超硬刀具材料的发展与应用_于启勋
机加工中刀具使用和发展情况论文
机加工中刀具的使用和发展情况摘要：随着材料工业及精密机械工业的发展，精密切削、超精密切削和难切削材料使用的增多，超硬刀具材料的应用日益广泛。
本文通过分析超硬刀具材料的发展状况，对主要品种的应用进行探讨。
关键词：超硬刀具刀具材料金刚石一、超硬刀具材料发展概况超硬刀具材料是指天然金刚石及硬度、性能与之相近的人造金刚石和cbn(立方氮化硼)。
由于天然金刚石价格比较昂贵，所以生产上大多采用人造聚晶金刚石(pcd)、聚晶立方氮化硼(pcbn)以及它们的复合材料。
早在20世纪50年代，美国就利用人造金刚石微粉和cbn微粉在高温、高压、触媒和结合剂的作用下烧结成尺寸较大的聚晶块作为刀具材料。
之后，南非戴比尔斯(debeem)公司、前苏联和日本也相继研制成功。
20世纪70年代初又推出了金刚石或cbn和硬质合金的复合片，它们是在硬质合金基体上烧结或压制一层0.5mm～1mm 的pcd或pcbn而成，从而解决了超硬刀具材料抗弯强度低、镶焊困难等问题，使超硬刀具的应用进入实用阶段。
我国超硬刀具材料的研究与应用开始于上个世纪70年代，并于1970年在贵阳建造了我国第一座超硬材料及制品的专业生产厂第六砂轮厂，从1970—1990年整整20年中，超硬材料年产量从仅46万克拉增至3500万克拉。
上个世纪90年代前后，不少超硬材料生产专业厂从国外引进成套的超硬材料合成设备及技术，使产量得以迅速提高，至1997年，我国人造金刚石年产量就已达到5亿克拉左右，cbn年产量达800万克拉，跃居世界超硬材料生产大国之首。
金刚石具有极高的硬度和耐磨性，其显微硬度可达10000hv，是刀具材料中最硬的材料。
同时它的摩擦系数小，与非铁金属无亲和力，切屑易流出，热导率高，切削时不易产生积屑瘤，加工表面质量好，能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、末烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨的木材(尤其是实心木和胶合板等复合材料)。
超硬刀具材料
超硬刀具材料超硬刀具材料是一种具有极高硬度和耐磨性的材料，广泛应用于机械加工、汽车制造、航空航天等领域。
它的出现极大地提高了刀具的使用寿命和加工精度，成为现代制造业不可或缺的重要材料。
本文将从超硬刀具材料的特点、应用领域和发展趋势等方面进行介绍。
首先，超硬刀具材料的特点是硬度极高。
它通常采用碳化钨、碳化钛等超硬材料制成，硬度可达到HRA90以上，甚至可达到HRA94以上。
这种极高的硬度使得超硬刀具能够在高速切削和重负荷加工中保持其刀具的形状和尺寸稳定，从而保证加工的精度和表面质量。
其次，超硬刀具材料具有极高的耐磨性。
在加工过程中，刀具与工件的摩擦和磨损是不可避免的，而超硬刀具的高硬度和耐磨性使其能够在长时间的加工过程中保持刀具的锋利度和耐用性，大大延长了刀具的使用寿命。
超硬刀具材料广泛应用于机械加工、汽车制造、航空航天等领域。
在机械加工领域，超硬刀具被广泛应用于高速切削、精密加工和硬质材料加工中，如车削、铣削、钻削等工艺中。
在汽车制造领域，超硬刀具被用于发动机零部件的加工，如气门座、曲轴等零部件的精密加工。
在航空航天领域，超硬刀具被应用于航空发动机叶片、航天器零部件的加工，如复合材料的切削加工等。
超硬刀具材料的发展趋势主要体现在以下几个方面，一是材料的多元化发展，包括不断开发新的超硬材料，提高其硬度和耐磨性，以满足不同加工领域的需求；二是刀具的复合材料化发展，即将超硬材料与其他材料复合，以提高刀具的韧性和抗冲击性；三是数字化、智能化发展，即利用先进的制造技术和智能化加工设备，提高刀具的加工精度和效率。
总之，超硬刀具材料以其极高的硬度和耐磨性，广泛应用于机械加工、汽车制造、航空航天等领域。
随着制造业的不断发展，超硬刀具材料也将不断创新和发展，以满足不同领域的加工需求，推动制造业的进步和发展。
刀具涂层技术的进展和应用
材料进行了改进，可能采 用了梯度结构。ＴｉＮ 涂层 不宜单独使用，因为与硬
后刀面磨损量 Ｖ Ｂ ／ ｍ ｍ
０．１５
ＹＮ０５
０．１０
０．０５ＹＷ１／ＴｉＣ来自涂层０ １０３０
５０
７０
９０
切削时间 ｔ／ｍｉｎ
ＴｉＣＮ／ＴｉＣ／Ａｌ Ｏ ， ２３
ＴｉＣＮ／Ａｌ Ｏ ／ＴｉＮ， ２３
ＴｉＣＮ／ＴｉＣ／Ａｌ Ｏ ／ＴｉＮ， ２３
ＴｉＣＮ／Ａｌ Ｏ ／ＴｉＣＮ／ ２３
ＴｉＮ，ＴｉＣ／ＴｉＣＮ／ＴｉＮ， Ｔ ｉ Ｎ ／ Ｔ ｉ Ｃ Ｎ ／ Ｔ ｉ Ｎ 等。以 Ｔ ｉ Ｃ 为底层是传统的做 法，现在多用 ＴｉＣＮ 为底
４２
２
２ＴｉＮ＋８ＨＣｌ
２ＴｉＣｌ ＋２ＣＨ ＋Ｎ ＋２Ｈ →
４
４２
２
２ＴｉＣＮ＋８ＨＣｌ＋２Ｈ ２
２ＡｌＣｌ ＋３ＣＯ ＋３Ｈ →
３
２
２
Ａｌ Ｏ ＋３ＣＯ＋６ＨＣｌ ２３
（２） ＰＣＶＤ（等离子体化学气相沉
合：Ｔ ｉ Ｃ Ｎ ／ Ａ ｌ Ｏ ， ２３
ＴｉＣＮ／ＴｉＣ／ＴｉＮ，
硬质合金牌号的刀片有较宽的适用范 层涂层材料多用 Ｔ ｉ Ｃ ／ Ｔ ｉ Ｎ 、Ｔ ｉ Ｃ ／ Ｙ Ｔ １ ５ ， 而且也远高于 Ｙ Ｔ ３ ０ Ａ 和
围。 在 ２００７ 年第十届中国国际机床
展览会上，高速钢和硬质合金涂层刀
Ａｌ Ｏ 等，三层涂层材料多用 Ｔ ｉ Ｃ ／ ２３
ＴｉＣＮ／ＴｉＮ、ＴｉＣ／Ａｌ Ｏ ／ＴｉＮ 等。涂 ２３
ＡｌＣｒＮ
３２００
０．３５
１１００
超硬刀具材料的发展与应用
超硬刀具材料的发展与应用余东满;高志华;李晓静;王笛【摘要】现代集成制造系统的发展和切削速度的不断提高对刀具性能提出更高的要求.开发各种具有优良耐磨性和高稳定性的超硬切削刀具是发展趋势.PCD(Poly Crystalline Diamond)和PCBN(Poly Cubic Boron Nitride)在生产中可获得常规切削加工达不到的尺寸和表面粗糙度,研究PCD和PCBN的发展和应用非常必要.本文全面介绍了超硬刀具材料(PCD和PCBN方面)的发展,阐述了2种材料的性能特点以及它们在不同领域及加工材料方面的切削应用.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2010(000)011【总页数】3页(P7-9)【关键词】超硬材料;PCD;PCBN;刀具【作者】余东满;高志华;李晓静;王笛【作者单位】河南工业职业技术学院,特种加工中心,河南,南阳,473009;河南工业职业技术学院,特种加工中心,河南,南阳,473009;河南工业职业技术学院,特种加工中心,河南,南阳,473009;河南工业职业技术学院,特种加工中心,河南,南阳,473009【正文语种】中文【中图分类】TH142随着各种新型工件材料的应用和发展,传统刀具材料,如高速钢、硬质合金、陶瓷等常不能满足难加工材料的加工需求,天然和人造单晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等超硬刀具材料因具有很高的高温硬度、耐磨性和热化学稳定性[1],为高硬度材料的切削加工提供了最基本的前提条件,并且在生产中取得了明显效益。
本文主要阐述了超硬刀具材料(PCD和PCBN)的发展、性能特点及应用。
1 超硬刀具材料的发展及研究现状人们用天然金刚石制作刀具已有千年以上历史,人们掌握了人工合成单晶金刚石和金刚石粉的技术并将其制成聚晶金刚石(PCD),又发明了化学气相沉积方法(CVD)制成了金刚石涂层及膜片并使其成为刀具材料。
