立方氮化硼刀具

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1、立方氮化硼刀具一、立方氮化硼介绍立方氮化硼（cubicboronnitride）：立方结构的氮化硼,分子式为BN,其晶体结构(图1)类似金刚石,硬度略低于金刚石，为HV72000～98000兆帕,常用作磨料和刀具材料。1957年,美国的R.H.温托夫首先研制成立方氮化硼。但至今尚未发现天然的立方氮化硼。立方氮化硼有单晶体和多晶烧结体两种。单晶体是把六方氮化硼和触媒在压力为3000～8000兆帕、温度为800～1900℃范围内制得。典型的触媒材料选自碱金属、碱土金属、锡、铅、锑和它们的氮化物。立方氮化硼的晶形有四面体的截锥、八面体、歪晶和

2、双晶等。工业生产的立方氮化硼有黑色、琥珀色和表面镀金属的,颗粒尺寸通常在1毫米以下。它具有优于金刚石的热稳定性和对铁族金属的化学惰性，用以制造的磨具，适于加工既硬又韧的材料，如高速钢、工具钢、模具钢、轴承钢、镍和钴基合金、冷硬铸铁等。用立方氮化硼磨具磨削钢材时，大多可获得高的磨削比和加工表面质量。二、PCBN刀具的制造工艺PCBN刀具的制造主要通过CBN粉末和结合剂经超高压高温烧结而成.大致步骤有;混合粉末--模压成型/与硬质合金底层组装成整体--超高压高温烧结--深加工.　　关键技术在于CBN与结合剂的选择与配比,超高压高温烧结工艺参

3、数的确定.三、PCBN刀具特点PCBN刀具是人造立方氮化硼刀具，在高温的时候还能保持高硬度的特性，主要做加工铁件之用。其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，因此它与金刚石统称为超硬材料。1、PCBN刀具材料的种类5按添加成分分：有直接由CBN单晶烧结而成的PCBN和添加一定比例粘结剂的PCBN烧结体两大类；按制造复合方式分：有整体PCBN烧结块和与硬质合金复合烧结的PCBN复合片两类。目前应用较广的是带粘结剂的PCBN复合片，根据添加的粘结剂比例不同则PCBN硬度也不同，粘结剂含量越多则硬度越低、韧性越好；粘结剂种类不同，则PCBN的用

4、途也不同，表1所示为常见粘结剂的PCBN刀具及其用途。CBN含量(%)－粘结剂种类－主要用途～60－TiN－淬火钢～70－TiC－铸铁～70－Al2O3－铸铁～90－AlN－高强度铸铁～80－Co－耐热合金钢铸铁2、PCBN刀具的切削性能A、具有很高的硬度和耐磨性CBN单晶的显微硬度为HV8000～9000，是目前已知的第二高硬度的物质，PCBN复合片的硬度一般为HV3000～5000。因此用于加工高硬度材料时具有比硬质合金及陶瓷更高的耐磨性，能减少大型零件加工中的尺寸偏差或尺寸分散性，尤其适用于自动化程度高的设备中，可以减少换刀调刀辅

5、助时间，使其效能得到充分发挥。B、具有很高的热稳定性和高温硬度CBN的耐热性可达1400～1500℃，在800℃时的硬度为Al2O3/TiC陶瓷的常温硬度，因此，当切削温度较高时，会使被加工材料软化，与刀具间硬度差增大，有利于切削加工进行，而对刀具寿命影响不大。C、具有较高的化学稳定性CBN具有很高的抗氧化能力，在1000℃时也不产生氧化现象，与铁系材料在1200～1300℃时也不发生化学反应，但在1000℃左右时会与水产生水解作用，造成大量CBN被磨耗，因此用PCBN刀具湿式切削时需注意选择切削液种类。一般情况下，湿切对PCBN刀具寿

6、命无明显提高，所以使用PCBN刀具时往往采用干切方式。D、具有良好的导热性5CBN材料的导热系数低于金刚石但大大高于硬质合金，并且随着切削温度的提高，PCBN刀具的导热系数不断增大，因此可使刀尖处热量很快传出，有利于工件加工精度的提高。E、具有较低的摩擦系数CBN与不同材料的摩擦系数在0.1～0.3之间，大大低于硬质合金的摩擦系数(0.4～0.6)，而且随摩擦速度及正压力的增大而略有减小。因此低的摩擦系数及优良的抗粘结能力，使CBN刀具切削时不易形成滞留层或积屑瘤，有利于加工表面质量的提高。F、PCBN复合片显微硬度与抗弯强度(TRS)

7、温度是影响PCBN复合片烧结好环的主要因素之一。测试发现，随着温度的升高TRS值明显变大。当CBN颗粒间结合能大于单晶的解理能时就表现为穿晶断裂，反之为沿晶断裂。通过电镜观测断口的形貌发现，沿晶断裂和穿晶断裂共存。但随着温度的升高或颗粒粒度的增大，穿晶断裂逐渐增多而且从PCBN层中心沿径向到边缘穿晶断裂也逐渐增多。G、硬质合金对PCBN硬度与导电性的影响在合成PCBN的过程中，硬质合金中的钴扫越CBN层，尽管Co与CBN不反应，少量的钴还是残留在PCBN中作为CBN颗粒间“孔隙”的填充剂。而Co的硬度与CBN颗粒的硬度相比要低得多，因而

8、导致CBN层硬度的降低。H具有很高杨氏模量。PCBN杨氏模量约为750GPa，高于WC、TiC、Al2O3等材料。I具有很小热膨胀。PCBN热膨胀系数约为（2.1～2.3）×10-6/K，而硬质合金热膨胀系