由多晶組成(cheng)的膜狀(zhuang)金(jin)剛石而成(cheng)。因基體易于制成(cheng)復雜(za)形狀(zhuang)，故適用于幾何形狀(zhuang)復雜(za)的刀具(ju)。據報道，美國和(he)日本等國家已相繼(ji)推出(chu)了CD的(de)絲錐、鉆(zhan)頭(tou)、立銑刀(dao)(dao)和帶斷(duan)屑槽(cao)的(de)可轉位刀(dao)(dao)片(如瑞(rui)典Sandvik公(gong)司的CD1810和(he)美(mei)國Kennametal公(gong)司的KCD25牌號)等產品，用于(yu)有色金屬和非(fei)金屬材料(liao)的(de)高(gao)速精密加工(gong)，刀(dao)具壽命(ming)比未涂層的(de)硬質合(he)金刀(dao)具提(ti)高(gao)近十(shi)倍，有些甚至數十(shi)倍。

TFD是沉(chen)積厚度可達1mm的無襯(chen)底(di)金剛石厚膜(mo)，根據需要再(zai)將厚膜(mo)切(qie)割成(cheng)一定的大小，然后焊在硬質合金刀片上使(shi)用。

TFD有(you)很好(hao)的綜合性能，它沒有(you)天(tian)然金剛石(shi)各向異性的缺點(dian)，由于不用金屬結合劑，雜質含(han)量低(di)，純度接(jie)近100%,故硬度和(he)熱導率(lv)比PCD更高，摩擦因數更小(xiao)，化學穩定性更好，可采(cai)用比(bi)PCD刀(dao)具更(geng)高的(de)切削速度，韌性和強度則稍(shao)低于PCD。外國已(yi)有TFD的商品(pin)供應。TFD未來可取代昂貴的天然金(jin)剛石刀具(ju)或PCD金剛石刀具(ju)。

電鍍金剛石或電鍍CBN

電鍍金剛石或電鍍CBN是以金屬鎳和(he)鈷等作(zuo)結合劑，利用電鍍工藝把金剛石或CBN的(de)細小顆粒包鑲在(zai)一定尺(chi)寸和幾何形狀的(de)刀具基(ji)體表面，再經適(shi)當修磨(mo)(mo)制(zhi)成。此(ci)法制(zhi)造(zao)工藝(yi)簡單(dan)，只需要電鍍設備即可(ke)。例如，鄭州磨(mo)(mo)料磨(mo)(mo)具磨(mo)(mo)削(xue)研究所和山東蓬萊金剛石工具廠等生產的(de)電鍍金剛石或電鍍CBN鉸刀(dao)屬于(yu)這類刀(dao)具(ju)。使(shi)用表明，用其可成(cheng)功地加工尺(chi)寸精(jing)度(du)和幾何形狀精(jing)度(du)都(dou)小于(yu)2Mm、表(biao)面粗糙度達Ra0.2-0.1微米的孔。例如，廣泛用于液(ye)壓隨動(dong)系(xi)統(tong)和(he)燃油系(xi)統(tong)精(jing)密偶件(jian)的閥孔，目前生產上最終工序大多(duo)以這(zhe)種鉸(jiao)刀加工。

性能特點

金剛石具有極高(gao)的硬度和耐磨性，其顯微(wei)硬度可達10000HV，是刀具材(cai)料(liao)(liao)(liao)中最硬的(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)(liao)。同時(shi)它的(de)(de)摩擦系數小，與(yu)非(fei)鐵(tie)金(jin)(jin)屬無親和(he)力，切屑易流出，熱(re)導率高，切削(xue)時(shi)不易產生積屑瘤，加工(gong)表面質量好。能(neng)有(you)效(xiao)地加工(gong)非(fei)鐵(tie)金(jin)(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)(liao)和(he)非(fei)金(jin)(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)(liao)，如銅(tong)、鋁等有(you)色(se)金(jin)(jin)屬及其(qi)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)、陶瓷(ci)、末燒結的(de)(de)硬質合(he)(he)(he)金(jin)(jin)、各(ge)種纖維和(he)顆(ke)粒(li)加強的(de)(de)復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)、塑料(liao)(liao)(liao)、橡膠(jiao)、石墨(mo)、玻璃和(he)各(ge)種耐磨(mo)的(de)(de)木材(cai)（尤其(qi)是實心木和(he)膠(jiao)合(he)(he)(he)板等復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)）。

金剛石的缺點是韌性差，熱(re)穩定(ding)性低。700℃～800℃時容(rong)易碳化，故不適于加(jia)工鋼鐵材料。因為在高溫下(xia)鐵原子容(rong)易與碳原子作用而使其轉化為石墨結(jie)構(gou)。此外，用它切削鎳基(ji)合金(jin)時，同樣(yang)也會迅速磨(mo)損。

CBN的硬度僅次于金剛石（可(ke)達8000HV～9000HV），并且熱穩(wen)定性高（達1250℃～1350℃），對鐵族元素化學惰(duo)性大，抗(kang)粘結能力(li)強，而且用金剛石砂輪(lun)即(ji)可磨(mo)削開刃(ren)，故適(shi)于加(jia)工各(ge)種淬硬(ying)鋼、熱噴(pen)涂材料、冷硬(ying)鑄鐵和35HRC以(yi)上的鈷基和鎳基等難(nan)切削材料。