目前,国际上著名的人造金刚石复合片生产商主要有英国的De Beers公司、美国的GE公司、日本的住友电工株式会社等。
2023年超硬刀具行业市场前景分析
2023年超硬刀具行业市场前景分析超硬刀具是采用超硬合金材料制造的切削工具，其硬度和耐磨性能极高，广泛应用于机械加工、汽车制造、航空航天、电子、通讯等领域。
随着工业化水平的提高和需求的增加，超硬刀具市场也呈现出了不断扩大的趋势。
本文将从技术发展、市场现状和未来趋势三方面对超硬刀具行业的市场前景进行分析。
一、技术发展超硬刀具的主要材料是金刚石和立方氮化硼，这两种材料具有较高的硬度和耐磨性能。
但是，传统的超硬刀具存在一些缺陷，如价格昂贵、生产复杂、易碎等问题。
随着科技的不断进步和材料工程的发展，超硬刀具的生产技术也在不断提高。
目前，已经出现了许多新型的超硬刀具材料和制造技术，如多晶金刚石、纳米硬质合金等。
这些新材料和新技术不仅提高了超硬刀具的性能指标，而且对其生产成本进行了有效控制，使得超硬刀具在工业制造领域中得到广泛应用。
二、市场现状目前，全球超硬刀具市场规模约为150亿美元，其中最大的市场为汽车领域。
超硬刀具在汽车零部件加工中应用广泛，能够有效提高零部件的加工精度和表面质量。
此外，随着工业机器人的普及，超硬刀具在机器人应用领域中也占据了重要的市场份额。
根据市场研究机构的数据显示，预计到2025年，全球机器人市场规模将达到389亿美元，这将进一步推动超硬刀具市场的扩大。
三、未来趋势未来几年，超硬刀具市场将会呈现出以下趋势：1. 产业链协同发展。
超硬刀具市场的发展需要与相关的行业紧密配合。
未来，超硬刀具制造商将积极与汽车、航空航天、机器人等行业的企业展开深入合作，推动产业链的协同发展，提高市场分布和创新能力。
2. 创新研发。
超硬刀具市场发展趋势要求制造商加强技术研发，从而实现高效率、低成本、高质量和多功能的超硬刀具产品。
制造商应结合客户需求和市场趋势，针对特定应用场合开发出适配超硬刀具、具备个性化特性的产品。
3. 智能化发展。
超硬刀具制造商要与各个行业的数字化转型相适应。
未来，随着人工智能的应用进一步普及，超硬刀具制造商应当加强技术应用研究，开发智能化的超硬刀具产品，以应对行业数字化转型的需求。
硬质合金涂层刀具研究进展
1前言随着科学技术的进步，难加工材料的使用日益增多，材料的力学性能不断提高，而且，对加工效率的要求也不断提高，传统的未涂层刀具常常不能适应新的要求。
尽管硬质合金刀具的硬度为89-93.5HRA（1300-1850 HV），但是对于难加工材料的高效加工已不适用。
虽然可以采取各种措施，提高刀具材料的硬度与耐磨性，但同时必然带来刀具材料抗弯强度和冲击韧性的下降，即材料变脆，从而影响刀具的使用性能。
在硬质合金刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜（如TiC，TiAIN，Al203等）的涂层刀具，结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点，降低了刀具与工件之间的摩擦因数，提高了刀具的耐磨性而不降低基体的韧性。
因此，涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性，延长了刀具的寿命，这是切削刀具发展的又一次变革。
2硬质合金刀具涂层制备方法硬质合金刀具涂层的制备方法有很多，包括气相沉积、热喷涂、化学热处理、热反应扩散沉积、溶胶凝胶等。
气相沉积应用比较多，制备涂层质量好，己经逐步成为刀具涂层制备方法的主导，气相沉积技术分为化学气相沉积（chemicalvapordeposition，CVD）和物理气相沉积（physicalvapordeposition，PVD）。
2.1化学气相沉积（CVD）化学气相沉积（CVD）属于原子沉积类，是利用气态的先驱反应物通过原子、分子间化学反应的途径生成固态涂层的技术。
基于此特点，CVD过程大多在相对较高的压力和较高的沉积温度环境下进行，因为较高的压力有助于提高涂层的沉积速率，较高的沉积温度可保证化学反应的顺利进行。
早在40多年前，瑞典Sandvik公司和德国Crupp公司研发了化学气相沉积（CVD）涂层技术，1969年向市场推出了CVDTiC涂层硬质合金刀片产品[1]。
此后，美国、日本等国也相继硬质合金涂层刀具研究进展刘海浪1，2，羊建高1，2，黄如愿1，2（1.江西理工大学材料与化学工程学院，江西赣州341000;2.章源钨业股份有限公司，江西赣州341000）摘要：随着现代机械加工工业朝着高精度、高速切削、干式切削技术以及降低成本等方向发展，人们对硬质合金刀具提出了更高的要求，涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性，延长了刀具的寿命。
超硬刀具材料未来市场前景分析
超硬刀具材料未来市场前景分析
一、超硬刀具材料市场前景介绍
根据阿里巴巴价格指数的数据，在2024年到2024年期间，超硬刀具材料价格总体稳定，单价在15元~20元/克之间波动，且在2024年的第四季度开始出现小幅上涨。
与此同时，大多数国内刀具材料也出现了数量趋势，表明超硬刀具材料的市场需求正逐步增强。
除此之外，超硬刀具材料的应用领域也将拓展到更多新兴领域，比如机器人制造、航空航天、生物医学等。
泰明斯金属加工研究和创新实验室曾报道，在现代机器人自动化技术的发展下，机器人的可定制加工刀具将成为超硬刀具材料的重要市场方向。
此外，超硬刀具材料在航空航天和生物医学方面的应用潜力也值得期待。
泰明斯金属加工研究和创新实验室的报告显示，随着现代航空公司对焊接工具性能的日益提高，超硬刀具材料的市场潜力将越来越大。
此外，超硬刀具材料在生物医学领域也有着极其重要的地位，因为它可以用于复杂的手术和治疗，如固定复杂的手术机器人末端装置。
高速钢刀具材料的发展和实验研究
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高速钢刀具材料的发展和实验研究
于启 勋
（ 京 理 工 大 学 机 械 与车 辆 工 程 学 院 ， 京 １ ０ ８ ） 北 北 ０ ０ １
Ｄｅ ｅｏ ｖ ｌｐｍｅ ｔａ ｄ Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌＲｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｓ Ｔｏ ｌＭ ａｅ ｉｌ ｎ ｎ ｐ ｒｍ ｎ ａ ｓａ ｃ ｆＨＳ ｏ ｔ ｒａ ｓ
Ｆｗ．和 冶 金学 者 怀 特 （ ｉ ） 制 成 功 了 高 速钢 ， ． ） Ｗｈｔ Ｍ．研 ｅ 并
Hale Waihona Puke 合金工具 钢 。ｌ９ 年 ， 国机 械与管理 工程 师泰勒 （ａｌ 或 Ｍ２ １ 是无 钻 含 铝 的 ； ２ ３ ｒＶ３ 简 称 Ｖ３ 是 ８８ 美 Ｔ ｙｏ ｒ Ａ） Ｗ１ Ｍｏ Ｃ ４ Ｎ（ Ｎ） 无 钻 高钒 的 。它们 的使 用 性 能 可与 Ｍ４ 相 当 ， 价 格 较 ２ 但 作 了系统 切 削 实验 。当 时高 速 钢 的成 分 为 Ｃ ０６％ ， 一． ７ Ｗ— ｌ．１ ，ｒ５ ７ Ｍ 一 ．ｌ Ｖ ０ ９ Ｆ一 量 ，与后 ８ ％ Ｃ． ． ％， ｎ ０１％， 一 ． ％，ｅ 余 ９ ＿４ ２ 来 的 Ｗ １Ｃ４ ８ ｒＶ成分很 接近 。 高速 钢 刀具 可 以用 ３ｍｍ ｎ ０ ／ｉ 的切 削速 度 加１ 普 通钢 材 ，加 Ｔ 效 率 比碳 素工 具 钢 和合 二 金 一 具钢 刀 具提 高 了好 几 倍 ，使 当 时美 国机械 工 业赢 得 【 了 巨大 的经 济 效益 。Ｗ ＩＣ４ ｒＶ高 速钢 的热 塑性 不 够 好 ， ８ 由于 发展 刀 具热 ＃ Ｎ造 工 艺的需 要 ，后 来 又开 发 研制 了 Ｌ
