1、有關(guān)刀具材料的一組“名言”工欲善其事，必先利其器好鋼用在刀刃上刀具材料的每一次進(jìn)步幾乎都給機(jī)械加工業(yè)帶來(lái)一次革命再先進(jìn)的機(jī)床沒(méi)有刀具尤如一堆廢鐵 機(jī)床、刀具和工件組成的切削加工系統(tǒng)中，刀具是最活躍的因素 機(jī)床與刀具材料交替進(jìn)展，成為切削技術(shù)不斷向前發(fā)展的歷史規(guī)律金屬切削的發(fā)展史，從某種意義上說(shuō)，可歸結(jié)為刀具材料的發(fā)展史 刀具材料的合理選擇是切削加工工藝一項(xiàng)重要內(nèi)容，它在很大程度上決定了切削加工生產(chǎn)率的高低、刀具消耗和加工成本的大小、加工精度和表面質(zhì)量的優(yōu)劣等。刀具材料的發(fā)展同時(shí)也受到工件材料發(fā)展的促進(jìn)和影響。 目前廣泛應(yīng)用的刀具材料有高速鋼和硬質(zhì)合金。 刀具材料通常是指刀具切削部分的材料。刀具

2、的切削部分不但要求具有一定的幾何形狀，還要求有相應(yīng)的刀具材料。可轉(zhuǎn)位刀片可轉(zhuǎn)位刀片形狀車 刀鉆 頭鉆頭（TiN涂層）鉆頭（TiAlN涂層）旋轉(zhuǎn)刀具與HSK刀柄旋轉(zhuǎn)刀具與刀柄銑刀銑刀本章主要內(nèi)容：第一節(jié) 概述第二節(jié) 高速鋼第三節(jié) 硬質(zhì)合金第四節(jié) 涂層刀具第五節(jié) 陶瓷第六節(jié) 立方氮化硼第七節(jié) 金剛石第八節(jié) 刀具材料的發(fā)展趨勢(shì)一、切削刀具的種類二、切削刀具的發(fā)展歷史三、切削刀具應(yīng)具備的性能四、刀具材料的類型第一節(jié) 概述第一節(jié) 概述切削刀具的種類按刀具材料的成分可分為：金剛石刀具（Diamond）立方氮化硼刀具 （Cubic Born Nitride ，CBN)陶瓷刀具 （Ceramic Tools）

3、硬質(zhì)合金刀具（Cemented Carbide Tools）高速鋼刀具 （High Speed Steel）碳素和合金工具鋼 （Alloy Steel）第一節(jié) 概述切削刀具的種類 各種刀具切削部分的形狀刨刀、銑刀、鉆頭等其他刀具可視為車刀的演變或組合按加工方式可分為：車刀 （Turning Tools）銑刀（Milling Tools）成型刀具（Formed Tools）孔加工刀具（Drilling Tools）齒輪刀具（Gear Cutting Tools）其它刀具（Other Tools）第一節(jié) 概述切削刀具的種類按刀具結(jié)構(gòu)可分為： 整體刀具 可轉(zhuǎn)位刀具a）焊接式車刀b）整體式車刀c）機(jī)夾

4、式車刀焊接刀具其他刀具第一節(jié) 概述切削刀具的發(fā)展歷史直徑2丈（6.7米）,加工天文儀器上的銅環(huán)刀具或磨石古時(shí)代，曾用石材和銅合金作為刀具材料。第一節(jié) 概述18世紀(jì)后期，碳素工具鋼刀具，耐熱溫度為200，切削速度6-10m/min，加工瓦特蒸汽機(jī)氣缸孔和端面， 需要大約1個(gè)月時(shí)間。1861年英國(guó)人首先制備出合金工具鋼刀具，耐熱溫度達(dá)到300左右，切削速度20m/min。 1898年美國(guó)人研制成功高速鋼刀具，耐熱溫度達(dá)到500左右，切削速度30-40m/min。 高速鋼刀具的出現(xiàn)，引起了金屬切削加工的第一次革命，新型高速機(jī)床隨之出現(xiàn)。切削刀具的發(fā)展歷史第一節(jié) 概述切削刀具的發(fā)展歷史1925年德國(guó)人

5、首先發(fā)明了硬質(zhì)合金刀具，耐熱溫度達(dá)到600-800左右，切削速度40-200m/min。硬質(zhì)合金刀具的出現(xiàn)，引起了金屬切削加工的又一次革命。20世紀(jì)30年代，出現(xiàn)陶瓷刀具，但并未得到廣泛應(yīng)用，50年代以后，逐步發(fā)展，目前，耐熱溫度達(dá)到1100-1400，切削速度500-1000m/min。20世紀(jì)50年代美國(guó)GE公司首先合成人造金剛石和CBN，CBN硬度接近金剛石，耐熱溫度達(dá)到1400-1500。自20世紀(jì)70年代初美國(guó)GE公司研制成功聚晶金剛石(PCD)刀片，目前，在很多場(chǎng)合下已經(jīng)替代了天然金剛石。氧化鋁，俗稱剛玉刀具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關(guān)系切削速度（m/min）2000100050

6、02001005020101800 1850 1900 1950 2000 年代碳素工具鋼合金工具鋼WC系硬質(zhì)合金高速鋼WC-TiC系硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金TiAlN涂層硬質(zhì)合金DLC涂層硬質(zhì)合金TiC-TiN金屬陶瓷聚晶立方氮化硼 （PCBN）陶瓷聚晶金剛石（PCD）第一節(jié) 概述切削刀具的發(fā)展歷史實(shí)例：加工直徑為100 mm，長(zhǎng)度500 mm的碳鋼棒。 1890年，用碳素工具鋼刀具，需要100 min。 1910年，用高速鋼刀具，需要26 min。 現(xiàn)在，用硬質(zhì)合金刀具，需要1.5 min。 現(xiàn)在，用陶瓷或PCBN刀具，小于1.0 min。刀具在切削過(guò)程中，和工件直接接觸的切削部分要承受極大的

7、切削力，尤其是切削刃及緊鄰的前、后刀面，長(zhǎng)期處在切削高溫環(huán)境中工作。并且切削中的各種不均勻、不穩(wěn)定因素，還將對(duì)刀具切削部分造成不同程度的沖擊和振動(dòng)。如：切削鋼材時(shí)，切屑對(duì)前刀面的擠壓應(yīng)力高達(dá)2GPa3GPa；高速切削鋼材時(shí)切屑與前刀面接觸區(qū)的溫度常保持在800900，中心區(qū)甚至超過(guò)1000。為了適應(yīng)如此繁重的切削負(fù)荷和惡劣的工作條件，刀具材料應(yīng)具備以下幾方面性能：第一節(jié) 概述切削刀具應(yīng)具備的性能第一節(jié) 概述切削刀具應(yīng)具備的性能1高的硬度和耐磨性刀具材料的硬度一般大于60 HRC（一般應(yīng)大于工件材料的硬度）。刀具材料的耐磨性指抵抗磨損的能力，刀具的硬度越高、耐磨性一般越高。除硬度外，耐磨性還與材

