【超硬刀具材料】超硬刀具材料有哪些 超硬刀具主要材料

超硬刀具材料是指與(yu)天(tian)然金剛石的硬度、性能相近的人(ren)造金剛石和(he)CBN（立(li)方(fang)氮化硼）。由(you)于(yu)天然金剛(gang)石(shi)價格比較昂(ang)貴，所(suo)以生產(chan)上大多采用人(ren)造聚晶金剛(gang)石(shi)（PCD）、聚晶(jing)立方氮化硼（PCBN），以及它們的復合材料。

材質及規格

1、圓管：1~2032mm 厚度：0.15~12mm

2、方管(guan)：5*5~300*300mm 厚度：0.3~8.0mm

3、矩形管：5*10~200*300 mm 厚(hou)度(du)：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(guan)：10*20~63*172mm 厚度(du)：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：0.8~6.0mm

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

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

寬*長：

1000mm*2000mm 厚(hou)度0.3mm～85mm

1220mm*2440mm 厚度0.3mm～85mm

1204mm*3050mm 厚度(du)0.3mm～85mm

1500mm*6000mm 厚度(du)0.3mm～85mm本質

人工(gong)合(he)成單晶(jing)金(jin)剛石(shi)的(de)尺寸(cun)、形狀和性能都具有(you)良好的(de)一(yi)致性，目前由于高溫(wen)高壓的(de)技術日趨(qu)成熟，能夠(gou)制(zhi)備具有(you)一(yi)定尺寸(cun)的(de)人工(gong)合(he)成單晶(jing)金(jin)剛石(shi)，De Beers公司和美國生產的合成(cheng)單晶金(jin)剛(gang)石顆粒尺(chi)寸(cun)可達9-10mm,使(shi)其在生(sheng)產中應用(yong)迅(xun)速發展。尤其在加工高(gao)耐磨(mo)的(de)層狀(zhuang)木板時(shi)，其性能要優于PCD金剛石(shi)，不會引起刃口(kou)過早鈍化。

人造聚晶金剛石(PCD)

PCD又稱金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)燒結(jie)體(ti)，是在高溫超高壓條件下，通過鈷等(deng)金(jin)屬結(jie)合(he)(he)劑將金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)微粉聚合(he)(he)成的(de)多(duo)晶(jing)(jing)(jing)體(ti)材料。其硬度雖低(di)于天(tian)然單晶(jing)(jing)(jing)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)，但它是隨機(ji)取(qu)向的(de)金(jin)剛(gang)(gang)石(shi)晶(jing)(jing)(jing)粒的(de)聚合(he)(he)，屬各向同性，用(yong)作刀具時可以任(ren)意取(qu)向刃(ren)磨，無需像ND必須選用最佳的解理面作(zuo)為前刀(dao)面。在切(qie)削(xue)時(shi)，切(qie)削(xue)刃對意外損壞不很(hen)敏(min)感，抗磨損能力也很(hen)強，可長時(shi)間保持鋒利的切(qie)削(xue)刃，加工時(shi)可采(cai)用很(hen)高的切(qie)削(xue)速度和(he)較大的吃刀(dao)量(例如在車削或鏜(tang)削鋁合(he)(he)金、黃(huang)銅、青銅及其合(he)(he)金時，切削速度為(wei)300-1000m/min,進給(gei)量(liang)為0.05-0.5mm/r,吃刀量可達10mm),使(shi)用壽命(ming)一般高于硬質合(he)金(WC基)刀具10-500倍，而且(qie)PCD原(yuan)料(liao)來源豐富(fu)，其價格只有ND的幾十分之一至十幾分之一，因此應用廣泛，成為傳統WC刀具的高(gao)性能替代品。

PCD的(de)性能(neng)與(yu)金剛石的(de)晶粒尺寸及結合劑的(de)含量有關。De Beers公司生產的PCD刀片有002、010和025幾種，晶(jing)粒的平均尺寸分別為2、10和(he)25微(wei)米。晶粒尺(chi)寸越大(da)，耐磨性越好，但刃口質量稍(shao)差，難以(yi)制(zhi)成高精(jing)度刀具。相反，用細晶粒PCD制(zhi)成的刀具、刃(ren)口質(zhi)量(liang)好。