我国机械制造业中超硬材料刀具的实际应用状况分析
我国机械制造业中超硬材料刀具的实际应用状况分析摘要：机械制造业是—个国家工业立足的根本，是经济发展的重要支柱，超硬材料在机械加工中更是起着重要作用。
好的刀具要有极高的硬度和柔韧性，尤其是随着高速加工技术、干式切削等技术的运用，对刀具的要求越来越高。
本文通过对我国机械制造业的现状进行分析，简述超硬刀具在现代化工业加工中的性能和种类，以及在车削、铣削、镗削、钻削等机械加工中的实际应用，综合分析超硬材料刀具在机械制造中的重要性。
我国现代化机械行业加工技术中，超硬材料刀具的应用越来越广泛，在工业加工中所占重要性也越来越高，金属切削机床给机械制造提供了很大的平台和保障。
1.我国机械制造业的现状近年来，我国机械制造业的发展较为迅速，在规模和产量方面仅次于美国，出口量已经达到世界首位。
而在质量上，还有所欠缺，民用产业还位于中低端阶段，高精刀具多数从外国进口而来，在加工技术上限制了刀具的发展。
超硬刀具材料指的是天然金刚石、人造金刚石和立方氮化硼（CBN）几种材料，然而受到价格方面的限制，当前人们所采用的超硬刀具多数为聚晶立方氮化硼（PCBN）和人造聚晶金刚石（PCD）等材料。
2.超硬材料刀具的种类和性能分析当前我国机械制造工业中所用超硬刀具材料中的人造金刚石多数在低压状态中制造而成，相比较大单晶金刚石，其在硬度和耐磨性上都有所提高，其显微硬度可以达到10000 HV，在刀具材料中最硬。
同时因其摩擦系数小，和其他金属没有亲和力，故而，切屑很容易流出，热导率高，切面质量好，切削时不易形成屑瘤，可以对陶瓷、铜、铝等金属和非金属材料进行加工。
金刚石的缺点在于热稳定性低和韧性差，温度达到700～800℃时易被碳化，在加工钢铁材料时易受到限制，同时高温下铁原子会和碳原子结合从而转化成石墨，改变了物理性质。
在硬度上切削镍基合金材料时，也会迅速磨损。
聚晶立方氮化硼刀具从制造方法上可分为聚晶立方氮化硼复合片、电镀立方氮化硼和整体聚晶立方氮化硼三个类型，其耐磨性和硬度上都有所保证，导热性能和耐热性能上均比PCD强，表现出良好的抗腐蚀性，同时其摩擦系数也比较低，在1200℃下依然能表现出良好的热稳定性，此材料更适合用在加工淬硬钢、喷焊用材和冷硬铸件等方面。
超硬刀具材料的应用与前景
浅谈超硬刀具材料的应用与前景摘要：本文全面介绍了超硬刀具材料（pcd，cbn和pcbn方面）的应用与前景，阐述了3种材料的性能特点以及它们在不同领域及加工材料方面的切削应用。
同时对超硬刀具材料的广阔前景做出了客观的设想。
关键词：超硬材料；刀具；应用；前景中图分类号：th142 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2013）05-0146-03一、引言近年来，由于汽车和飞机制造业的大发展，大量应用轻型材料（a1—si，a1—mg合金）、复合材料等。
目前这些材料常用硬质合金刀具来铣削，而当切削速度升高以后会导致硬质合金刀具的磨损加剧，为了保证刀具的耐用度，零件的铣削加工往往是在较低切速（粗加工30m/min，精加工100m/min）下进行的，加工效率低（材料去除率3～13cm3/min）。
因此，在轻型材料零件的制造过程中切削加工性很差，具体表现为：（1）加工效率低；（2）刀具磨损严重；（3）加工精度和表面质量不稳定。
图1给出了刀具材料的发展史与切削加工高速化的关系，毋庸置疑，寻求一种高速，高效、低成本的加工方法已成为目前关注的研究热点。
随着超硬材料（聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼）刀具进入到机械加工领域，逐渐显现出其优越的加工性能，其超长的使用寿命、极高的加工质量以及所带来的极高的生产效率是其它任何材料的刀具所无法比拟的。
过去主要用于精加工，近几年来由于改进了人造超硬刀具材料的生产工艺，控制了原料纯度和晶粒尺寸，采用了复合材料和热压工艺等，应用范围不断扩大，除适于一般的精加工和半精加工外，还可用于粗加工，被国际上公认为是当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。
二、超硬刀具材料的性能特点1981年国际硬物质科学会议认为，硬度大于1000hv的物质均可称为硬物质，能加工诸如硬质合金（硬度1600—1800hv）、刚玉（2000hv）、碳化硅（2200hv）等这一类物质的材料称为超硬材料。
通常所说的超硬材料是指与天然金刚石的硬度、性能相近的人造金刚石和cbn（立方氮化硼）2种材料，由于天然金刚石市场价格十分高，所以，目前我国生产超硬刀具时大多采用聚晶立方氮化硼（pcbn）、人造聚晶金刚石（pcd）以及它们之间的复合材料。
超硬刀具材料
超硬刀具材料超硬刀具材料是一种具有极高硬度和耐磨性的刀具材料，被广泛应用于机械制造、汽车制造、航空航天等行业。
本文将介绍超硬刀具材料的定义、性能特点、应用领域和发展趋势。
超硬刀具材料是指硬度超过1500HV的材料，主要由金刚石和立方氮化硼两种材料组成。
其硬度比传统的钢材高出数倍，具有出色的耐磨性和耐高温性能，可用于高速切削、高精度加工等领域。
超硬刀具材料的主要性能特点如下：1. 极高的硬度：超硬刀具材料的硬度远超过传统的钢材，能够抵抗硬物的磨损和切削力的作用，具有长寿命的特点。
2. 优异的耐磨性：超硬刀具材料能够忍受高速摩擦和高温烧结的环境，不易磨损，并且保持精确的切削形状。
3. 良好的热稳定性：超硬刀具材料在高温条件下保持稳定的性能，不易软化和脱落，适用于高温加工环境。
4. 低摩擦系数：超硬刀具材料具有较低的摩擦系数和良好的自润滑性能，能够减少切削时的摩擦和热量，提高切削效率。
超硬刀具材料主要应用于以下领域：1. 机械制造：超硬刀具材料可用于加工硬质合金、陶瓷材料和高硬度不锈钢等难加工材料。
2. 汽车制造：超硬刀具材料用于汽车发动机缸体、缸头、曲轴等零部件的加工，提高加工效率和产品质量。
3. 航空航天：超硬刀具材料适用于加工航空零部件、航天器件和复合材料，提高加工精度和效率。
4. 电子器件：超硬刀具材料可用于加工半导体材料、光纤和硬盘等电子器件的零部件，提高生产效率和质量。
超硬刀具材料的发展趋势主要有以下几个方向：1. 提高硬度和耐磨性：超硬刀具材料的硬度和耐磨性是其关键性能，未来的发展将致力于进一步提高材料的硬度和耐磨性，以满足更严苛的工况需求。
2. 优化材料结构：超硬刀具材料的结构设计对其性能有重要影响，未来的发展将注重优化材料的晶格结构和界面结合方式，提高材料的强度和稳定性。
3. 开发新型材料：除了金刚石和立方氮化硼，未来的发展将尝试开发新型超硬刀具材料，如纳米结构材料和新型陶瓷复合材料等，以满足更多应用领域的需求。
PCBN超硬刀具的研究及进展
PCBN超硬刀具的研究及进展现代切削速度的不断提高和先进的集成制造速度的不断发展对现代刀具的性能提出了更高的要求，因此开发出高热稳定性和高耐磨性的超硬刀具是当今的发展趋势，聚晶立方氮化硼（polycrystalline cubic boron nitride，PCBN）超硬刀具的高强度、高耐磨性、高导热性、良好的高温力学稳定性以及高温化学稳定性等优异性能，使PCBN超硬刀具成为国内外各工业国家的研究重点。