8、料的化學(xué)成分、強(qiáng)度、韌性及顯微組織等有關(guān)。2足夠的強(qiáng)度和韌性切削過(guò)程中，刀具的切削部分承受很大的切削負(fù)荷，尤其在斷續(xù)切削過(guò)程中更要承受循環(huán)的熱及機(jī)械沖擊，刀具的常見(jiàn)損壞形式為破損如崩刃、斷裂等。刀具材料必須具備足夠的強(qiáng)度和韌性。第一節(jié) 概述切削刀具應(yīng)具備的性能第一節(jié) 概述切削刀具應(yīng)具備的性能3高的熱穩(wěn)定性也稱高的耐熱性，是衡量刀具材料切削性能的重要標(biāo)志，它指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的能力。除了高的熱穩(wěn)定性，刀具材料還應(yīng)具備良好的高溫抗氧化能力、抗擴(kuò)散性能。第一節(jié) 概述切削刀具應(yīng)具備的性能4良好的熱物理特性及抗熱沖擊性能良好的導(dǎo)熱性，大的熱容量有利于切削熱的傳出、降低切削溫度

9、；斷續(xù)切削時(shí)，刀具受到循環(huán)的熱沖擊，容易產(chǎn)生熱裂紋而斷裂，所以刀具材料應(yīng)具備優(yōu)良的抗熱沖擊性能；熱膨脹系數(shù)越小，則熱變形越小，有利于降低熱應(yīng)力。溫度變化劇烈對(duì)刀具的影響為熱沖擊，可能導(dǎo)致刀具內(nèi)部產(chǎn)生裂紋以致斷裂（斷續(xù)切削或使用切削液可能造成熱沖擊）。刀具材料抵抗熱沖擊的能力可以用耐熱沖擊系數(shù)R表示。 導(dǎo)熱系數(shù)； b 抗拉強(qiáng)度； 泊松比； E 彈性模量； 熱膨脹系數(shù)。 導(dǎo)熱系數(shù)越大，熱量越容易被傳導(dǎo)出去，從而降低刀具表面的溫度梯度；熱膨脹系數(shù)小，可以減少熱變形；彈性模量小，可以降低因熱膨脹而產(chǎn)生的交變應(yīng)力的幅度。耐熱沖擊性能好的刀具材料，在切削加工的過(guò)程中可以使用切削液。第一節(jié) 概述切削刀具應(yīng)具

10、備的性能第一節(jié) 概述切削刀具應(yīng)具備的性能5良好的工藝性指良好的鍛造性能、機(jī)加工性能和熱處理性能，便于刀具的制造。6經(jīng)濟(jì)性刀具材料的發(fā)展一定要將生產(chǎn)的實(shí)際需要與本國(guó)的自然資源的相結(jié)合，因地制宜。第一節(jié) 概述上述性能之間可能相互矛盾(如硬度高的刀具材料，其強(qiáng)度和韌性較低)。沒(méi)有一種刀具材料能具備所有性能的最佳指標(biāo)，而是各有所長(zhǎng)。所以在選擇刀具材料時(shí)應(yīng)合理選用。天然金剛石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬質(zhì)合金涂層WC硬質(zhì)合金涂層超細(xì)粒狀硬金屬涂層高速鋼TiN涂層高速鋼斷裂韌性耐磨性刀具材料的耐磨性與斷裂韌性第一節(jié) 概述刀具材料的類型刀具材料可分為工具鋼(包括碳素工具鋼、合金工具鋼)、高速鋼、硬質(zhì)

11、合金、陶瓷和超硬材料(包括金剛石、立方氮化硼等)五大類 。刀體材料：刀體一般均用普通碳鋼或合金鋼制作 。尺寸較小的刀具或切削負(fù)荷較大的刀具宜選用合金工具鋼或整體高速鋼制作，如螺紋刀具、成形銑刀、拉刀等。機(jī)夾、可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具，鑲硬質(zhì)合金鉆頭，可轉(zhuǎn)位銑刀等的刀體可用合金工具鋼制作 。對(duì)于一些尺寸較小、剛度較差的精密孔加工刀具，如小直徑鏜刀、鉸刀，為保證刀體有足夠的剛度，宜選用整體硬質(zhì)合金制作，以提高刀具壽命和加工精度 。第一節(jié) 概述刀體材料第一節(jié) 概述刀具材料的類型工具鋼 碳素工具鋼碳素工具鋼是一種含C量較高的優(yōu)質(zhì)鋼（含C一般為0.651.35%）。常用牌號(hào)有 T7A、T8AT13A等；主要性

12、能：淬火后硬度較高，可達(dá)HRC 6165；紅硬性為 200250，價(jià)格低廉，不耐高溫，切削速度因此而不能提高，允許切削速度vc10m/min，只能制作低速手用刀具，如板牙、鋸條、銼等。第一節(jié) 概述刀具材料的類型工具鋼合金工具鋼在碳素工具鋼中加入一定量的鉻（Cr）、鎢（W）、錳（Mn）等合金元素，能夠提高材料的耐熱性、耐磨性和韌性，同時(shí)還可以減少熱處理時(shí)的變形。主要牌號(hào)有 9SiCr、CrWMn；主要性能：淬火后的硬度可達(dá)HRC 6165，紅硬性為300400，允許切削速度vc=1015 m/min, 制作低速、形狀比較復(fù)雜、要求淬火后變形小的刀具。如板牙、拉刀、手用鉸刀（孔的精加工）等。一、高

13、速鋼的特點(diǎn)及應(yīng)用二、粉末冶金高速鋼三、涂層高速鋼四、高速鋼面臨的問(wèn)題和策略第二節(jié) 高速鋼第二節(jié) 高速鋼高速鋼的特點(diǎn)及應(yīng)用高速鋼是一種加入了較多的鎢W、鉬Mo、鉻Cr、釩V等合金元素的高合金工具鋼。特點(diǎn)：1）熱穩(wěn)定性較好，耐熱溫度600 C。 2）強(qiáng)度高，抗彎強(qiáng)度為硬質(zhì)合金的 23倍； 3）韌性高，比硬質(zhì)合金高幾十倍； 4）常溫硬度HRC 63以上，且有較好的耐熱性； 5）可加工性好，熱處理變形較小。第二節(jié) 高速鋼高速鋼的特點(diǎn)及應(yīng)用與碳素工具鋼、合金工具鋼相比，高速鋼的熱硬性更高，在切削溫度高達(dá)500650時(shí)，仍能保持60HRC的高硬度，因此允許切削速度可提高l2倍(25m/min30m/min

