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立方氮化硼刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用

用与金刚石制造方法相似的方法合成的第二种超硬材料—立方氮化硼(CBN)在硬度和热导率方面仅次于金刚石,热稳定性极好,在大气中加热至10000C也不发生氧化。CBN对于黑色金属具有极为稳定的化学性能,可以广泛用于钢铁制品的加工。

⑴ 立方氮化硼刀具的种类

立方氮化硼(CBN)是自然界中不存在的物质,有单晶体和多晶体之分,即CBN单晶和聚晶立方氮化硼(Polycrystalline cubic bornnitride,简称PCBN)CBN是氮化硼(BN)的同素异构体之一,结构与金刚石相似

PCBN聚晶立方氮化硼)是在高温高压下将微细的CBN材料通过结合相(TiCTiNAlTi)烧结在一起的多晶材料,是目前利用人工合成的硬度仅次于金刚石的刀具材料,它与金刚石统称为超硬刀具材料。PCBN要用于制作刀具或其他工具。

PCBN刀具可分为整体PCBN刀片和与硬质合金复合烧结的PCBN复合刀片。

PCBN复合刀片是在强度和韧性较好的硬质合金上烧结一层O.51.0mm厚的PCBN而成的,其性能兼有较好的韧性和较高的硬度及耐磨性,它解决了CBN刀片抗弯强度低和焊接困难等问题。

⑵ 立方氮化硼的主要性能、特点

立方氮化硼的硬度虽略次于金刚石,但却远远高于其他高硬度材料。CBN的突出优点是热稳定性比金刚石高得多,可达1200以上(金刚石为700800),另一个突出优点是化学惰性大,与铁元素在12001300下也不起化学反应。立方氮化硼的主要性能特点如下。

① 高的硬度和耐磨性:CBN晶体结构与金刚石相似,具有与金刚石相近的硬度和强度。PCBN特别适合于加工从前只能磨削的高硬度材料,能获得较好的工件表面质量。

② 具有很高的热稳定性:CBN的耐热性可达14001500℃,比金刚石的耐热性(700800)几乎高l倍。PCBN刀具可用比硬质合金刀具高35倍的速度高速切削高温合金和淬硬钢。

③ 优良的化学稳定性:与铁系材料到12001300℃时也不起化学作用,不会像金刚石那样急剧磨损,这时它仍能保持硬质合金的硬度;PCBN刀具适合于切削淬火钢零件和冷硬铸铁,可广泛应用于铸铁的高速切削。

具有较好的热导性:CBN的热导性虽然赶不上金刚石,但是在各类刀具材料中PCBN的热导性仅次于金刚石,大大高于高速钢和硬质合金

具有较低的摩擦系数:低的摩擦系数可导致切削时切削力减小,切削温度降低,加工表面质量提高。

⑶ 立方氮化硼刀具应用:

立方氮化硼适于用来精加工各种淬火钢、硬铸铁、高温合金、硬质合金、表面喷涂材料等难切削材料。加工精度可达IT5(孔为IT6),表面粗糙度值可小至Ra1.250.20μm

立方氮化硼刀具材料韧性和抗弯强度较差。因此,立方氮化硼车刀不宜用于低速、冲击载荷大的粗加工;同时不适合切削塑性大的材料(如铝合金、铜合金、镍基合金、塑性大的钢等),因为切削这些金属时会产生严重的积屑瘤,而使加工表面恶化。

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