1.PCBN超硬刀具发展简介1957年，美国GE公司最早合成立方氮化硼，并在1973年合成立方氮化硼刀具，其材料和制品已发展60年。
各国也竞相研制出性能优异的超硬CBN刀具。
我国于1967年合成立方氮化硼样品，1973年制成超硬刀具并投入生产。
我国的刀具的型号和种类也日益丰富，但是我国产品的性能和系列化与国外相比还存在着较大的距离。
为了缩短与发达国家在PCBN超硬刀具行业的的差距，我国于2010年设立了“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项，并明确提出要对超硬材料刀具的设计与制造、高精度刀具进行研发，积极建立高精度、高效率切削装置，根据不同工件及加工工艺要求，进行大量实验，建立健全不同刀具不同条件下加工不同工件的数据库等；研发出适用于钢件、钛合金、高温合金等难加工材料的高效切削刀具系列产品。
2.PCBN刀具的特性和应用PCBN刀具具有高硬度、高耐磨性，不同结合剂含量的PCBN硬度值在40-60GPa 之间；良好的耐热性和红硬性，耐热性可达1400℃；可有效切削铁系材料；具备高速切削特性和高加工精度，可以在线速度1000m/min以上的条件下连续干切削，达到抛光级的加工表面光洁度。
高强度、高耐磨性、高导热性、良好的高温力学稳定性以及高温化学稳定性等优异性能，使PCBN超硬刀具成为最能满足当前苛刻要求的首选切削工具。
根据制造业统计，PCBN在制造业的应用情况如图1 所示，PCBN超硬刀具主要用于汽车行业、重型机械等领域的淬火钢工件车削加工，也从侧面反映了PCBN 超硬刀具良好的切削性能。
浅谈我国机械制造业中超硬刀具的应用状况
浅谈我国机械制造业中超硬刀具的应用状况我国的机械制造业中，除冲压、锻压、铸造等冷热模具成形方法外，金属的切削加工是最主要的加工方法。
刀具和机床是金属切削加工的两个基础工艺装备。
当前，金属切削机床不断发展，为我国现代机械制造业的发展提供了前提和保障，而金属切削刀具也正随着这种快速发展发生着变革。
一、我国机械制造业的现状与刀具的发展近年来，随着国家经济发展及产业结构调整，制造业获得快速持续发展，总规模、总产量仅次于美国；岀口己超过德国，达到世界第一位。
但是我国的机械制造业仍然没有摆脱'大而不强，大而不精”的状况。
除军工产业外，民用产业仍处于低中端的生产行列，高精刀具和机床很大程度上还依靠从欧、美、日进口，对采用先进的加工技术、使用高效刀具提高生产效率降低成本的认识还存在误区，从而制约了高效先进刀具的发展。
二、高效刀具的应用现代切削技术和高效刀具是制造业提高生产力的重要保障，高效先进刀具是提高生产效率的最重要因素。
以数控车床加工简单轴类件统计：刀体价格在400-600元，刀片价格在50元/片，对于批量在好件以上的产品生产为计，刀具成本大约为0.2元/件，班产为300 件；而采用普通车床，使用普通车刀，刀具成本大约为0丄元/件，班产为200件。
从批量、精度要求、加工技能要求等各方面综合分析, 最后使用刀体刀片将使成本降低25%。
可见，使用高效先进的刀具加工效率远高于使用普通刀具加工。
刀具材料是刀具开发与应用的基础，对提高切削性能、切削效率起决定性作用。
广泛应用的刀具材料一般有：高速钢（铳刀、钻头等）、硬质合金（合金钻、较刀等）、超硬刀具材料（包括陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石等，主要用于油气钻头）。
按照现代制造业刀具材料的发展趋势，硬质合金材料正取代高速钢材料成为主要的刀具材料, 而超硬刀具材料的应用也是日益大幅增加。
三、常用超硬刀具随着机械制造业的发展，对刀具材料提岀了更高的要求，如硬度高、耐磨性好、热稳定性好、防蚀能力强、低线性热胀率等，并开发出了新一代超硬材料的金属切削刀具。
2024年超硬刀具材料市场策略
2024年超硬刀具材料市场策略介绍超硬刀具材料是一种高硬度、高耐磨的刀具材料，广泛应用于机械加工行业。
由于其优异的性能，在市场上有很大的需求和发展潜力。
本文将探讨超硬刀具材料市场的策略，以帮助企业实现市场份额的增长和竞争力的提升。
目标市场超硬刀具材料的主要应用领域包括机械加工、汽车制造、航空航天等。
针对这些领域，我们可以将目标市场分为以下几个方面：1.机械制造企业：这些企业需要高性能的刀具材料来提高生产效率和产品质量。
2.汽车制造企业：汽车制造过程中需要使用刀具进行零件加工，超硬刀具材料可以有效提高切削速度和延长刀具使用寿命。
3.航空航天企业：航空航天行业对刀具材料的要求非常高，超硬刀具材料可以满足其高精度和高耐磨的需求。
市场推广策略1.建立品牌形象：通过市场宣传和广告活动，提高超硬刀具材料的品牌知名度和美誉度。
我们可以参加行业展览会、发布技术文章等方式来提升品牌形象。
2.建立销售渠道：与机械制造企业、汽车制造企业和航空航天企业建立合作关系，通过他们的销售渠道进行产品推广和销售。
3.提供技术支持：超硬刀具材料的使用需要一定的技术支持，我们可以提供培训和技术咨询服务，帮助客户正确使用和维护刀具。
4.定制化产品：根据客户的需求，提供定制化的超硬刀具材料，以满足不同行业和企业的特殊需求。
5.与机械设备厂商合作：与机械设备厂商建立战略合作伙伴关系，以推动超硬刀具材料的使用。
同时，可以开展联合研发和推广活动，提高产品的市场竞争力。
产品创新和技术研发超硬刀具材料市场的竞争非常激烈，为了保持竞争优势，企业需要不断进行产品创新和技术研发。
以下是几个关键的方面：1.材料改进：通过研发新的材料配方，提高产品的硬度、抗磨性和耐腐蚀性。
2.加工技术改进：开发新的加工技术，提高产品的精度和表面质量。
3.新产品开发：根据市场需求和客户反馈，不断推出新的产品，并与现有产品进行组合销售，提高产品线的完整性和竞争力。
4.创新应用：与客户合作，探索超硬刀具材料在新领域的应用，开拓市场空间。
超硬刀具材料的选用和使用方法
超硬刀具材料的选用和使用方法超硬刀具是一种高性能的切削工具，具有硬度高、耐磨性好、切削稳定等特性，广泛应用于机械加工、汽车制造、航空航天等领域。
超硬刀具的选用和使用方法对于提高切削效率、延长刀具寿命具有重要意义。
本文将就超硬刀具材料的选用和使用方法进行说明。
一、超硬刀具材料的选用近年来，随着材料科学技术的进步，超硬刀具的材料种类也越来越多。
目前市场上常见的超硬刀具材料主要包括硬质合金、陶瓷刀具和多晶金刚石。
不同材料具有不同的特点和适用范围，因此在选择超硬刀具材料时需要综合考虑以下因素：1.切削材料：超硬刀具的选择应根据切削材料的硬度、韧性、热稳定性等特性进行匹配。
一般来说，硬质合金适用于切削硬度较低的材料，陶瓷刀具适用于切削硬度较高的材料，而多晶金刚石则适用于切削超硬材料。
2.加工方式：不同的加工方式对刀具的要求也有所不同。
例如，高速切削时需要选择硬质合金或多晶金刚石刀具，而陶瓷刀具则适用于干切削和高速扩孔等特殊加工。
3.切削条件：切削速度、进给量、切削深度等切削条件的选择会直接影响刀具的使用寿命和效率。
因此，在选用超硬刀具时应综合考虑切削条件，选择合适的刀具材料和结构。
二、超硬刀具的使用方法1.刀具装夹：超硬刀具应严格按照规定的装夹要求进行装夹。
刀具和刀杆的匹配度要求高，装夹松紧度要适中，避免刀具松动或变形。
