ＰＣＢＮ 刀具是 ２０世纪 ８０年代初发展起来的一种超硬刀具，其高效、精密切削淬硬钢的特性已引起国内外企业界的极大兴 趣，在一些场合可以用ＰＣＢＮ刀具的精密硬态切削工艺来代替磨削工艺，从而大大提高了生产效率和降低生产成本．ＰＣＢＮ刀具在淬硬钢和铸铁的精密切削加工 应用最为广泛，占ＭＮＰ＝ｒｒａｘ－的 ８０ｏ以上“，目前我国 ＰＣＢＮ刀具的应用情况并不乐观，原因是没有很好的掌握ＰＣＢＮ刀具的使用技术，使得ＰＣＢＮ 刀具的切削经济性与普通硬质合金和陶瓷刀具的经济性相当甚至要低．因此研究ＰＣＢＮ刀具的磨损特征对于开拓它的应用范围、制定合理切削参数和提高生产效率 都有重要意义．ＭＮ刀具的磨损机理与ＣＢＮ颗粒的直径和百分含量、粘结剂的种类、切削参数和工件材料等许多因 素有关，ＰＣＢＮ刀具的磨损是在机械、热、化学等多种作用形式下产生的，而且当切削条件发生变化时，ＰＣＢＮ刀具的主要磨损形式也会发生相应变化门．２氧 化磨损 切削铸铁时，刀尖处的高温区可达８００℃以上，氧化磨损表现的比较明显．此时ＰＣＢＮ刀具刀尖部分是在较高的压力（ＳＧＰａ）和高温（８００～１２００ ｔ）下工作的，易生氧化磨损和相变磨损，经过氧化和相变，该部分将会失去其切削能力．图 ｌａ为 ｈ Ｂｅｅｒｓ公司 ＡＭＢＯＲｒｙＥ ＤＢＣ５０刀具的原始组织形态，其基本组成成分（质量分数）包括５０％ＣＢＮ，４０％ＴＩＣ，６％ＷＣ和 ４％ＡＩＮ八皿２．图 ｆｏ为 ８００℃时发生氧化的ＤＢＣ５０组织形态，Ｘ射线分析表明氧化层的主要成分为ＴｔｏＺ．实验表 明，在一定的切削条件下，ＰＣＢＮ刀具的基体组织ＣＢＮ颗粒的稳定性很高，基本上不发生氧化 反应＊’，而粘结剂的惰性表现不够稳定，因此生成脆性较大的Ｔｏ。晶体，很容易通过磨料磨损形式被切屑带走，从而使刀具切削性能不稳定．切削淬硬钢时，切 屑呈“半熔”态，刀尖处的高温区最高可达 １０００℃以上仰，而且在切削一段时间后，刀具刃口和后刀面的轻微磨损使得切削压力高达１０Ｇ Ｐａ，工件材料中的Ｆｅ在高温高压下很容易与空气中的氧发生化学反应而生成ＦｅＯ的氧化层， 在合理的切削条件下能起到保护刀具刃口的作用，但这种氧化层的硬度较低，在摩擦过程中容易脱落间，从而使后刀面磨损加剧．图２ ａ为 ＤＢＣ５０刀具切削ＧＣＩＳ轴承钢（ＨＲＣ６２）时后刀面的磨损形貌，明显可以看到ＰＣＢＮ刀 具后刀面脱落层．图３为工件材料与刀具接触区氧化反应的示意图．实验研究表面发生氧化反应的 过渡层厚度大致为３００—８００ｕｒｎ，在这个过渡层中工件材料和刀具材料并没有发生明显的 化学反应，但它却能使工件表面质量变坏，因此在淬硬钢的精密硬态切削中控制好氧化磨损极为重 要．通过对接触层元素的检测，如图二ｂ所示．可以发现Ｆｅ和Ｏ的质量分数不断的降低，而Ｎ， ＢＪｉ和Ｃ元素的质量分数都有不同程度的上升，因为融人ＴＩＣ／ＣＢＮ间隙中的ＦｅＯ氧化层硬度低而不断地流失，从而使其他元素的含量增高．３扩散磨损 ＣＢＮ与铁族元素（Ｆｅ，Ｎ，Ｃｏ等）具有很强的化学惰性．研究表明：ＣＢＮ晶粒与纯铁的扩散 实验中没有发现两者之间的相互扩散，如图４ａ所示．