機械加工と金属加工の世界では、最適なパフォーマンス、効率、および費用対効果を達成するために、適切な切削工具材料を選択することが重要です。この包括的なガイドでは、カーバイド、炭化物、キュービックホウ素窒化物（CBN）、およびポリクリスタリンダイヤモンド（PCD）切削工具の重要な違いを調査します。各資料のユニークなプロパティ、アプリケーション、およびコストに関する考慮事項を理解することにより、機械加工ニーズに基づいた情報に基づいた決定を下すための装備を備えています。
1。はじめに：物質科学の最先端
切削工具材料に関しては、カーバイド対炭化物対CBN対PCDの比較は、機械工または製造業の専門家にとって不可欠です。これらのそれぞれの材料は、明確な利点と制限を提供し、さまざまなアプリケーションやワークピース材料に適しています。この記事では、これらの切削工具材料の複雑さを掘り下げて、機械加工の複雑な世界を自信を持ってナビゲートするのに役立ちます。
2。CermetInserts：両方の世界の最高
構成と特性
cermet inserts、のポルトマントー “セラミック” そして “金属、” セラミック材料の硬度と金属製のバインダーの靭性を組み合わせます。通常、ニッケルベースの合金と結合した炭化チタン（TIC）またはコルクリット化チタン（TICN）粒子で構成されているセルメットインサートは、特性の独自のバランスを提供します。
利点と短所
利点:
- 炭化物よりも高い耐摩耗性
- 優れた熱安定性
- 優れた表面仕上げ機能
- 良好な化学的安定性
短所：
- 炭化物と比較して靭性が低い
- 炭化物インサートよりも脆い
- 炭化物と比較して限られた可用性
アプリケーション
cermet inserts excel：
- 鋼と鋳鉄の仕上げ操作
- より柔らかい材料の高速加工
- 優れた表面仕上げが必要なアプリケーション
3。炭化物の挿入：多目的な労働者
構成と特性
カーバイドインサート、セメント炭化物としても知られており、コバルトマトリックスと結合した炭化タングステン（WC）粒子で構成されています。この組成は、硬度と靭性を組み合わせた材料をもたらし、幅広い機械加工アプリケーションに適しています。
利点と短所
利点:
- 硬度と靭性の優れたバランス
- さまざまなアプリケーションで利用可能な幅広いグレード
- 良い耐摩耗性
- 多くの機械加工操作に費用対効果が高い
短所：
- セラミックやスーパーハードの材料と比較して、より低い硬度
- 特定のアプリケーションでパフォーマンスを改善するためにコーティングが必要になる場合があります
アプリケーション
カーバイドインサートは、以下で広く使用されています。
- さまざまな材料の汎用加工
- 製粉、ターニング、および掘削操作
- ラフ化および半フィニッシング操作
4。キュービックホウ素窒化物（CBN）：鋼の専門家
構成と特性
窒化キュービックボロン（CBN）は、硬さのダイヤモンドに次ぐ合成スーパーハード材料です。これは、六角形の窒化ホウ素を高温と圧力にさらすことによって作成され、立方系の結晶構造をもたらします。
利点と短所
利点:
- 極度の硬度と耐摩耗性
- 優れた熱安定性
- 硬化した鋼の機械加工における優れた性能
- 鉄物質を加工するときの化学的安定性
短所：
- 炭化物やセルメットと比較してより高いコスト
- 脆い性質には、慎重な取り扱いとアプリケーションが必要です
- より柔らかい材料に対する限られた効果
アプリケーション
CBNは優れています：
- Machining hardened steels (>45 HRC)
- 鋳鉄の高速加工
- 厳しい許容範囲を必要とする仕上げ操作
CBN対PCBN
多結晶キュービック窒化ホウ素（PCBN）は、CBN粒子にセラミックまたは金属製のバインダーで焼結されるCBNのバリアントです。 PCBNは、純粋なCBNと比較して改善された靭性を提供し、中断された切断操作やより多様なアプリケーションに適しています。
5。ポリクリスタリンダイヤモンド（PCD）：非鉄の専門家
構成と特性
多結晶ダイヤモンド（PCD）は、金属製のバインダー、通常はコバルトと一緒に焼結されたダイヤモンド粒子で構成されています。これにより、例外的な硬度と耐摩耗性のある材料が生じます。
利点と短所
利点:
- 比類のない硬さと耐摩耗性
- 優れた熱伝導率
- 優れた表面仕上げ機能
- 適切なアプリケーションでの長いツール寿命
短所：
- 高コスト
- 高温での鉄物質との化学反応性
- 脆い性質には、慎重な取り扱いとアプリケーションが必要です
アプリケーション
PCD切削工具は以下に最適です。
- 非鉄金属（アルミニウム、銅、真鍮）の機械加工
- 研磨材料の切断（グラスファイバー、炭素繊維複合材料）
- 超高精度機械加工操作
6。比較分析：cermet挿入対炭化物vs cbn vs pcd
硬度の比較
CarbideとCBN vs PCDと炭化物の挿入とPCDを比較する場合、硬度は重要な要因です。最も柔らかいものから最も硬いもの：
- 炭化物
- サーメット
- CBN
- PCD
PCDは最も難しいですが、鉄物質の制限のためにすべてのアプリケーションにとって常に最良の選択ではないことに注意することが重要です。
コスト比較
これらの切削工具材料のコストは大きく異なります。最も安価なものから最も安価なものまで：
- 炭化物
- サーメット
- CBN
- PCD
CBNとPCDのより高いコストは、適切なアプリケーションでの優れたパフォーマンスとより長いツール寿命によって正当化されることがよくあります。
さまざまなアプリケーションでのパフォーマンス
- セルメットインサート：スチールと鋳鉄の仕上げ操作に最適で、優れた表面仕上げを提供します。
- 炭化物：幅広い材料と操作に適した汎用性の高いパフォーマー。
- CBN：特に高速で、硬化した鋼とキャストアイアンを機械加工することに優れています。
- PCD：非鉄および研磨材の比類のないパフォーマンス。
7.よくある質問
CBNは炭化物よりも難しいですか？