2.切削液的选择：切削液在切削过程中起到冷却、润滑和清洁的作用。
对于不同切削材料和刀具材料，切削液的选择也不同。
一般来说，切削硬质合金可以选择矿物油冷却剂，切削陶瓷和多晶金刚石则可以选择水溶性切削液。
3.切削参数的设定：根据切削材料的特性和切削要求，合理设定切削速度、进给量和切削深度等切削参数。
切削速度过高会导致刀具磨损加剧，而切削速度过低则会影响加工效率。
4.定期检查和维护：使用超硬刀具后，要定期检查刀具的磨损情况和刀具固定装置的紧固度，及时更换磨损过大的刀具，并做好刀具的保养和防锈。
5.切削后的刃口修复：超硬刀具的刃口在使用过程中会磨损，需要进行定期修复。
硬脆材料加工中超硬刀具的应用
硬脆材料加工中超硬刀具的应用摘要：在硬脆材料的加工中，对刀具材料的要求越来越高，硬度高、性能好的刀具已成为加工过程中理想的刀具。
近年研制成功的超硬刀具，由于性能好，耐用度高、综合成本低等特点，应用越来越广泛。
文章主要针对超硬刀具在硬脆材料中的应用进行分析，使超硬刀具在今后能够得到更好的发展以及更广泛的应用。
关键词：硬脆材料；超硬刀具；应用分析随着科学技术的发展，对机械产品的制造精度、加工质量、生产效率都提出了更高的要求，高速切削、超精密加工、绿色制造均要求刀具具有高的硬度、耐磨性和红硬性。
然而，传统的刀具材料由于各种原因已不能满足硬脆材料的加工要求。
因而超硬刀具在现代制造加工中逐渐被开发应用。
例如：用硬质合金刀具加工花岗岩时，在几秒钟内刀刃就被坚硬的花岗岩摧毁；再用聚晶金刚石刀具加工时，刀刃就可以保持完好。
用硬质合金车刀加工冷硬铸铁时，即使采用很低的切削速度，刀具仍然磨损很快，也很容易崩刃；采用复合氮化硅陶瓷刀具切削时，不但可以使用较高的切削速度，而且大大地延长了刀具的使用寿命。
退火工具钢一般需要经过磨削加工，因而生产效率很低，而采用立方氮化硼刀具就可实现高效率的车削或铣削。
实践证明，超硬刀具在硬脆材料的高速切削加工中，不但能够保证加工质量、提高生产效率，还能够提高刀具的耐用度。
因此应根据超硬刀具材料的性能、特点，以及在硬脆材料中的应用进行具体的分析，使超硬刀具在以后的发展中能够得到更好的应用，以促进经济的发展。
1超硬刀具材料的发展超硬刀具材料主要是指金刚石、人造金刚石以及立方氮化硼，其中最常用的是人造金刚石、聚晶立方氮化硼以及二者的复合材料。
人造金刚石和立方氮化硼最早在20世纪50年代由美国人在材料中加入结合剂，利用高温、高压的作用烧结成聚晶块作为刀具材料。
20世纪70年代，我国开始对超硬刀具材料进行应用和研究，并于20世纪90年代从国外引进成套的超硬材料合成设备及生产技术。
从此，超硬材料在我国得到很好的应用，我国也因此成为超硬材料的生产大国。
超硬刀具在高速、超高速切削中的应用
超硬刀具在高速、超高速切削中的应用张灿果;任玉灿;冯小东;王新明【摘要】介绍了陶瓷刀具、金刚石刀具和立方氮化硼刀具的特性以及应用.并通过两例难加工材料的高速切削实例来说明超硬刀具材料在高速、超高速切削加工中的应用.【期刊名称】《河北建筑工程学院学报》【年(卷),期】2011(029)004【总页数】3页(P53-54,62)【关键词】聚晶金刚石(PCD)刀具;聚晶立方氮化硼刀具;刀具耐用度;高速切削【作者】张灿果;任玉灿;冯小东;王新明【作者单位】河北建筑工程学院机械系,河北,张家口,075024;河北建筑工程学院机械系,河北,张家口,075024;河北建筑工程学院机械系,河北,张家口,075024;河北建筑工程学院机械系,河北,张家口,075024【正文语种】中文【中图分类】TH120 前言随着机械制造技术的发展，金属切削加工向着高速度、高精度方向发展，1931年4月德国切削物理学家提出了著名的“萨洛蒙”曲线［1］.该理论指出在常规的切削速度范围内，切削温度随切削速度的增大而升高.但是当切削速度增大到某一数值υε之后，切削速度再增加，切削温度反而降低，同时，高速切削能够减少切削时间，提高切削效率.因此，高速、超高速切削是今后机床切削技术发展的主要方向之一.高速、超高速切削加工要求刀具材料与被加工材料的化学结合力小，并且具有优异的机械性能、热稳定性、抗冲击性和耐磨性.传统的刀具材料，如碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金钢由于没有足够的热硬性，很难适应在高速、超高速切削使用.目前适用于高速、超高速切削的刀具材料主要有涂层刀具、金属陶瓷刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼、聚晶金刚石(PCD)刀具等.随着科技的发展，对一些坚固、耐磨、硬度高的材料的需求不断增加，例如:淬硬钢;传统的加工淬硬钢的方法是磨削加工，随着新式超硬刀具材料的不断涌现，可以采用超硬刀具材料直接用切削加工代替磨削加工.可以大大地提高生产效率，降低生产成本;因此，超硬刀具材料在现代机械制造业中应用越来越广泛.1 金属陶瓷刀具材料陶瓷刀具比硬质合金有更高的硬度和耐热性，在1200℃下仍能够切削，切削速度更高，并可加工难加工的高硬度材料.主要缺点是性脆，抗冲击韧性差，抗弯强度低.随着组成结构和压制工艺的不断改进，使陶瓷刀具的韧性大大增加，在不久的将来，陶瓷刀具可能继高速钢、硬质合金钢引起切削加工的第三次革命，陶瓷刀具具有高硬度(HRA91—95)、高强度(抗弯强度为750～1000 MPa)，化学稳定性好、抗粘结性能良好，摩擦系数低，且价格低廉.不仅如此，陶瓷刀具还具有很好的高温硬度，因此陶瓷刀具的切削速度比硬质合金的切削速度高2～5倍，特别适用于高硬度材料的精加工和高速加工，常用到的陶瓷刀具材料有金属陶瓷材料和陶瓷刀具材料.1.1 金属陶瓷刀具材料金属陶瓷诞生于70年代初，第一代金属陶瓷以T i C、N i、Mo为材料体系的.它的性能介于陶瓷和硬质合金之间，在切削钢材时，表现出非常优异的耐磨性和抗月牙洼磨损能力，但是由于它的韧性和抗塑性变性能力差，其适用范围受到了很大的局限，仅用作钢材的精加工.随后又在Ti C、Ni、Mo基础上添加T i N和少量WC、T i C的等，既保留了T i C基合金高耐磨性和优良的抗氧化性能，又显著地改善了韧性、强度和抗塑性变形的能力，使其抗崩刃能力得到很大改善.金属陶瓷是以Ti(C，N)为主硬质相，N i，Mo为粘结相，并含有少量其它碳化物材料.世界各国的有名公司制造了T i C基、Ti(C，N)基的金属陶瓷，我国已制造了TN、NT系列的金属陶瓷.金属陶瓷刀具可在300～500m/min的切削速度范围内高速切削钢和铸铁.1.2 陶瓷刀具材料陶瓷刀具主要有氧化铝基和氧化硅基两大类，是通过在氧化铝或氧化硅基体中分别加入碳化物、氮化物、硼化物、氧化物得到的，此外还有多相陶瓷材料.目前国内外开发的氧化铝陶瓷材料刀具约有20多个品种，约占陶瓷刀具总量的2/3，氧化硅基陶瓷刀具约有10多个品种，约占陶瓷刀具总量的1/3.陶瓷刀具具有在200～1000 m/min的切削速度范围内高速切削软钢(如Q235)、淬硬钢、铸铁等.2 金刚石刀具材料金刚石硬度可达到HV10000，因此它具有极高的耐磨性，通常为硬质合金的80～120倍.它还具有较低的摩擦系数，切削时切削力小;刀刃非常锋利;具有很高的导热系数，为硬质合金的1.5～9倍，因此切削温度低;具有较低的热膨胀系数，可以保证较高的加工精度.但是，金刚石是碳的同素异形体，与碳易亲和，故金刚石刀具不易加工含碳的黑色金属.多用于有色金属及非金属材料的高速精加工.2.1 单晶刚石刀具(ND)单晶金刚石是迄今为止所发现的最硬、热传导率最好的材料.