14、)。同時(shí)，高速鋼還具有較高的耐磨性以及較高的強(qiáng)度和韌性。 總之，高速鋼的切削性能比工具鋼好得多，而可加工性能又比硬質(zhì)合金好得多。 應(yīng)用：高速鋼仍是世界各國(guó)制造復(fù)雜、精密和成形刀具的基本材料，是應(yīng)用最廣泛的刀具材料之一。常用于制造各種復(fù)雜刀具（如鉆頭、絲錐、拉刀、成型刀具、齒輪刀具等）。鎢系高速鋼：（優(yōu)點(diǎn)）因含釩量少，刃磨工藝性好。淬火時(shí)過(guò)熱傾向小，熱處理控制較容易。（缺點(diǎn)）碳化物分布不均勻，不宜做大截面的刀具；熱塑性較差；鎢價(jià)高。 鎢鉬系高速鋼：（優(yōu)點(diǎn)）加入3-5質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鉬，可改善刃磨工藝性。（缺點(diǎn)）淬火溫度范圍窄，脫碳過(guò)熱敏感性大。用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等。

15、鎢鉬系高速鋼：高溫?zé)崴苄院茫掖慊疬^(guò)熱、脫碳敏感性小，有良好的切削性能。高釩高速鋼：加入3-5質(zhì)量分?jǐn)?shù)的釩，碳化釩的硬度較高，耐磨性提高，但刃磨難度加大。用于制造形狀簡(jiǎn)單，對(duì)耐磨性要求較高的刀具。鈷高速鋼：加入鈷，使得高溫硬度和抗氧化能力得到提高，因此能適用于較高的切削速度。用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復(fù)雜刀具，價(jià)格昂貴。鋁高速鋼：鋁能提高W、Mo等元素在鋼中的溶解度，并可阻止晶粒長(zhǎng)大，使得高溫硬度、熱塑性與韌性得到提高。耐磨性好，用于制造加工高強(qiáng)度耐熱鋼的刀具。第二節(jié) 高速鋼粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼：是通過(guò)高壓惰性氣體或高壓水霧化高速鋼水而得到的細(xì)小的高速鋼粉末，然后壓制或熱

16、壓成形，再經(jīng)燒結(jié)而成的高速鋼。優(yōu)點(diǎn)：1)由于可獲得細(xì)小均勻的結(jié)晶組織(碳化物晶粒25m)，從而完全避免了碳化物的偏析，提高了鋼的硬度與強(qiáng)度； 2)由于物理力學(xué)性能各向同性，可減少熱處理變形與應(yīng)力，因此可用于制造精密刀具；3)由于鋼中的碳化物細(xì)小均勻，使磨削加工性得到顯著改善，含釩量多者，改善程度就更顯著。4)粉末冶金高速鋼提高了材料的利用率。缺點(diǎn)：成本高。應(yīng)用：適于制造切削難加工材料的刀具，特別適于制造各種精密刀具和形狀復(fù)雜的刀具（如精密螺紋車刀、拉刀、切齒刀具等）。 第二節(jié) 高速鋼粉末冶金高速鋼第二節(jié) 高速鋼涂層高速鋼高速鋼刀具的表面涂層是采用物理氣相沉積(PVD)方法，在適當(dāng)?shù)母哒婵斩扰c溫

17、度環(huán)境下進(jìn)行氣化的鈦離子與氮反應(yīng)，在陽(yáng)極刀具表面上生成TiN。特點(diǎn)：硬度可高達(dá)2200 HV，有較高的熱穩(wěn)定性，與鋼的摩擦系數(shù)較低。切削力、切削溫度約下降25，切削速度、進(jìn)給量、刀具壽命顯著提高。典型涂層：TiC、TiCN、TiAlN、A1TiN、TiAlCN、DLC（diamend-like coating金剛石類涂層）、CBC（carbon-based coating硬質(zhì)合金基類涂層）。第二節(jié) 高速鋼HSS面臨的問(wèn)題和策略由于HSS刀具中W、Co等主要元素的資源緊缺，在世界范圍內(nèi)已日益枯竭，其含量只夠4060年使用，HSS刀具在所占刀具材料中的比重逐漸下降，正以每年1%2%的速度縮減。預(yù)計(jì)

18、今后高速鋼的使用比例還將逐漸減少。HSS刀具的發(fā)展方向包括：發(fā)展各種少W的通用型高速鋼，擴(kuò)大使用各種無(wú)Co、少Co的高性能高速鋼，推廣使用粉末冶金高速鋼（PM HSS）和涂層高速鋼。 一、硬質(zhì)合金的制造二、硬質(zhì)合金的種類、成分及性能三、新型硬質(zhì)合金四、硬質(zhì)合金刀具第三節(jié) 硬質(zhì)合金第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（稱硬質(zhì)相，如WC、TiC、TaC（鉭）、NbC（鈮）等）粉末和金屬粘結(jié)劑（稱粘結(jié)相，如Co、Ni、Mo等）經(jīng)高壓成型后，再在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性都很高，允許的切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼，且能切削諸如淬火鋼等硬材料。硬質(zhì)合金的不足是

19、與高速鋼相比，其抗彎強(qiáng)度較低、脆性較大，抗振動(dòng)和沖擊性能也較差。混料、球磨（使均勻） 壓制成型第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的制造不同模具壓制的制品 燒結(jié)爐第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的制造第三節(jié) 硬質(zhì)合金按晶粒大小區(qū)分可分為：普通硬質(zhì)合金、細(xì)晶粒硬質(zhì)合金和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金。按主要化學(xué)成分可分為：碳化鎢基硬質(zhì)合金和碳(氮)化鈦基硬質(zhì)合金。碳化鎢基硬質(zhì)合金包括鎢鈷類(YG)、鎢鈷鈦類(YT)和添加稀有碳化物類(YW)三類，主要成分為碳化鎢、碳化鈦等，常用的金屬粘結(jié)相是Co。碳(氮)化鈦基硬質(zhì)合金是以TiC為主要成分的硬質(zhì)合金，常用的金屬粘結(jié)相是Mo和Ni。硬質(zhì)合金的種類、成分及性能第三節(jié) 硬質(zhì)合金TiC基