可见Ｆｅ和Ｂ元素都没有发生扩散；在ＰＣＢＮ与５５”钢的扩散实验（１２００℃，加热３０ ｎｕｎ）中发现 ＣＢＮ刀具中的Ｂ和Ｃ。向Ｆｅ中多少有些扩散，从图４ｂ可看到刀具中Ｂ元素的质量分数逐步降低 ．加热实验还表明ＴＷ结合剂和ＴＭ结合剂ＰＣＢＮ刀具中的ＡＩ和被加工材料中的Ｎ相互产生了扩散，Ｃ。结合剂ＰＣＢＮ刀具中的Ｃ。和被加工材料的 Ｎ也产生相互扩散，若刀具材料中含有Ｎ成分，则扩散磨损更为严重Ｉ４．另外，当ｐＣＢＮ刀具结 合剂中用含有ＡＩ及被加工材料中含有ａ时石ｉ会向刀具中扩散，导致刀具磨损．图５为ＰＣＢＮ 刀具切削淬硬钢时刀具的微观组织和元素分布，白色的ＴＩＣ衬托于黑色ＢＮ相之上，刀具后刀面 上可检测到Ｆｅ，ＡＪ，Ｍｎ和出元素，而且还发生了一些化学变化，这充分说明了切削淬硬钢时存在扩散磨损现象．４微裂解磨损 ＰＣＢＮ刀具在切削过程中，刀具工作面与被加工材料及周围介质发生化学反应，反应生成物被溶化 后，在刀具前刀面上形成一层液态薄膜．此液态薄膜成分主要是ＰＣＢＮ刀具和工件材料及其氧化物、碳化物、氮化物和硼化物，如ＢＺＯ３，Ｆｅ—ＦｅＢＺ共晶 体等，另外还有一些金属间化合物． 切削过程中形成的液态薄膜对ＰＣＢＮ刀具的磨损有较大影响，切削速度较低时，液态薄膜的粘度较 大，易被切屑粘结带走，因此磨损较为严重；随着切削速度升高，切削温度上升，液态膜动力粘度 下降，对刀屑间的摩擦有明显的润滑作用，而且ＢＮ在薄膜中已经饱和，此时薄膜就像保护层一样 ，可以防止进一步的成分扩散和化学磨损，故磨损较小．用含ＡＩＮ结合剂的ＰＣＢＮ刀具切削经 奥氏体等温淬火的球墨铸铁的试验表明，ＡＩＮ和被加工材料中的引结合形成ＳＩＡＩＯＮ而导致刀具磨损，结合剂中ＡＩ的含量越高，刀具后刀面磨损速度就越 快，刀具寿命就越短旧．ＰＣＢＮ是由无数微小的无方向性的ＣＢＮ单晶组成，在ＣＢＮ聚晶过程中，从触媒或添加剂中要扩 散进去一些“杂质”如Ｓｔ，Ｃａ，Ｃｕ等元素，这些“杂质”存在于晶界间，晶界为杂质富集区 ，是强度的薄弱环节．从某种意义上可以视为“裂纹”，无论在原始晶粒内部还是在晶界处均因先 天或后生条件而存在着内应力，由于存在“精细裂纹”和内应力，导致聚晶体的实际强度远低于其 理论值．ＰＣＢＮ刀具在切削时刀刃部微小单晶颗粒脱落的现象称为微裂解，数个ＣＢＮ颗粒剥落 称微崩刃．微裂解和微崩刃混杂磨损是超硬刀具材料所恃有的磨损类型．ＰＣＢＮ刀具切削时，由 于热切屑流摩擦、刮研及被加工材料材质不均时导致的微冲击以及机床一工件一刀具系统的振动等 因素，使聚晶体首先在晶界处产生裂纹，单晶颗粒不连续的脱落，造成刀具的微裂解和微崩刃门，在刃口处形成凸凹不平的裂解区不断扩大，直至产生裂断．５结 语 以上各种因素的磨损相互影响、互相促进，如氧化磨损与相变磨损必然伴随粘结磨损，并使机械磨损 加剧，同时也促进剥落磨损和微崩刃磨损的产生．因此，成功实施ＰＣＢＮ刀具对淬硬钢和铸铁的 精密切削加工的前提是控制切削过程ＰＣＢＮ刀具的适度磨损，研究各种磨损产生的原因和控制对 策．
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