单晶金刚石材料质地致密，经过精细研磨，切削刃口质量极好，刃口半径可达0.01～0.002 μm，再加上它与被加工材料间的摩擦系数小，与非铁金属无亲和力，切屑易排出，切屑呈连续状.但由于单晶金刚石具有解理面，在受冲击时会出现脆性，易被破坏，并且单晶金刚石用于制作切削刀具必须是大颗粒(重量大于0.1 g，长度大于3 mm)，且其价格昂贵.因此，对其设计制造要求较高，特别是定向、固接、研磨等.单晶金刚石切削刀具主要用于表面光洁度、几何形状和尺寸精度有极高要求的超精密加工(尺寸精度0.1 μm～1.0 μm、表面粗糙度≤0.01 μ m)的应用领域，如陀螺仪、反射镜、多面镜、磁盘等.2.2 聚晶金刚石刀具(PCD)PCD是由金刚石微粉与其相关结合剂在高温高压下烧结而成的，PCD与单晶金刚石相比，其硬度低于单晶金刚石，但由于金刚石晶粒是无序排列，比单晶金刚石具有更好的韧性、且各向同性.PCD与硬质合金相比，耐磨性为硬质合金的100多倍，硬度为硬质合金的2～4倍，而其寿命则为硬质合金的几十至数百倍.PCD的特性，在很大程度上受金刚石微粉的粒度和含量的影响.PCD的耐磨性和抗弯强度多与金刚石烧结体中金刚石微粉的平均粒径有着密切关系.粒度越粗，PCD的耐磨性越好，但抗弯强度越低，易崩刃，很难制作高精度的切削刃;粒度越细，PCD的刃口越锋利，抗弯强度越好，但耐磨性下降了.由于金刚石与含铁、钴或镍的金属在正常加工温度下，易发生化学反应，所以一般不宜用金刚石刀具加工铁系金属，钴基、镍基合金，主要用于加工有色金属及非金属.PCD在许多制造工业领域，尤其是汽车和木材加工工业，成为传统的硬质合金刀具的高性能替代产品.采用高强度铝合金刀体的PCD面铣刀的切削速度高达3000～4000 m/min，有的达到7000m/min，适合于汽车零部件成形面的高速加工.2.3 化学气相沉积的金刚石(CVD)刀具CVD金刚石是采用化学气相沉积的方法制备的一种全晶质多晶纯金刚石材料.CVD 金刚石膜由于是纯金刚石材料，几乎不含杂质，晶体完整性好，其硬度、热稳定性、热导率等高于高温高压合成的聚晶金刚石，接近单晶金刚石.但由于CVD金刚石多为多晶体结构，所以CVD金刚石的性能介于PCD和单晶金刚石之间.3 立方氮化硼刀具材料(CBN)立方氮化硼材料是在高温高压下由六方氮化硼转化而成.立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，它的突出优点是热稳定性(1300℃)好，化学惰性大，在1200℃至1300℃下也不发生化学反应.CBN刀具材料有极高的硬度及热硬性，可承受高切削速度，适用于高速加工钢铁类工件，是超高速加工或半精加工淬火件、冷硬铸铁等的理想的刀具材料.由于CBN刀具加工高硬度零件时易获得良好的加工表面粗糙度，因此采用CBN刀具切削淬硬钢，可实现以削代磨，节约加工成本.由于CBN刀坯价格较高及考虑重磨因素，一般在硬质合金刀片的一个角上镶一块CBN刀坯，且通常只作一个刀尖.4 高速加工实例4.1 淬硬钢20CrMnTi的高速车削淬硬钢20 CrMnTi是一种常用的工业材料，渗碳淬火处理后的硬度可达HRC58～62.在60～80 m/min的切削速度范围内，切削温度最高可达800～900℃ .普通硬质合金与涂层刀具很难满足此类材料高速切削的要求.下面分别采用Ti(C，N)一Al2O3陶瓷和 PCBN两种刀具对淬硬钢20 CrMnTi进行了车削试验.实验刀具主要切削参数为:前角－6°，刀尖圆弧半径为1.0 mm，倒棱宽度为1.5 mm，两种刀具在不同切削速度下的刀具耐用度，如图1所示.由此可见，在使用陶瓷刀具切削淬硬钢时，在切削速度为60 m/min，刀具耐用度可达60 min以上;且车削淬硬钢时，陶瓷和PCBN刀具不仅具有较高的耐用度，而且切削性能较稳定，磨损过程完整.此时得到的加工表面粗糙度Ra≤0.4 μm，足够以精车工艺代替磨削工艺.从而大大提高切效率，降低加工成本.图1 淬硬钢切削时刀具耐用度4.2 镁合金的高速铣削镁合金是一类化学性质比较活泼的难加工材料.为防止加工中发生氧化反应，使用普通刀具加工镁合金时，一般使用较低的切削速度，以防止工件加工变形和氧化腐蚀现象.本加工实例采用整体焊接式PCD刀具对镁合金MB2进行了高速铣削，其主要几何参数为:前角为6°，后角为5°，倒棱宽度为0.1 mm，倒棱前角20°，直线过渡刃宽度1 mm，铣削深度0.25 mm，进给速度为40 m/min的条件下，加工表面粗糙度与切削速度之间的关系曲线.随着切削速度的增加，切削温度上升，表面粗糙度之增大;图中的加工表面粗糙度在0.206～0.281 μm之间.可以满足加工零件表面粗糙度的要求.由于PCD刀具的导热性能较好，在高速铣削条件下，传入镁合金工件的切削热的比例大幅度降低，切削加工时间短，切削温度降低，加工表面上基本不会出现氧化腐蚀现象，实现了化学性质活泼的镁合金MB2的高速、安全、稳定加工.从而大大的降低生产成本.图2 高速铣削镁合金表面粗糙度值5 结语随着科学技术的发展，高速、超高速切削技术在机械加工中的应用越来越广泛，这就对刀具材料提出了更高的要求;要求刀具具有更高的热硬性和更好的热传导能力.近些年来，陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具等超硬刀具材料的出现大大的促进了刀具的发展.今后可实现难加工材料和高速切削的有机结合，提高刀具材料的硬度度和热传导性，实现高硬度材料的切削加工，是机械制造中的一个重要要课题.也是今后研究的热点之一.参考文献【相关文献】［1］庄品.先进制造系统，科学技术出版社，北京:2005，8［2］赵秀芳，曹唯飞，郭卫华.超硬材料刀具的特性及应用.金刚石与磨料磨具工程，2005，8:65～67［3］于启勋，朱正芳.刀具材料的历史、进展与展望机械工程学报，2003，12:62～66 ［4］席俊杰，徐颖.高速切削技术的发展及应用.制造业自动化，2005，12。
刀具材料的回顾与展望(上)
刀具材料的回顾与展望（上）北京理工大学机械工程与自动化学院于启勋摘要论述了刀具和刀具材料的发展史。
重点阐述了现代刀具材料（高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料）的化学成分、制造方法和应用范围。
对21 世纪刀具材料的发展动向作了预浏和展望。
关键词：刀具刀具材料切削加工材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素。
其中，刀具材料的性能起着关键作用。
20 世纪是刀具材料大发展的历史时期。
各种难加工材料的出现和应用，先进制造系统、超高速切削、超精密加工的发展和付诸实现，都对刀具提出了更高、更新的要求。
预计，在今后很长时期内，切削加工工艺不会衰退，刀具和刀具材料将有更新的发展。
一、刀具材料发展的回厥18 世纪中叶，在欧洲出现了工业革命以后，切削工具一直是用碳素工具钢制造，其成分与现代的T10 、T12 相近。
碳素工具钢有较高的硬度，其切削刃能够磨得很锋利，但只能承受200一250 ℃的切削温度，用以切削普通钢材只能用5-8 米/分的切削速度，故切削效率很低。
1865 年，英国的罗伯特·墨希特（Robert Musllet ）发明了合金工具钢，其牌号有9siCr 、CrWMn 等，能承受350 ℃的切削温度，切削速度可提高到8 - 12 米/分。