20、刀具TiN基刀具TiCN基刀具鎢鈷鈦類鎢鈷類添加稀有碳化物類硬質(zhì)合金刀具碳(氮)化鈦基硬質(zhì)合金刀具碳化鎢基硬質(zhì)合金刀具硬質(zhì)合金的種類、成分及性能第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金刀具其硬度達(dá)HRA8993，遠(yuǎn)高于高速鋼， 硬質(zhì)合金的硬度值隨碳化物的性質(zhì)、數(shù)量、粒度和金屬粘結(jié)相的含量而變化，一般隨粘結(jié)金屬相含量的增多而降低。常用牌號(hào)硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度在0.901.50 GPa范圍內(nèi)，遠(yuǎn)高于陶瓷。金屬粘結(jié)相含量越高，則抗彎強(qiáng)度也就越高。由于TiC的導(dǎo)熱系數(shù)低于WC，所以YT合金導(dǎo)熱系數(shù)比YG合金低，并隨著TiC的含量增加而下降 。硬質(zhì)合金的熱膨脹系數(shù)比高速鋼小得多。硬質(zhì)合金的種類、成分及性能按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織

21、（ISO）可分三類：K類（鎢鈷類WC+Co），加工短切屑（脆性）黑色金屬、有色金屬和非金屬材料，相當(dāng)我國(guó)YG類；P類（鎢鈦鈷類WC+TiC+Co），加工長(zhǎng)切屑（塑性）黑色金屬，相當(dāng)我國(guó)YT類;M類（添加稀有金屬碳化物類WC+TiC+TaC(NbC)+Co），加工長(zhǎng)切屑和短切屑黑色金屬和有色金屬，相當(dāng)我國(guó)YW類。第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的種類、成分及性能第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的種類、成分及性能(1) YG類（WCCo）硬質(zhì)合金K類由硬質(zhì)相WC和粘結(jié)相Co組成。常用牌號(hào)：YG3、YG6、YG8及YG3X、YG6X。其含Co量為3、6和8。Co含量增加強(qiáng)度、硬度。WC晶粒分中顆粒（YG3、YG6、

22、YG8）、細(xì)顆粒（YG3X、YG6X）和超細(xì)顆粒。YG類適于加工短切屑黑色金屬、有色金屬以及非金屬材料，低速時(shí)也可加工鈦合金等耐熱鋼。第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的種類、成分及性能 (2) YT類（WCTiC十Co）硬質(zhì)合金P類硬質(zhì)相除WC外還有TiC。常用牌號(hào)：YT30、YT15、YT14及 YT5，其TiC含量為 30、15、14和 5。TiC與WC相比，硬度、耐熱性好，但韌性與導(dǎo)熱系數(shù)較差。因此YT類硬質(zhì)合金隨著TiC含量增加，Co含量的減少，其硬度、耐熱性及耐磨性增加，而強(qiáng)度、沖擊韌性及導(dǎo)熱性降低。YT類適于加工長(zhǎng)切屑黑色金屬。含TiC越多，耐熱性好，強(qiáng)度低，用于精加平；含TiC少的用于粗

23、加工。第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的種類、成分及性能 (3) YW類（WC +TiCTaC（NbCCo）硬質(zhì)合金M類在YT類中加人TaC（ NbC）硬質(zhì)相。抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度增加，提高了高溫性能和抗氧化能力。既可加工長(zhǎng)切屑也能加工短切屑黑色金屬和有色金屬，有通用合金之稱。以上三類統(tǒng)稱WC基硬質(zhì)合金。(4)TiC基硬質(zhì)合金組成：TiC為主要成分（有些加入碳化物、氮化物）， TiC-Ni-Mo合金。常用牌號(hào)：YN05、YN10等。特點(diǎn)：很高的硬度和耐磨性；化學(xué)穩(wěn)定性好；可以用來(lái)加工鋼和鑄鐵。彎曲強(qiáng)度和韌性不如WC基硬質(zhì)合金。 第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的種類、成分及性能常用硬質(zhì)合金牌號(hào)及應(yīng)用范

24、圍牌 號(hào)應(yīng) 用 范 圍YG3硬度 抗彎耐磨 強(qiáng)度性、 韌性切削 進(jìn)給速度 量鑄鐵、有色金屬、高溫合金的精、半精加工，無(wú)沖擊YA6冷硬鑄鐵、淬硬鋼、有色金屬及合金的精、半精加工YG6X鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精、半精加工，YG6鑄鐵、有色金屬、高溫合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬、高溫合金粗加工，可用于斷續(xù)切削YT30硬度 抗彎耐磨 強(qiáng)度切削 韌性速度 進(jìn)給碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳鋼、合金鋼連續(xù)切時(shí)粗、半精加工，斷續(xù)切精加工YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，可用于斷續(xù)切削YW1同 上高強(qiáng)度鋼、碳鋼、鑄鐵、有色金屬等的精、半精加工YW2高強(qiáng)度鋼、碳鋼、鑄鐵、有色金屬等的半精與粗加工

25、YN05同 上碳鋼、合金鋼的高速精車，系統(tǒng)剛性好的細(xì)長(zhǎng)軸精車YN10碳鋼、合金鋼、淬硬鋼連續(xù)表面的精加工第三節(jié) 硬質(zhì)合金新型硬質(zhì)合金1細(xì)晶粒、超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金 普通硬質(zhì)合金中WC粒度為幾個(gè)微米，細(xì)晶粒合金平均粒度在1.5m左右。超細(xì)晶粒合金粒度在0.21m之間，其中絕大多數(shù)在0.5m以下。 超細(xì)晶粒合金成本較高，多用于YG類合金，它的硬度和耐磨性得到較大提高，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度也得到提高，已接近高速鋼。適合做小尺寸銑刀、鉆頭等，并可用于加工高硬度難加工材料。 2涂層硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金刀具將韌性材料和耐磨材料通過(guò)涂層有機(jī)的結(jié)合在一起，從而改變了硬質(zhì)合金刀片的綜合機(jī)械性能。 我國(guó)目前正在積極發(fā)展

26、此類刀具，已有CN15、1N25、CN35、CN16、CN26 等涂層硬質(zhì)合金刀片在生產(chǎn)中應(yīng)用。 3鋼結(jié)硬質(zhì)合金 （高速鋼基硬質(zhì)合金）是由WC、TiC作硬質(zhì)相，高速鋼作粘結(jié)相，通過(guò)粉末冶金工藝制成。其性能介于高速鋼和硬質(zhì)合金之間，能夠鍛造、切削加工、熱處理和焊接，常溫硬度7075HRC，耐磨性比高速鋼提高67倍。 可用來(lái)制造鉆頭、銑刀、拉刀、滾刀等復(fù)雜刀具，加工不銹鋼、耐熱鋼和有色金屬。 高速鋼基硬質(zhì)合金導(dǎo)熱性差，容易過(guò)熱，高溫性能比硬質(zhì)合金差，切削時(shí)要求充分冷卻，不適于高速切削。 細(xì)晶粒合金中由于硬質(zhì)相和粘結(jié)相高度分散，增加了粘結(jié)面積，提高了粘結(jié)強(qiáng)度。因此，其硬度與強(qiáng)度都比同樣成分的合金高，

