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PCBN刀具材料制备及其特性

来源:  作者:fXSdriko
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郑州中南杰特超硬材料有限公司 张相法 张奎
郑州大学 鲁占灵
郑州磨料磨具磨削研究所 王光祖


摘要:在现代工业尤其是汽车工业及航天航空工业中,复合材料及耐磨有色金属材料被大量使用,而采用普通刀具加工这类材料却难以胜任。因此,超硬刀具材料PCBN应运而生。本文对PCBN材料的主要性能进行了描述。指出,PCBN材料的性能主要与CBN的含量、粒度及结合剂的种类有关。一类是Co等作粘结相,高CBN含量的PCBN,主要用于粗加工,切削高硬度合金钢、耐磨铸铁、硬质合金等较优。另一类是以陶瓷作粘结相,低CBN含量,细粒度的PCBN,主要用于精加工,切削材料以淬火钢、模具钢、轴承钢为主。

关键词:聚晶立方氮化硼(PCBN) 刀具 现代加工技术


一、引言
立方氮化硼复合体(PCBN)是上个世纪70年代初开发的一种超硬刀具材料。与传统刀具材料相比,具有耐磨性高、耐热性好、与铁族金属不起亲和反应等优点。

实践表明,PCBN刀具具有加工精度高和较低的工件表面粗糙度,达到“以车代磨”、“以铣代磨”、“以镗代磨”的使用效果。其加工精度可以达到1μm,表面粗糙度可以达到0.2μm。PCBN是先进加工不可缺少的利刃,高速切削技术发展的历史,也就是刀具材料不断进步的历史。铁族金属高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼。

单晶立方氮化硼的颗粒很小,目前人工合成的单晶立方氮化硼的最大粒径为3mm左右。鉴于培育立方氮化硼大单晶在技术上存在难度,所以,苏联、美国、英国、日本和中国相继研制出聚晶立方氮化硼[1]。

二、 PCBN制造工艺简述
聚晶立方氮化硼可以分为整体PCBN烧结块和带硬合金基体的PCBN复合片。整体PCBN烧结块是由CBN颗粒在高压高温下烧结而成的;PCBN复合片是由CBN层与硬质合金基体在高压高温下烧结而成的。多晶体的结构使聚晶立方氮化硼具有各向同性,克服了单晶存在解理面的缺陷,同时,PCBN具有硬质合金基体的抗冲击韧性[2]。

目前,应用比较多是带粘结剂的聚晶立方氮化硼复合片。虽然,整体PCBN烧结块克服了立方氮化硼单晶颗粒小以及各向异性的缺点,但它作为刀具在焊接时存在一定问题,整体PCBN烧结体不易被通常的焊料所浸润粘接,直接进行焊接很困难,而聚晶立方氮化硼复合片则具有这方面的优势[3]。

1、 粘结剂
粘接剂在烧结过程中起着降低烧结压力和温度,改善烧结体性能的重要作用。选择粘接剂要遵循以下原则:
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