随着机器生产规模的扩大，对加工效率的要求日益提高，上述两种工具钢材料的性能已不能满足要求。
1898 年，美国机械工程师泰勒（F . w ．Taylor ）和冶金工程师怀特（M . White ）发明了高速钢。
当时的成分是：C 0 . 67 % , W 18 . 91 % , Cr 5 . 47 % , Mn 0 .11 % , V 0 . 29 % , Fe 余量。
它能承受550 一600℃的切削温度，切削普通钢材，可采用25 -30n米/分的切削速度。
高速钢的出现，使切削速度和切削效率比碳素工具钢、合金工具钢分别提高了4 倍和2 . 5 倍以上。
从19 世纪末到20 世纪初，高速钢曾使切削水平出现了一个飞跃，使美国和世界各国的机械制造业得到迅速发展，并取得了巨大的经济效益。
超硬刀具材料在高速加工中的应用
超硬刀具材料在高速加工中的应用摘要：在机械的加工过程中，刀具材料是最基础的工具，也是必备的工具。
在高速的加工过程中，超硬的刀具材料有着极其重要的作用，超硬刀具材料具有很高的硬度和韧性，也越来越能够满足机械的加工过程对于刀具的要求。
超硬的刀具材料有着很高的耐用程度、优良的性能、相对较低的成本，优点众多，也得到了很广泛的应用。
关键字：超硬刀具材料；高速加工；加工刀具；引言高速加工这个概念是德国的一名博士提出来的，加工的速度越快，加工时的温度也会越来越高，对于刀具的损害也会越来越严重，这样对于加工工件的表面和质量都有很不好的影响，刀具的使用寿命也会大大减少。
高速加工的加工速度比常规的速度要快得多，所以对于刀具的要求也很高，超硬刀具材料包括金刚石刀具、内含氮化硼元素的聚晶刀具和其他类型的刀具，和传统的加工相比较，超硬刀具材料的加工有着很独特的优势，可以很有效地节约成本，提高加工的效率。
超硬刀具材料指的是立方氮化硼和人造金刚石，它们的硬度和性能都和天然的金刚石相近，天然金刚石价格昂贵、成本较高，所以在生产过程中人们经常采用PCBN（聚晶立方氮化硼）和PCD（人造聚晶金刚石）或者是这两种材料的复合材料。
在20世纪 50年代的美国，美国人利用高压高温进行结合形成刀具材料，在中国，从20世纪 70年代开始，我们国家开始研究超硬刀具材料并加以应用，超硬刀具材料在高速加工方面有了更加广泛的应用。
超硬刀具材料的特征及性能在人造聚晶金刚石刀具中，没有含有任何的关于金属的催化剂，它的硬度和热稳定性和天然金刚石有着很大的相似性，人造聚晶金刚石有着较强的抗磨损的性能、较强的硬度、较小的摩擦系数、较高的热导率、很好的切割效果，在进行加工时表面不会很容易地产生积留的细屑，使得加工工件的表面质量更加优秀，很适合加工硬质的合金、玻璃、陶瓷等等的材料。
但是人造聚晶金刚石有着较差的热稳定性，硬度和韧性不是太能满足要求，如果长期工作在高速加工过程中，容易产生碳化的现象，性能逐渐变得不稳定，也会出现快速磨损的现象。
金刚石工具材料的新发展——CVD厚膜金刚石刀具
金刚石工具材料的新发展——CVD厚膜金刚石刀具
于启勋;解丽静
【期刊名称】《机电信息（北京）》
【年(卷),期】1998(000)003
【摘要】金刚石与立方氮化硼(CBN)合称为超硬材料。
超硬材料是最先进、最有发展前景的工具材料。
与CBN相比,金刚石的硬度更高,弹性模量更大,导热性能更好,如作为切削刀具可磨出更加锋利的切削刃。
而CVD厚膜金刚石刀具就更有不凡的表现。
【总页数】2页(P34-35)
【作者】于启勋;解丽静
【作者单位】北京理工大学;北京理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG711
【相关文献】
1.CVD金刚石厚膜刀具及应用研究 [J], 邓福铭;卢学军;赵志岩;刘瑞平;李文铸
2.CVD金刚石厚膜刀具刃口半径研磨的实验研究 [J], 王加春;刘志平;杨育林;郭辉
3.CVD金刚石厚膜刀具切削参数对切削力及粗糙度影响的研究 [J], 师浩浩; 陈枫; 周一丹
4.CVD金刚石厚膜刀具切削性能的试验研究 [J],
5.CVD金刚石厚膜的制备及厚膜刀具制造技术 [J], 张宏志;姚英学;孙凤莲;李丹
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第九届中国国际机床展览会上看到更多具有自主知识产权的、具有国际水平的国产量具量仪展品,为把我国从“制造大国”建成“制造强国”,让我们全行业共同努力。
“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”,仅以此与中国量具量仪行业同仁共勉!参考文献1 羡一民.第六届中国国际机床展览会(CIMT99)量仪展品概述.工具技术,2000(2)2 谢华锟.第七届中国国际机床展览会(CIMT2001)量仪展品技术评述.工具技术,2001(7)3 谢华锟.第八届中国国际机床展览会(CIMT2003)量仪展品述评.工具技术,2003(7)4 谢华锟.CIMT2003量具展品点评.WMEM,2003(12)5 相关公司样本、CIMT展览会会刊第一作者:谢华锟,研究员级高级工程师,成都工具研究所,610051成都市超硬刀具材料的发展与应用于启勋北京理工大学摘 要:对立方氮化硼和金刚石等超硬刀具材料的发展过程、种类、性能、制造方法和应用范围作了全面介绍,同时介绍了近来发明的新型超硬刀具材料———氮化碳(C x N y),并通过切削试验对几种超硬刀具材料的切削性能进行了比较分析。
关键词:超硬刀具材料, 立方氮化硼, 金刚石, 氮化碳, 切削加工Development and Application of Ultrahard Cutting Tool MaterialYu QixunA bstract:The development process,kinds,properties,manufacture method and application area of cubic boron nitride,dia-mond and other ultrahard materials are overall introduced.Meanwhile a new kind of ultrahard tool material—C x N y invented in re-cent years is introd uced.The cutting properties of several ultrahard tool materials are compared and analyzed through cutting tests.Keywords:ultrahard cutting tool material, cubic boron nitride, diamond, carbon nitride, cutting machining 1 引言常用刀具材料有高速钢、硬质合金和陶瓷,它们的主要硬质成分是碳化物、氮化物和氧化物。
例如,高速钢是加入了合金成分(如W、Mo等)的碳化铁;硬质合金的主要成分是WC、TiC、TiCN等;陶瓷则是Al2O3和Si3N4。
这些化合物的硬度最高达到3000HV,若加上粘接物质,其总体硬度则在2000HV 以下。
对于某些难加工材料的加工,具有上述硬度的刀具材料已不能胜任。
于是超硬刀具材料便应运而生,在20世纪的后50年中得到了很大的发展。
超硬材料的化学成分及其形成硬度的规律与其他刀具材料不同:立方氮化硼是非金属硼化物,晶体结构为面心立方;而金刚石则由碳元素转化而成,其晶体结构与立方氮化硼相似,它们的硬度大大高于传统刀具材料。