27、硬度約提高1.52HRA，抗彎強(qiáng)度約提高0.60.8Gpa,而且高溫硬度也能提高一些，可減少中低速切削時(shí)產(chǎn)生的崩刃現(xiàn)象。a) 細(xì)晶粒 b) 粗晶粒YG10硬質(zhì)合金（1500倍）第三節(jié) 硬質(zhì)合金超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金國(guó)內(nèi)外常用的幾種超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的性能 牌號(hào)國(guó)家成分晶粒尺寸(m)抗彎強(qiáng)度(MPa)硬度(HRA)YD05中國(guó)WC+TiC+Co+TaC+Cr3C 0.5120094-94.5YS2中國(guó)WCCo+Cr3C2 0.5220091.5YM051中國(guó)WC+TiC+TaC+Co0.40.5165092.5YG643中國(guó)WC+TiC+Co+TaC+Cr3C 1150092.5K602美國(guó)WC+Co+

28、TiC+TaC 1150093RIP瑞典WC+Co+TaC 0.5195092F日本W(wǎng)C+Co+TaC 1200093日本黛杰公司超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的物理機(jī)械性能 牌號(hào)密度g/cm3彈性模量(GPa)斷裂韌性(MPa.m1/2)抗彎強(qiáng)度(MPa)硬度(HRA)熱脹系數(shù)10-6/FB1014.05609.5220093.55.5FB1514.055011.0260092.05.5FZ1514.458011.5280091.85.4FB2013.651012.0280091.55.6第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金刀具美國(guó)SGS是世界上最著名的硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)刀具(頭盔銑削視頻)硬質(zhì)合金第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金

29、刀具硬質(zhì)合金刀頭第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金刀具硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具整體硬質(zhì)合金刀具第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金刀具硬質(zhì)合金焊接成形刀具硬質(zhì)合金螺紋車刀片第三節(jié) 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金刀具硬質(zhì)合金刮削刀硬質(zhì)合金齒輪加工刀具滾刀、插齒刀、剃齒刀一、涂層刀具的類型二、涂層刀具的性能特點(diǎn)三、常用的涂層材料四、涂層刀具的應(yīng)用五、國(guó)內(nèi)外常用的涂層刀具牌號(hào)第四節(jié) 涂層刀具第四節(jié) 涂層刀具單涂層 多涂層(帶中間過(guò)渡層)厚度: (0.550m) 厚度: (0.510m)多涂層(納米結(jié)構(gòu)) 梯度涂層厚度: (100nm)超硬涂層 硬和軟復(fù)合涂層(CVDDP/BN) (MoS2, WC/C, 石墨等)涂層刀具的類型第四節(jié) 涂層刀

30、具1500倍a) 單涂層 b) 多涂層涂層硬質(zhì)合金微觀結(jié)構(gòu)TiN coated drillsTiAlN coated drillsZrN coated tools第四節(jié) 涂層刀具涂層刀具的性能特點(diǎn)涂層可分為兩大類：一類是“硬”涂層，如：TiC、TiN、A12O3涂層。硬涂層的主要優(yōu)點(diǎn)是硬度高、耐磨性能好。另一類是“軟”涂層，如MoS2、WS2等。這種涂層也稱為自潤(rùn)滑涂層，其表面摩擦系數(shù)低，可以減小摩擦。涂層刀具將基體材料和涂層材料的優(yōu)良性能結(jié)合起來(lái)，既保持了基體良好的韌性和較高的強(qiáng)度，又具有涂層的高硬度、高耐磨性和低摩擦系數(shù)。與未涂層刀具相比，涂層刀具的切削速度可提高2倍以上，刀具壽命可提高2

31、-5倍。第四節(jié) 涂層刀具涂層刀具的性能特點(diǎn)涂層硬質(zhì)合金一般采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)，沉積溫度在1000左右。對(duì)于精密、形狀復(fù)雜、價(jià)格昂貴、不可重磨的高速鋼刀具一般采用物理氣相沉積法(PVD) ，沉積溫度在500左右。刀具壽命與涂層厚度有關(guān)。涂層太厚時(shí)易引起剝離；涂層太薄時(shí)，則耐磨性能差，涂層不能有效的保護(hù)基體。涂層刀片重磨性差、涂層設(shè)備復(fù)雜、工藝要求高、涂層時(shí)間長(zhǎng)、刀具成本相對(duì)較高。主要用于剛性高的數(shù)控機(jī)床 。第四節(jié) 涂層刀具常用的涂層材料碳化物：TiC、SiC、ZrC、WC、NbC、VC、B4C等氮化物：TiN、VN、TaN、ZrN、BN、A1N等。氧化物：A12O3、SiO2、Cr2O

32、3、TiO2等。硼化物：TiB2、ZrB2、NbB2、WB2等。硫化物：MoS2、WS2、TaS2等 。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，刀具涂層技術(shù)取得了飛速發(fā)展，涂層工藝越來(lái)越成熟。在日本的硬質(zhì)合金和陶瓷刀片總產(chǎn)量中，涂層刀片占41。西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家使用的涂層刀片占可轉(zhuǎn)位刀片的比例已由1978年的26，增加到1985年的50-60。新型數(shù)控機(jī)床所用切削刀具中有80左右使用涂層刀具。美國(guó)數(shù)控機(jī)床上使用涂層硬質(zhì)合金刀片比例為80。瑞典和德國(guó)車削用涂層刀片已占70以上。前蘇聯(lián)1981-1985年期間，刀具產(chǎn)量增加16，硬質(zhì)合金刀具增加了29，而涂層刀具則增加了5倍。第四節(jié) 涂層刀具涂層刀具的應(yīng)用第四節(jié) 涂

33、層刀具涂層刀具的應(yīng)用涂層刀具通用性廣，加工范圍顯著擴(kuò)大，一種涂層刀具可以代替數(shù)種非涂層刀具使用，因而可以大大減少刀具的品種和庫(kù)存量，簡(jiǎn)化刀具管理，降低刀具和設(shè)備成本 。不同涂層材料的刀具，切削性能不一樣。低速切削時(shí)，TiC涂層占有優(yōu)勢(shì)；高速切削時(shí)，TiN較合適；Al2O3涂層的熱化學(xué)穩(wěn)定性比TiN更高，適合于在更高的切削速度下工作。涂層刀具將是今后數(shù)控加工領(lǐng)域中的最重要刀具品種，預(yù)計(jì)涂層刀具所占的比例可能達(dá)到80%以上。第四節(jié) 涂層刀具國(guó)內(nèi)外常用涂層刀具牌號(hào)制造廠家ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)P10P20P30M10M20K10K15K20株洲硬質(zhì)合金廠CN15YB01YB02YB03CN25YB01Y