はい、CBNは炭化物よりも大幅に困難です。クヌープ硬度スケールでは、CBNは通常4000〜5000 khnの範囲で、炭化物は1000から2000 Khnの範囲です。
CBNインサートは何に使用されていますか？
CBNインサートは、主に硬化した鋼の機械加工に使用されます（>45 HRC）、キャストアイロン、およびその他の硬質材料。彼らは、緊密な許容範囲を必要とする高速加工と仕上げ操作に優れています。
CBNホイールは炭化物を研ぎますか？
Yes, CBN wheels can effectively sharpen carbide tools. The extreme hardness of CBN makes it suitable for grinding and sharpening carbide cutting tools, providing a precise and durable edge.
PCDとCBNの違いは何ですか？
The main differences between PCD and CBN are:
- Hardness: PCD is harder than CBN
- Chemical stability: CBN is more stable when machining ferrous materials
- Applications: PCD excels in non-ferrous and abrasive materials, while CBN is better for hardened steels and cast irons
なぜPCDよりも鋼を機械加工するのにCBNが良いのですか？
CBN is better for machining steel due to its chemical stability at high temperatures. PCD tends to react with iron at high temperatures, causing rapid tool wear. CBN remains stable, allowing for efficient machining of hardened steels and cast irons.
CBNはダイヤモンドよりも難しいですか？
No, CBN is not harder than diamond. Diamond (including PCD) is the hardest known natural material. However, CBN is the second-hardest material and offers advantages over diamond in certain applications, particularly when machining ferrous materials.
なぜCBNはそんなに高価なのですか？
CBN is expensive due to several factors:
- Complex manufacturing process involving high temperatures and pressures
- Limited natural occurrence, requiring synthetic production
- Specialized equipment and expertise needed for production
- High demand in industrial applications due to its unique properties
8。詳細な構成と物理化学的特性
When comparing cermet inserts vs carbide vs CBN vs PCD, it’s crucial to understand the detailed composition and physicochemical characteristics of each material. This knowledge provides insight into their performance in various machining applications.
8.1セルメット
Composition:
- Hard phase: Typically 70-85% by volume, consisting of titanium carbide (TiC), titanium carbonitride (TiCN), or titanium nitride (TiN)
- Binder phase: Usually 15-30% by volume, composed of nickel, molybdenum, and/or cobalt
Physicochemical characteristics:
- Density: 5.6-7.4 g/cm³, depending on composition
- Hardness: 1500-2200 HV (Vickers Hardness)
- Thermal conductivity: 15-40 W/m·K
- Coefficient of thermal expansion: 7.0-8.5 × 10⁻⁶/K
- Transverse rupture strength: 1200-2500 MPa
- Young’s modulus: 400-450 GPa
Cermet combines the high hardness of ceramics with the toughness of metals, offering excellent wear resistance and thermal stability. The titanium-based hard phase provides hardness and wear resistance, while the metallic binder enhances toughness and thermal shock resistance.