為提高(gao)PCD刀片的韌(ren)性和(he)可焊性，通常將(jiang)PCD與硬質合金(jin)復合做成復合刀片(pian)(PCD/CC),即以硬(ying)質(zhi)合(he)金(jin)為(wei)基底，在其表面燒(shao)結或壓制一層0.5-1mm厚的PCD而成。這種復合刀片(pian)(又稱壓層刀片)的抗彎強(qiang)度與硬(ying)質(zhi)合金基本一致，而工作表面的硬(ying)度接近(jin)整體PCD，且可(ke)焊性(xing)好，重磨容易(yi)，成本低，故(gu)應用廣(guang)泛。PCD/CC常(chang)用(yong)焊或機夾方式制(zhi)作刀具。英國Smith公司研制多(duo)層金剛石復合片，其(qi)頂(ding)層金剛石濃度為100%,往下(xia)逐(zhu)步下(xia)降，同時硬(ying)質合(he)金(jin)逐(zhu)漸增加(jia)，到襯底全部為硬(ying)質合(he)金(jin)。這種復合(he)片(pian)的強度高，抗沖擊(ji)性能好，特(te)別(bie)適(shi)用(yong)于(yu)吃刀量大、有沖擊(ji)載(zai)荷(he)的加(jia)工(gong)使(shi)用(yong)。日(ri)本(ben)住(zhu)友電工(gong)公(gong)司采用(yong)鐵基合(he)金(jin)作(zuo)基體，所(suo)制造的金(jin)剛石復合(he)片(pian)鉆頭因(yin)PCD與鋼刀(dao)(dao)體有親和(he)作用，可保(bao)證(zheng)復合片與刀(dao)(dao)體的連結更(geng)為牢固。

必須指出(chu)，PCD刀具的刃口鋒利性和加工的工件表面質量均不如ND,同時其可加工性(xing)很差，磨削比小(xiao)，難以根據刀頭的幾何形狀任意成形，至今(jin)還不能方(fang)便地制造帶斷屑(xie)槽的可轉位PCD刀片和立銑(xian)刀等(deng)幾何形狀復雜的產(chan)品。

聚晶立(li)方(fang)氮化(hua)硼(PCBN)和聚晶立方氮化硼(peng)復合(he)片(pian)(PCBN/CC)PCBN或PCBN/CC制造(zao)方法與PCD或(huo)PCD/CC相似，是以CBN為原料，經高溫高壓制成聚晶(jing)立方(fang)氮化硼或其(qi)復合片(PCBN/CC)。PCBN/CC的(de)性能兼有較(jiao)好的(de)韌性和較(jiao)高的(de)硬(ying)度及耐磨性，抗彎(wan)強度可達1.47GPa,可經多次重磨使用(yong)。

PCBN的性(xing)能與CBN的粒度、含量及結合劑(ji)種類有關，按其組織大致可分為兩大類∶一類是(shi)由CBN晶粒直(zhi)接結(jie)合而(er)成，CBN含量多(70%以上),硬度高，適(shi)用于(yu)耐(nai)熱合(he)金(jin)、鑄(zhu)鐵和鐵系燒結金(jin)屬的切(qie)削加工；另一類是以CBN晶粒為主體，通(tong)過(guo)陶瓷結合劑(ji)(主(zhu)要有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等)燒結而成，這類PCBN中CBN含量少(70%以(yi)下),硬度低，適用于淬硬鋼的切削加工。

CVD金剛石

PCD、PCBN和人(ren)工(gong)合成(cheng)(cheng)單晶金剛石均是在高溫高壓下合成(cheng)(cheng)的，而CVD金剛石是在低壓下合成(cheng)的

CVD金剛(gang)石(shi)有兩種形式∶CVD薄膜涂層(CD)和CVD厚膜(TFD)。

CD是用CVD工(gong)藝，在硬(ying)質合金基體(常用K類合(he)金(jin))上沉積一層厚度約(yue)10-30微(wei)米(mi)，由多(duo)晶(jing)組成的膜狀(zhuang)金(jin)剛(gang)石而成。因(yin)基體易(yi)于制成復雜形狀(zhuang)，故適用于幾何形狀(zhuang)復雜的刀(dao)具。據報道(dao)，美國(guo)和日(ri)本等(deng)國(guo)家已相繼(ji)推出了CD的(de)絲(si)錐、鉆頭(tou)、立銑刀和帶斷(duan)屑(xie)槽(cao)的(de)可轉(zhuan)位刀片(如瑞典Sandvik公(gong)司的CD1810和美國(guo)Kennametal公司的KCD25牌號)等產品(pin)，用于有(you)色(se)金(jin)屬和非(fei)金(jin)屬材(cai)料(liao)的高(gao)速(su)精密(mi)加工，刀(dao)具(ju)壽(shou)命比未涂層的硬(ying)質(zhi)合金(jin)刀(dao)具(ju)提高(gao)近十倍(bei)，有(you)些甚(shen)至數(shu)十倍(bei)。