34、B02YB03CN35YB01YB02YB03YB03YB03CA15CN16YB03YB435CA15CN16YB03YB435CA25CN26YB03YB435自貢硬質(zhì)合金廠ZC01ZC02YN510ZC01ZC02ZC03ZC03ZC04ZC07ZC02ZC04ZC05ZC02ZC04ZC05ZC01ZC02ZC03ZC01ZC02ZC03ZC01ZC02ZC03美國(guó)肯納金屬KC740KC850KC910KC250美國(guó)萬(wàn)耐特VN5V90VN5V90V99V99VN5VN5V99VN2V91VN2V91瑞典山特維克GC415GC425GC015GC415GC425GC435GC415GC4

35、25GC435GC415GC415GC425GC3015GC415GC315GC3015GC415GC3015GC415GC315日本東芝鎢業(yè)T822T802T823T822T802T823T813T813T553T370T822T802T823T260T823T803T813T260T821T802T823T813T811T802T823T813T802T823T813T530第四節(jié) 涂層刀具涂層刀片牌號(hào)基體刀片牌號(hào)涂層材料CN15YW1TiC/Ti(CN)/TiNCN25YW2TiC/Ti(CN)/TiNCN35YT5TiC/Ti(CN)/TiNCN16YG6TiC/Ti(CN)/TiNC

36、N26YG8TiC/Ti(CN)/TiNCA15YG6TiC/Al2O3CA25YG8TiC/Al2O3株洲硬質(zhì)合金廠的CN系列涂層刀片 一、陶瓷刀具的性能特點(diǎn)二、陶瓷刀具的主要成分三、陶瓷刀具的制備工藝四、陶瓷刀具的增韌補(bǔ)強(qiáng)五、幾種新型陶瓷刀具第五節(jié) 陶瓷第五節(jié) 陶瓷粘結(jié)相Mo, Ni, Co氧化物Al2O3, ZrO2碳化物TiC, SiC氮化物Si3N4, BN, TiN硼化物TiB2，ZrB2第五節(jié) 陶瓷陶瓷刀具的性能特點(diǎn)硬度高、耐磨性：陶瓷刀具的硬度雖然不及PCD和PCBN高，但大大高于硬質(zhì)合金和高速鋼刀具，達(dá)到HRA93-95。陶瓷刀具的最佳切削速度可以比硬質(zhì)合金刀具高3-10倍。

37、陶瓷刀具可以加工傳統(tǒng)刀具難以加工的高硬材料，實(shí)現(xiàn)“以車代磨”，陶瓷刀具適合于高速切削和硬切削 。耐溫性、耐熱性：陶瓷刀具在1200以上的高溫下仍能進(jìn)行切削，具有很好的高溫力學(xué)性能，在1200時(shí)的硬度仍達(dá)到HRA80。隨溫度的升高，陶瓷刀具的高溫力學(xué)性能降低很慢。第五節(jié) 陶瓷陶瓷刀具的性能特點(diǎn)Al2O3陶瓷刀具的抗氧化性能特別好，切削刃即使處于赤熱狀態(tài)，也能連續(xù)使用。因此，陶瓷刀具可以實(shí)現(xiàn)干切削，從而可省去切削液 。化學(xué)穩(wěn)定性：陶瓷刀具不易與金屬產(chǎn)生粘結(jié)，且耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好，可減小刀具的粘結(jié)磨損 摩擦系數(shù)：陶瓷刀具與金屬的親合力小，摩擦系數(shù)低，可降低切削力和切削溫度，加工表面質(zhì)量好 原料豐富

38、：硬質(zhì)合金中所含的鎢和鈷等資源缺乏，價(jià)格昂貴，而陶瓷刀具材料使用的主要原料氧化鋁、氧化硅、碳化物等是地殼中最豐富的元素，是取之不盡，用之不竭的，對(duì)發(fā)展陶瓷刀具材料十分有利。第五節(jié) 陶瓷陶瓷刀具的性能特點(diǎn)第五節(jié) 陶瓷陶瓷刀具的主要成分氧化物：A12O3、ZrO2、SiO2、MgO、Y2O3、TiO2等碳化物：TiC、SiC、WC、NbC、TaC、B4C等氮化物：TiN、Si3N4、BN、A1N、TaN、ZrN等硼化物：TiB2、ZrB2、NbB2、WB2等第五節(jié) 陶瓷陶瓷刀具的制備工藝原料處理混料球磨干燥過(guò)篩燒結(jié)成型加工檢驗(yàn)熱壓燒結(jié)爐熱壓燒結(jié)爐熱壓法 第五節(jié) 陶瓷陶瓷刀具的制備工藝 石墨上壓頭

39、保溫層 熱壓爐發(fā)熱體 陶瓷料 石墨模具 石墨下壓頭陶瓷刀片第五節(jié) 陶瓷陶瓷刀具的制備工藝第五節(jié) 陶瓷陶瓷刀具的增韌補(bǔ)強(qiáng)缺點(diǎn)：強(qiáng)度和韌性低，抗機(jī)械和熱沖擊能力差解決辦法：原材料高純化，粉末微細(xì)化(目前可達(dá)到納米級(jí))采用增韌補(bǔ)強(qiáng)(如：顆粒增韌、晶須增韌、相變?cè)鲰g等)新型燒結(jié)工藝(如熱等靜壓等)復(fù)合化，梯度化第五節(jié) 陶瓷梯度功能陶瓷刀具梯度功能陶瓷刀具的設(shè)計(jì)模型第五節(jié) 陶瓷陶瓷硬質(zhì)合金復(fù)合刀片hHCeramicCemented CarbideCeramichHhCemented CarbideCeramic將陶瓷和硬質(zhì)合金的優(yōu)良性能結(jié)合起來(lái)，表層陶瓷的厚度比普通涂層硬質(zhì)合金的涂層大，表層硬、中間韌。

40、第五節(jié) 陶瓷晶須增韌陶瓷刀具SiC晶須增韌機(jī)理：拔出、橋接和裂紋偏轉(zhuǎn)增韌。第五節(jié) 陶瓷晶須增韌陶瓷刀具增韌機(jī)理：拔出、橋接和裂紋偏轉(zhuǎn)增韌。第五節(jié) 陶瓷原位反應(yīng)自潤(rùn)滑陶瓷刀具利用刀具在切削高溫作用下的摩擦化學(xué)反應(yīng)，在刀具表面原位生成具有潤(rùn)滑作用的反應(yīng)膜。第五節(jié) 陶瓷含固體潤(rùn)滑劑的自潤(rùn)滑陶瓷刀具將固體潤(rùn)滑劑引入陶瓷刀具材料中，使刀具在切削加工時(shí)在刀具表面形成連續(xù)的固態(tài)潤(rùn)滑層。chipCeramic toolsolid lubricantsworkpiece第五節(jié) 陶瓷“軟”涂層自潤(rùn)滑陶瓷刀具通過(guò)涂層法將固體潤(rùn)滑劑涂覆于刀具表面。Rake faceRake face400 mFlank face F

