立方氮化硼(CBN)是自然界中不存在的物質,有單晶體和多晶體之分,即CBN單晶和聚晶立方氮化硼(Polycrystalline cubic bornnitride,機械刀具生產,簡稱PCBN)。CBN是氮化硼(BN)的同素異構體之一,結構與金剛石相似。
PCBN(聚晶立方氮化硼)是在高溫高壓下將微細的CBN材料通過結合相(TiC、TiN、Al、Ti等)燒結在一起的多晶材料,是目前利用人工合成的硬度僅次于金剛石的刀具材料,它與金剛石統稱為超硬刀具材料。PCBN主要用于制作刀具或其他工具。
PCBN刀具可分為整體PCBN刀片和與硬質合金復合燒結的PCBN復合刀片。
PCBN復合刀片是在強度和韌性較好的硬質合金上燒結一層O.5~1.0mm厚的PCBN而成的,其性能兼有較好的韌性和較高的硬度及耐磨性,它解決了CBN刀片抗彎強度低和焊接困難等問題。
① 高硬度:硬質合金刀具是由硬度和熔點很高的碳化物(稱硬質相)和金屬粘結劑(稱粘接相)經粉末冶金方法而制成的,其硬度達89~93HRA,遠高于高速鋼,在5400C時,硬度仍可達82~87HRA,與高速鋼常溫時硬度(83~86HRA)相同。硬質合金的硬度值隨碳化物的性質、數量、粒度和金屬粘接相的含量而變化,刀具貴不貴,一般隨粘接金屬相含量的增多而降低。在粘接相含量相同時,YT類合金的硬度高于YG類合金,添加TaC(NbC)的合金具有較高的高溫硬度。
② 抗彎強度和韌性:常用硬質合金的抗彎強度在900~1500MPa范圍內。金屬粘接相含量越高,則抗彎強度也就越高。當粘接劑含量相同時,YG類(WC-Co)合金的強度高于YT類(WC-TiC-Co)合金,并隨著TiC含量的增加,強度降低。硬質合金是脆性材料,機械刀具哪家好,常溫下其沖擊韌度僅為高速鋼的1/30~1/8。
刀片的主要成分是不同配比的碳化鎢和鈷,原材料一開始的形態是粉末。在重約560kg的容器里盛裝著配好的原料,它們將被用于生產不同的粉末。在車間里,將干燥的原料與乙醇和水配成的溶劑混合形成一種粘稠度類似酸奶的灰色漿狀物。待漿狀物干燥后,將樣品送往實驗室進行質量檢測。這些粉末由很多直徑為20-200μm的顆粒組成,非常微小(一根頭發的直徑是50-60μm)。
這些粉末被裝在容積100kg的桶中并輸送到用于制造刀片的沖壓機邊。操作工將沖模(用于沖壓不同刀片的模具) 放入機床,并將訂單輸入計算機,沖模腔內根據訂單信息充滿粉末。沖壓每片刀片的壓力高達12噸,機床會對每片刀片進行稱重,操作人員也會進行觀察控制。在這一階段,杭州機械刀具,刀片非常脆弱,很容易裂損。
沖壓后的刀片需要被加熱使其硬化,這一工作由燒結爐完成,燒結爐一次可以處理數千片刀片。壓制好的刀片粉末在長達13h的過程中被加熱到約1,500℃,熔融而成為硬質合金這一硬度極高的材料。燒結工藝中的收縮比例約為50%,因此燒結后刀片大小僅為之前的一半。
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