TFD是沉(chen)積厚(hou)度可達(da)1mm的無(wu)襯底金剛石厚膜(mo)，根據需(xu)要(yao)再(zai)將厚膜(mo)切割成(cheng)一定的大小，然(ran)后焊在硬質(zhi)合金刀片上使(shi)用。

TFD有(you)很好的綜合性能(neng)，它沒(mei)有(you)天然(ran)金剛石各向異(yi)性的缺點，由于不用金屬結(jie)合劑(ji)，雜質含量低，純度接近(jin)100%,故硬度(du)和熱導(dao)率比PCD更高(gao)，摩擦因數更小，化學穩定性(xing)更好，可采用比PCD刀具更(geng)高的切削速度，韌性和(he)強度則稍低(di)于PCD。外國已有TFD的商品供應(ying)。TFD未(wei)來(lai)可取代昂貴的(de)天然金剛石刀具或(huo)PCD金剛石刀具(ju)。

電鍍金剛石或電鍍CBN

電(dian)鍍金剛石或電(dian)鍍CBN是以(yi)金屬(shu)鎳和鈷(gu)等作結合劑，利用電(dian)鍍工藝把金剛石(shi)或CBN的(de)(de)細小顆粒包(bao)鑲在一定(ding)尺寸和幾何形狀(zhuang)的(de)(de)刀具(ju)基體(ti)表面，再經適(shi)當修(xiu)磨(mo)(mo)制成。此(ci)法制造工(gong)藝簡單(dan)，只(zhi)需要電鍍(du)(du)設(she)備即可。例如，鄭州磨(mo)(mo)料磨(mo)(mo)具(ju)磨(mo)(mo)削(xue)研究(jiu)所和山東(dong)蓬(peng)萊(lai)金剛(gang)石工(gong)具(ju)廠等生產(chan)的(de)(de)電鍍(du)(du)金剛(gang)石或電鍍(du)(du)CBN鉸刀屬于這類刀具。使用表明，用其可(ke)成(cheng)功(gong)地加工尺(chi)寸精(jing)度和幾何形狀精(jing)度都(dou)小于2Mm、表面粗糙度達Ra0.2-0.1微米的孔。例如，廣泛用于液(ye)壓隨動系(xi)統(tong)和燃油系(xi)統(tong)精(jing)密偶件的閥(fa)孔，目前生產上(shang)最(zui)終工(gong)序大多以(yi)這種(zhong)鉸刀(dao)加工(gong)。

性能特點

金剛石具有極(ji)高的(de)硬(ying)度和耐磨(mo)性，其顯微(wei)硬(ying)度可達(da)10000HV，是(shi)刀具材(cai)料(liao)(liao)(liao)中最硬的(de)材(cai)料(liao)(liao)(liao)。同時它的(de)摩(mo)擦系數小，與非(fei)鐵(tie)金(jin)屬無親和力，切屑易流出，熱導(dao)率(lv)高，切削時不易產生積屑瘤，加(jia)工表面質量(liang)好。能有效地(di)加(jia)工非(fei)鐵(tie)金(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)(liao)和非(fei)金(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)(liao)，如(ru)銅、鋁等有色金(jin)屬及其合(he)金(jin)、陶瓷、末燒結的(de)硬質合(he)金(jin)、各種纖維和顆粒加(jia)強(qiang)的(de)復合(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)、塑料(liao)(liao)(liao)、橡膠(jiao)、石(shi)墨(mo)、玻璃和各種耐磨的(de)木材(cai)（尤其是(shi)實心木和膠(jiao)合(he)板等復合(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)）。

金剛石(shi)的(de)缺點是韌性差，熱穩定性低。700℃～800℃時(shi)容易碳化(hua)，故(gu)不(bu)適于加工鋼鐵材料。因為在(zai)高溫下鐵原子(zi)(zi)容易與(yu)碳原子(zi)(zi)作用而使其轉化(hua)為石墨結構。此外，用它切削鎳(nie)基(ji)合(he)金時(shi)，同(tong)樣也會迅速磨損。

CBN的硬(ying)度僅次于金剛石（可達8000HV～9000HV），并且熱(re)穩定性(xing)高（達1250℃～1350℃），對鐵族(zu)元素(su)化學惰性大，抗(kang)粘結能力(li)強，而且用金剛石砂輪即可磨(mo)削開刃，故適于加工(gong)各種淬硬鋼、熱噴涂(tu)材料、冷硬鑄鐵和35HRC以上(shang)的鈷(gu)基(ji)和鎳基(ji)等(deng)難切削(xue)材料。