金刚石刀具材料详解

金刚石是碳的同素异形体，是目前已知的最硬物质，其显微硬度可达10000HV，同时也是目前硬度最高的刀具材料。在合适的加工条件下，金刚石刀具相比高速钢、硬质合金、陶瓷和聚晶立方氮化硼刀具的使用寿命更长。用它加工铜、铝等有色金属和非金属耐磨材料时的切削速度比硬质合金刀具高出一个数量级（例如铣削铝合金的切削速度为3000～4000m/min，高的甚至可达7500m/min），使用寿命是硬质合金刀具的几十甚至几百倍。金刚石刀具过去主要用于精加工，近十几年来通过改进生产工艺，控制原料纯度和晶粒尺寸，采用复合材料和热压工艺等，其脆性有了重大改进，韧性提高，使用可靠性显著改善，已经可以作为常规刀具在生产中应用，对提高工效、保证产品质量起着重要作用。

1.金刚石刀具材料性能特点

金刚石刀具的硬度和耐磨性极高、切削刃非常锋利、刃部粗糙度值小、摩擦因数低、抗粘结性好、热导率高、切削时不易粘刀及产生积屑瘤、加工表面质量好。在加工有色金属时，表面粗糙度值可达Ra0.05～0.10μm，加工精度可达IT5（孔IT6）级以上，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、未烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨木材（尤其是实心木和胶合板、MDF等复合材料）。

金刚石刀具的缺点是韧性差，热稳定性低，与铁族元素接触时有化学反应（4C+3Fe→Fe₃C₄），在700～800℃时将碳化（即石墨化），一般不适用于加工钢铁材料。用它切削镍基合金时，同样也会迅速磨损。所以通常不推荐金刚石刀具加工高熔点金属及合金。此外，金刚石刀具刃磨困难，价格昂贵。

2.金刚石刀具材料的品种分类

金刚石按其形成方式，分为天然和人造金刚石两种。天然金刚石一般为单晶晶体，人造金刚石按其使用要求可制成单晶晶体和多晶晶体，其中应用多晶制成的金刚石刀具有聚晶金刚石（PCD）刀具和化学气相沉积（CVD）金刚石刀具。金刚石刀具的种类如图3-1所示。

图3-1 金刚石刀具的种类

3.金刚石刀具的牌号及应用

目前，金刚石刀具已经广泛应用于汽车、摩托车、航空航天工业、国防工业中一些难加工的有色金属及其合金零部件的高速精密加工。同时也用于加工耐磨有色金属及其合金和非金属材料，与硬质合金刀具相比，能在很长的切削过程中保持锋利刃口和切削效率，使用寿命远远高于硬质合金刀具。表3-10～表3-14是国内外部分公司的金刚石刀具的牌号及应用范围。

表3-10 部分国产金刚石复合刀具的牌号、性能及应用

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表3-11 伊斯卡（IR）公司金刚石刀具的牌号及应用

表3-12 山特维克可乐满（Sandvik Coromant）公司金刚石刀具的牌号及应用

表3-13 戴杰（Di jet）工业株式会社金刚石刀具的牌号及应用

（续）

表3-14 三菱（Mitsubishi）公司金刚石刀具的应用范围