近年来又出现了一种新型超硬刀具材料———氮化碳,其硬度亦与立方氮化硼相近。
本文将阐述上述三类超硬刀具材料的发展过程、种类、性能、制造方法和应用范围。
2 超硬刀具材料的发展过程几千年前,人类就已经发现和使用天然金刚石;而人造金刚石的制造和应用则是20世纪后半世纪的事。
氮化硼是人造材料,其发展过程与人造金刚石大体同步。
人造金刚石以往多在高温、高压(热压法)条件下形成,称为PCD,后来又出现了其他制造方法。
PCD人造金刚石的研究始于1940年,1954年美国正式宣告人造金刚石研制成功,并于1957年开始工业生产。
瑞典也于1962年开始人造金刚石的工业生产。
到1969年,全世界人造金刚石产量为4000万克拉(当时天然金刚石年产量为4400万克拉)。
1963年中国研制成功PCD,到1996年中国人造金刚石产量已达2.4亿克拉,出口量达6～8.5千万克拉。
21世纪初,中国人造金刚石最高年产量已达10亿克拉以上,居全世界首位。
近年来亦有外国公司年产人造金刚石达1亿克拉以上。
1957年,美国GE公司压出立方氮化硼(CBN)单晶粉;70年代初制成聚晶PCB N刀具。
1972年,前苏联亦制成PCB N 刀具。
1966年中国研制成功单晶CBN ;稍后,聚晶PCBN 研制成功。
近年来,国内又采用化学气相沉积(CVD )法制成人造金刚石。
如北京天地公司已能够制造和销售各种C VD 金刚石制品。
十几年前,美国物理学家A M Lin 和M L Cohen 应用分子工程理论,设计出新型超硬无机化合物氮化碳(C x N y )。
我国武汉大学王仁卉教授也对7种结构的C 3N 4粉末衍射谱进行过计算;武汉大学吴大维教授等用dc 反应磁控溅射法在不同刀具上沉积C 3N 4薄膜,取得了较大的进展。
3 超硬刀具材料的种类超硬刀具材料(尤其是金刚石)的种类较多。
立方氮化硼包括:CB N 单晶粉,可用于制作磨料、磨具;PCB N 聚晶片及聚晶复合片,可用于制作切削刀具及其他工具。
金刚石分为天然金刚石(ND )与人造金刚石。
人造金刚石包括:PCD 单晶粉,用于制作磨料、磨具;PCD 单晶粒,可做刀具,并可作为光学、电子高科技原材料;PCD 聚晶片及聚晶复合片,用于制作切削工具及其他工具。
此外,还有人造CVD 金刚石厚膜与薄膜,可用于刀具、工具制造和光学、电子方面的应用。
在刀具或其他工具上可以通过涂制C x N y 薄膜(厚3～5μm ),成为涂层刀具(工具)。
4 超硬刀具材料的制造方法人造超硬刀具材料的制造方法有很多种,这里主要介绍热压法和气相沉积法。
(1)热压法用热压法制造金刚石和立方氮化硼所用的设备为六面顶或两面顶的液压机。
压制单晶超硬材料,需将原料置于叶蜡石的腔体中。
压制PCD 单晶粉的原料是石墨片,石墨片与触媒剂Ni —Mn 片层叠置于腔体中;压制PCD 聚晶片的原料是PCD 单晶粉,加入结合剂Ni 、Si 、Co 等。
压制CB N 单晶粉的原料为六方氮化硼(HBN );压制PCB N 聚晶片的原料为CBN 单晶粉,同时需置入触媒剂与结合剂。
故压制单晶与聚晶制品,需先后分两次进行,其工艺分别见图1、图2。
热压时腔温约为1600℃～1900℃,顶锤部压力约为5000～6000MPa ,加热与施压时间约为几分钟右墨+Ni -Mn 片5～6万atm ～1600℃金刚石单晶粉 ～12min(a )压单晶金刚石单晶粉+结合剂5～6万a tm ～1800℃PCD 聚晶片 ～3min (b )压聚晶图1 PCD 金刚石热压工艺HB N 粉+触媒剂5～6万atm ～1600℃CB N 单晶粉 ～10min(a )压单晶CBN 单晶粉+结合剂5～6万atm ～1800℃PCBN 聚晶片 ～3min (b )压聚晶图2 CBN 热压工艺至十几分钟。
对于单晶与聚晶、PCD 与CB N 制品,在不同的压机上,上述数据有一定的差异。
(2)气相沉积法用气相沉积法制造金刚石,有“热丝C VD 法”、“直流等离子体喷射CVD 法”、“火焰燃烧法”等。
“热丝CVD 法”用得较多。
原料为乙醇、甲烷、氢气等,在炉内形成金刚石的碳结构,沉积在基体(衬底)上,形成厚膜(厚度在0.5～0.6mm 以上);将厚膜与基体分离;将膜切割成一定形状的小块;再将其钎焊在硬质合金上形成复合刀片或刀具。
若制造C VD 薄膜金刚石刀具,则用同样的方法在刀具(如钻头、立铣刀)上直接沉积金刚石薄膜即可,膜厚仅10μm 左右。
热丝CVD 金刚石膜沉积示意图见图3。
图3 热丝CVD 金刚石膜沉积示意图在刀具上涂覆C x N y 薄膜,用dc 反应磁控溅射法进行,实际上也是一种气相沉积方法。
5 超硬刀具材料的性能各种超硬刀具材料的性能数据测试尚不够全面,现将收集到的较为可靠的数据列入表1。
由表1可见,金刚石的硬度最高,PCB N 和C x N y 次之,均远远高于其他刀具材料;超硬刀具材料的导表1 各种超硬刀具材料的性能性 能天然金刚石PCD金刚石CVD金刚石PCBN CxN y对比物质硬度(HV)10000～8000～9000～50004000～5000硬质合金1100～1800热导率(W·m-1K-1)20001300紫铜393;硬质合金35～75杨氏模量(GPa)1000750WC650;TiC330密度(g·cm-3)3.523.48线膨胀系数(×10-6K-1)12.1～2.3硬质合金5～7断裂韧性(MPa·m0.5)3.43.2～3.5陶瓷7～9其他性能在空气中约660℃开始石墨化;铁元素能催进石墨化,在酸、碱中都不受浸蚀在空气中到1300℃都不分解,与铁族元素呈惰性,在酸中不受浸蚀在空气中高温下化学性质稳定,与刀具间附着力良好热性好,杨氏模量高,密度、线膨胀系数和断裂韧性都较小。
但金刚石的化学性能不如PCB N和C x N y 稳定。
6 超硬刀具材料的应用范围立方氮化硼具有高硬度、高热稳定性,对铁族元素呈惰性,故最适合切削下列工件材料:各种淬硬钢,包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、轴承钢、模具钢等;各种冷硬铸铁和耐磨铸铁;各种铁基、镍基、钴基和其他热喷涂(焊)零件。
金刚石具有更高的硬度及其他优异性能。
用它制作的刀具,应用范围很广泛,可以加工各种难加工材料和非难加工材料。
因为金刚石刀具(尤其是天然金刚石刀具)的切削刃可以磨得十分锋利,切削刃钝圆半径能达纳米级,因此特别适用于对有色金属(主要是铜、铝及其合金)进行超精密切削加工。
金刚石刀具能切削纯钨、工程陶瓷、硬质合金、工业玻璃、石墨与各种塑料以及各种复合材料(包括金属基与非金属基纤维增强和颗粒增强的复合材料)。
金刚石还可用于制作牙科、骨科所用医疗器械工具,以及用于木材、石材加工的刀具和工具。
金刚石和立方氮化硼单晶粉大量用于制作磨料、磨具、磨膏、砂布、砂纸等。
金刚石还大量用于制作拉丝模、砂轮修正器和石油、地矿部门的钻探钻头,还可用于制作各种耐磨件。
大部分能用金刚石刀具切削的难加工材料(如硬质合金、陶瓷、玻璃、复合材料等),用立方氮化硼刀具也能加工,但一般立方氮化硼刀具的使用寿命低于金刚石刀具。
氮化碳涂层厚度很小,尚不能制成复合片或厚膜涂层,因此其应用范围受到很大限制;但C3N4涂层高速钢麻花钻有着良好的切削性能。
7 超硬刀具材料的切削试验示例作者曾用各种超硬刀具车削各种工件材料,进行了大量切削试验,借以对比各种刀具材料的切削性能,并探讨超硬刀具材料的切削机理。