41、lank face200 m micro hole 在刀具前、后刀面加工出微孔，在其中添加固體潤(rùn)滑劑。第五節(jié) 陶瓷微池自潤(rùn)滑陶瓷刀具陶瓷刀具的力學(xué)性能材料組分主要燒結(jié)工藝主要力學(xué)性能燒結(jié)溫度()燒結(jié)壓力(MPa)保溫時(shí)間(min)抗彎強(qiáng)度(MPa)維氏硬度(GPa)斷裂韌度(MPam1/2)Al2O3/TiC1650-18003510-20105021.18.9Al2O3/TiCN1650301081019.56.6Al2O3/WC/TiC1700301084222.196.82Al2O3/(W, Ti)C1700301093023.57.55A1203/ZrO2(Y203)155015082

42、57.8A1203/Si3N41600306015.594.21Si3N4/TiC17503060102513.758.5Si3N4/SiC1750301208707.1Si3N4/Si3N4w/TiN16503040979189.6Si3N4/TiC1750306092016.87.2Si2N2O/Si3N41700306092514.57.5-Sialon/SiC1800246074718.43.79Si3N4/Al2O3/TiC/Y2O31680203014.19.3WC/ZrO2160032-353099619.89.2一、PCBN的性能特點(diǎn)二、CBN的制備工藝三、PCBN刀具的應(yīng)用第

43、六節(jié) 立方氮化硼高的硬度和耐磨性：CBN晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似，晶格常數(shù)相近，因此具有與金剛石相近的硬度。CBN微粉的顯微硬度為HV 80009000，其PCBN燒結(jié)體的硬度達(dá)到HV 30005000。PCBN特別適合于加工從前只能磨削的高硬度材料，實(shí)現(xiàn)“以車代磨” 。具有很高的熱穩(wěn)定性：CBN的耐熱性可達(dá)14001500，比金剛石的耐熱性(700-800)幾乎高一倍，因此PCBN刀具可用比硬質(zhì)合金刀具高35倍的速度高速切削淬硬鋼。第六節(jié) 立方氮化硼PCBN的性能特點(diǎn)第六節(jié) 立方氮化硼PCBN的性能特點(diǎn)優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性：CBN的化學(xué)惰性大，與鐵系材料到1200-1300時(shí)也不起化學(xué)作用。CBN具

44、有很高的抗氧化能力，在1000時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生氧化現(xiàn)象。因此，PCBN刀具廣泛應(yīng)用于高速或超高速的切削 。具有較好的導(dǎo)熱性：在各類刀具材料中PCBN的導(dǎo)熱性僅次于金剛石，大大高于高速鋼和硬質(zhì)合金, 是硬質(zhì)合金的20倍。具有較低的摩擦系數(shù)：CBN與不同材料間的摩擦系數(shù)約比硬質(zhì)合金小得多。低的摩擦系數(shù)可導(dǎo)致切削時(shí)切削力減小，切削溫度降低，加工表面質(zhì)量提高 。第六節(jié) 立方氮化硼CBN的制備工藝PCBN是在高溫高壓下將微細(xì)的CBN材料通過(guò)結(jié)合相燒結(jié)在一起的多晶材料。 (a) CBN單晶的制備(b) PCBN聚晶的制備HBN粉+觸媒劑CBN單晶粉高溫高壓CBN單晶粉+結(jié)合劑PCBN聚晶片高溫高壓PCBN刀具

45、非常適合于干式切削、硬態(tài)和高速切削加工工藝，特別適合數(shù)控設(shè)備及自動(dòng)化生產(chǎn)線的使用。PCBN刀具適合加工的工件材料有： (1) 硬度在HRC45以上的淬硬鋼和耐磨鑄鐵(如：淬硬鋼HRC45-65、軸承鋼HRC60-62、高速鋼HRC62、工具鋼HRC57-60、冷硬鑄鐵等)；(2) HRC35以上的耐熱合金(高溫合金、熱噴涂材料、硬質(zhì)合金等)；(3) HRC30以下而其它刀片很難加工的珠光體灰口鑄鐵。第六節(jié) 立方氮化硼PCBN刀具的應(yīng)用第六節(jié) 立方氮化硼PCBN刀具的應(yīng)用被加工材料的硬度越高越能體現(xiàn)PCBN刀具的優(yōu)越性。 PCBN刀具進(jìn)行硬態(tài)切削時(shí)，可以車、鏜、銑等替代磨削加工工藝，是實(shí)現(xiàn)“以車

46、代磨”的最佳刀具。據(jù)報(bào)道日本PCBN刀具的應(yīng)用有55%是替代原來(lái)的磨削。PCBN還是實(shí)現(xiàn)高速或干式切削的最佳刀具之一。尤其在加工灰鑄鐵高速干切削領(lǐng)域。第六節(jié) 立方氮化硼PCBN刀具的應(yīng)用目前，PCBN刀具已用于車刀、鏜刀、銑刀等；在汽車制造業(yè)、自動(dòng)化生產(chǎn)線等方面PCBN刀具的使用量已達(dá)到了相當(dāng)?shù)谋壤龘?jù)。如：加工汽車發(fā)動(dòng)機(jī)箱體、剎車盤、傳動(dòng)軸、氣缸孔、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出氣閥座等；第六節(jié) 立方氮化硼PCBN刀具的應(yīng)用PCBN刀具應(yīng)用領(lǐng)域分布公司型號(hào)特點(diǎn)英國(guó) De BeersAMBORITEDBA80AMB90高含量、粗粒度、陶瓷相、整體式80%CBN、中等粒度90%CBN、AlN/AlB2相美國(guó) GEBZ

47、N6000BZN7000SBZN810090%CBN、0.3m、金屬相82%CBN、陶瓷相、整體式65%CBN、0.3m、TiN相日本住友電工BN600BN100BN300高含量85%CBN1.3m、陶瓷相日本三菱MB710MB730MB810陶瓷相高含量、陶瓷相粗粒度日本黛杰工業(yè) DijetJBN500JBN300JBN33085-95%CBN、2-3m、金屬相55-65%CBN、4-5m、TiN相45-55%CBN、3-4m、TiN相日本京瓷會(huì)社 KyooeraKBN30SKBN30B重、中切削用中、輕切削用瑞典 SECO ToolsCBN30CBN20CBN1090%CBN、粗粒度、整體