8.2カーバイド
Composition:
- Hard phase: Typically 70-97% by volume, consisting of tungsten carbide (WC)
- Binder phase: Usually 3-30% by volume, primarily cobalt (Co)
Physicochemical characteristics:
- Density: 11.0-15.0 g/cm³, depending on cobalt content
- Hardness: 1000-1800 HV, inversely related to cobalt content
- Thermal conductivity: 50-100 W/m·K
- Coefficient of thermal expansion: 4.9-7.1 × 10⁻⁶/K
- Transverse rupture strength: 1500-3000 MPa
- Young’s modulus: 450-650 GPa
Carbide inserts offer a balance between hardness and toughness. The tungsten carbide provides wear resistance and hardness, while the cobalt binder enhances toughness and impact resistance. The properties can be adjusted by varying the carbide grain size and cobalt content.
8.3キュービックホウ素窒化物（CBN）
Composition:
- CBN crystals: 50-95% by volume
- Binder phase: 5-50% by volume, typically ceramic (e.g., TiN, AlN) or metallic (e.g., Co, Ni, Al)
Physicochemical characteristics:
- Density: 3.4-4.3 g/cm³
- Hardness: 4000-5500 HV
- Thermal conductivity: 100-200 W/m·K
- Coefficient of thermal expansion: 4.6-4.9 × 10⁻⁶/K
- Transverse rupture strength: 500-800 MPa
- Young’s modulus: 680-720 GPa
CBN is a synthetic superhard material with a cubic crystal structure similar to diamond. It offers exceptional hardness, thermal stability, and chemical inertness, particularly when machining ferrous materials. The high thermal conductivity allows for efficient heat dissipation during machining.
8.4多結晶ダイヤモンド（PCD）
Composition:
- Diamond crystals: 90-95% by volume
- Binder phase: 5-10% by volume, typically cobalt
Physicochemical characteristics:
- Density: 3.5-4.0 g/cm³
- Hardness: 8000-10000 HV
- Thermal conductivity: 500-2000 W/m·K
- Coefficient of thermal expansion: 2.0-4.8 × 10⁻⁶/K
- Transverse rupture strength: 1200-1700 MPa
- Young’s modulus: 776-925 GPa
PCD consists of diamond particles sintered together with a metallic binder, usually cobalt. It offers unparalleled hardness and wear resistance, combined with exceptional thermal conductivity. However, PCD is chemically reactive with iron at high temperatures, limiting its use in machining ferrous materials.
物理化学的特性の比較分析
When evaluating cermet inserts vs carbide vs CBN vs PCD, several key physicochemical properties stand out:
- Hardness: PCD > CBN > Cermet > Carbide This hierarchy directly influences wear resistance and tool life in abrasive applications.
- Thermal Conductivity: PCD > CBN > Carbide > Cermet Higher thermal conductivity allows for better heat dissipation during machining, potentially enabling higher cutting speeds.
- Density: Carbide > Cermet > PCD > CBN Lower density materials like CBN and PCD can be advantageous in high-speed rotating tools, reducing centrifugal forces.
- Thermal Expansion: Cermet > Carbide > CBN > PCD Materials with lower thermal expansion coefficients maintain better dimensional stability during temperature fluctuations in machining processes.
- Transverse Rupture Strength: Carbide > Cermet > PCD > CBN Higher transverse rupture strength indicates better resistance to chipping and fracture, particularly important in interrupted cutting operations.
Understanding these detailed compositions and physicochemical characteristics is crucial when selecting the optimal cutting tool material for specific machining applications. The choice between cermet inserts vs carbide vs CBN vs PCD should be based on a careful consideration of these properties in relation to the workpiece material, machining parameters, and desired outcomes.
9。結論：適切な切削工具材料の選択
In the debate of cermet inserts vs carbide vs CBN vs PCD, there’s no one-size-fits-all solution. The choice depends on various factors, including:
- Workpiece material
- Machining operation (roughing, finishing, high-speed machining)
- Required surface finish
- Tool life expectations
- Budget constraints
By understanding the unique properties, advantages, and limitations of each material, you can make informed decisions to optimize your machining processes. Remember that while advanced materials like CBN and PCD offer superior performance in specific applications, traditional options like carbide and cermet inserts still have their place in modern machining operations.
As machining technology continues to evolve, staying informed about cutting tool materials will help you maintain a competitive edge in the industry. Whether you’re working with common steels or exotic alloys, there’s a cutting tool material tailored to your needs.