48、式80%CBN、中等粒度50%CBN、細(xì)粒度國(guó)外主要PCBN刀具的型號(hào)及特點(diǎn) 立方氮化硼與金剛石的物理機(jī)械性能比較 組成元素硬度GPa密度g/cm3熱穩(wěn)定溫度（）熱膨脹系數(shù)10-6/K晶格體常數(shù)（）與鐵族化學(xué)惰性立方氮化硼B(yǎng)N80-903.481400-15003.53.615大金剛石C1003.52700-8000.93.567小第六節(jié) 立方氮化硼立方氮化硼與金剛石的物理性能比較一、金剛石刀具的類型二、金剛石刀具的性能特點(diǎn)三、人造金剛石刀具的制備工藝四、聚晶剛石PCD刀具五、CVD金剛石刀具及其種類六、金剛石刀具的性能比較七、金剛石刀具的應(yīng)用第七節(jié) 金剛石金剛石刀具單晶金剛石刀具天然單晶金剛

49、石刀具人造單晶金剛石刀具多晶金剛石刀具PCD刀具CVD金剛石刀具CVD金剛石薄膜涂層刀具金剛石厚度膜焊接刀具第七節(jié) 金剛石金剛石刀具的類型第七節(jié) 金剛石金剛石刀具的性能特點(diǎn)極高的硬度和耐磨性：金剛石的顯微硬度達(dá)HV10000，是自然界最硬的物質(zhì)。具有極高的耐磨性，天然金剛石的耐磨性為硬質(zhì)合金的80-120倍，人造金剛石的耐磨性為硬質(zhì)合金的60-80倍。各向異性能：?jiǎn)尉Ы饎偸w不同晶面及晶向的硬度、耐磨性能、微觀強(qiáng)度、研磨加工的難易程度以及與工件材料之間的摩擦系數(shù)等相差很大，因此，設(shè)計(jì)和制造單晶金剛石刀具時(shí)，必須正確選擇晶體方向。具有很低的摩擦系數(shù)：金剛石與一些有色金屬之間的摩擦系數(shù)比其它刀具

50、都低，約為硬質(zhì)合金刀具的一半。摩擦系數(shù)低可減小切削溫度和切削力。刀刃非常鋒利：金剛石刀具的切削刃可以磨得非常鋒利，天然單晶金剛石刀具刀刃鈍園半徑可達(dá)納米，能進(jìn)行超薄切削和超精密加工。 第七節(jié) 金剛石金剛石刀具的性能特點(diǎn)具有很高的導(dǎo)熱性能：金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)為硬質(zhì)合金的1.5-9倍。由于導(dǎo)熱系數(shù)高，切削熱容易散出，切削溫度低。 熱脹系數(shù)低：金剛石的熱脹系數(shù)比硬質(zhì)合金小幾倍，約為高速鋼的1/10。金剛石刀具不會(huì)產(chǎn)生很大的熱變形，這對(duì)尺寸精度要求很高的精密加工刀具來(lái)說(shuō)尤為重要。第七節(jié) 金剛石金剛石刀具的性能特點(diǎn)第七節(jié) 金剛石人造金剛石的制備工藝(a) 人造單晶金剛石的制備(b) 聚晶金剛石的制備石墨+

51、觸媒劑金剛石單晶粉高溫高壓金剛石單晶粉+結(jié)合劑PCD聚晶高溫高壓第七節(jié) 金剛石聚晶金剛石（PCD）刀具PCD是通過(guò)金屬結(jié)合劑(如Co、Ni等)將金剛石微粉聚合而成的多晶體材料。金剛石廣泛應(yīng)用于切削加工還是PCD研制成功以后。PCD的硬度低于單晶金剛石，但PCD屬各向同性材料；PCD具有導(dǎo)電性，便于切割成型，成本遠(yuǎn)低于天然金剛石。第七節(jié) 金剛石聚晶金剛石（PCD）刀具PCD原料來(lái)源豐富，價(jià)格只有天然金剛石的十幾分之一，PCD應(yīng)用遠(yuǎn)比天然金剛石刀具廣泛。大多數(shù)PCD刀片都是與硬質(zhì)合金基體燒結(jié)而成的復(fù)合刀片，即在硬質(zhì)合金的基體上燒結(jié)一層約0.7 mm厚的PCD，這種刀片的強(qiáng)度和硬質(zhì)合金基本一致，硬度

52、接近整體PCD，可焊性好，重磨容易，成本低 。CVD金剛石刀具是指用化學(xué)氣相沉積法(CVD)在異質(zhì)基體(如硬質(zhì)合金等)上合成金剛石膜制作的刀具。20世紀(jì)70年代末至80年代初， CVD金剛石在日本首先出現(xiàn)，目前，CVD金剛石膜產(chǎn)品直徑已超過(guò)110mm，厚達(dá)毫米級(jí)，并日趨成熟。CVD金剛石刀具不僅直接沖擊無(wú)涂層硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具市場(chǎng)，而且還成為PCD刀具強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，目前已經(jīng)商品化。第七節(jié) 金剛石CVD金剛石刀具及其種類第七節(jié) 金剛石CVD金剛石刀具及其種類CVD金剛石刀具可制成兩種形式：一種是在基體上沉積厚度小于50 m的薄層膜，即：CVD金剛石薄膜涂層刀具。另一種是沉積厚度達(dá)到1 m

53、m的無(wú)襯底的金剛石厚膜，即：CVD金剛石厚膜焊接刀具，如果需要它可以釬焊在基體上。 聚晶金剛石復(fù)合刀片（硬質(zhì)合金基體）第七節(jié) 金剛石第七節(jié) 金剛石金剛石刀具的性能比較特性聚晶金剛石刀具(PCD)金剛石膜刀具單晶金剛石刀具材質(zhì)結(jié)構(gòu)含粘結(jié)劑純金剛石純金剛石耐磨性隨金剛石顆粒大小而變高于PCD210倍高于PCD和金剛石膜韌性優(yōu)良差化學(xué)穩(wěn)定性較低高高可加工性優(yōu)差差可焊性優(yōu)差差刃口質(zhì)量良優(yōu)優(yōu)適用性粗加工、精加工精加工超精密加工第七節(jié) 金剛石金剛石刀具的應(yīng)用金剛石刀具主要用于加工有色金屬及其合金。其中80以上的PCD刀具用于加工汽車和摩托車行業(yè)的硅鋁合金零部件，如：鋁合金活塞的裙部、銷孔、汽缸體、變速箱等。由于這些零件材料含硅量較高(12%以上)，且為大批量生產(chǎn)，對(duì)刀具的壽命要求較高，硬質(zhì)合金刀具難以勝任，而PCD刀具的壽命遠(yuǎn)高于硬質(zhì)合金刀具，是硬