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？
はい、CBNホイールは炭化物ツールを効果的に研ぎ澄ますことができます。 CBNの極端な硬度により、炭化物の切削工具の研削と研ぎたてに適しており、正確で耐久性のあるエッジを提供します。
PCDとCBNの違いは何ですか？
PCDとCBNの主な違いは次のとおりです。
- 硬度：PCDはCBNよりも難しいです
- 化学的安定性：鉄物質を加工すると、CBNはより安定しています
- アプリケーション：PCDは非鉄および研磨材で優れていますが、CBNは硬化した鋼や鋳鉄の方が良いです
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は、高温での化学的安定性のため、鋼を機械加工するのに適しています。 PCDは高温で鉄と反応する傾向があり、迅速なツール摩耗を引き起こします。 CBNは安定したままで、硬化した鋼と鋳鉄の効率的な機械加工を可能にします。
CBNはダイヤモンドよりも難しいですか？
いいえ、CBNはダイヤモンドほど難しくありません。ダイヤモンド（PCDを含む）は、最も困難な天然材料です。ただし、CBNは2番目に頭のない材料であり、特に鉄物質を加工する場合、特定の用途でダイヤモンドよりも利点があります。
なぜCBNはそんなに高価なのですか？
CBNはいくつかの要因のために高価です：
- 高温と圧力を含む複雑な製造プロセス
- 合成生産を必要とする限られた自然発生
- 生産に必要な専門の機器と専門知識
- 独自のプロパティによる産業用途の需要が高い
8。詳細な構成と物理化学的特性
Carbide Vs vs CBN vs PCDとCarbideの挿入とPCDを比較する場合、各材料の詳細な組成と物理化学的特性を理解することが重要です。この知識は、さまざまな機械加工アプリケーションでのパフォーマンスに関する洞察を提供します。
8.1セルメット
構成：
- ハードフェーズ：通常、炭化チタン（TIC）、炭酸チタン（TICN）、または窒化チタン（TIN）で構成される体積で70〜85％
- バインダーフェーズ：通常、ニッケル、モリブデン、および/またはコバルトで構成されるボリュームごとに15〜30％
物理化学的特性：
- 密度：組成に応じて5.6-7.4 g/cm³
- 硬度：1500-2200 HV（ビッカーズの硬度）
- 熱伝導率：15-40 w/m・k
- 熱膨張係数：7.0-8.5×10⁻⁶/k
- 横断強度：1200-2500 MPa
- ヤングモジュラス：400-450 GPA
セルメットは、セラミックの高硬度と金属の靭性を組み合わせて、優れた耐摩耗性と熱安定性を提供します。チタンベースの硬相は硬度と耐摩耗性を提供しますが、金属製のバインダーは靭性と熱衝撃耐性を高めます。
8.2カーバイド
構成：
- ハードフェーズ：通常、炭化タングステン（WC）で構成される70〜97％の量で70〜97％
- バインダーフェーズ：通常、体積で3〜30％、主にコバルト（co）
物理化学的特性：
- 密度：コバルト含有量に応じて、11.0-15.0 g/cm³
- 硬度：1000-1800 HV、コバルト含有量に反比例します
- 熱伝導率：50-100 w/m・k
- 熱膨張係数：4.9-7.1×10⁻⁶/k
- 横破裂強度：1500-3000 MPa
- ヤングモジュラス：450-650 GPA
カーバイドインサートは、硬度と靭性のバランスを提供します。タングステン炭化物は耐摩耗性と硬さを提供し、コバルトバインダーは靭性と耐衝撃性を高めます。特性は、炭化物の穀物サイズとコバルト含有量を変えることで調整できます。
8.3キュービックホウ素窒化物（CBN）
構成：
- CBNクリスタル：50〜95％のボリューム
- バインダーフェーズ：5-50％体積、通常はセラミック（例：スズ、ALN）またはメタリック（例：CO、NI、AL）
物理化学的特性：
- 密度：3.4-4.3 g/cm³
- 硬度：4000-5500 HV
- 熱伝導率：100-200 w/m・k
- 熱膨張係数：4.6-4.9×10⁻⁶/k
- 横断力強度：500-800 MPa
- ヤングモジュラス：680-720 GPA
CBNは、ダイヤモンドに似た立方体の結晶構造を備えた合成スーパーハード材料です。特に鉄物質を加工するときに、例外的な硬度、熱安定性、および化学的不活性を提供します。高い熱伝導率により、機械加工中に効率的な熱散逸が可能になります。
8.4多結晶ダイヤモンド（PCD）
構成：
- ダイヤモンドクリスタル：ボリュームで90〜95％
- バインダーフェーズ：5〜10％の量、通常はコバルト
物理化学的特性：
- 密度：3.5-4.0 g/cm³
- 硬度：8000-10000 HV
- 熱伝導率：500-2000 w/m・k
- 熱膨張係数：2.0-4.8×10⁻⁶/k
- 横断力強度：1200-1700 MPA
- ヤングモジュラス：776-925 GPA
PCDは、通常はコバルトの金属製バインダー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。比類のない硬さと耐摩耗性を提供し、並外れた熱伝導率と組み合わせます。ただし、PCDは高温で鉄と化学的に反応し、鉄物質の機械加工での使用を制限しています。
物理化学的特性の比較分析
カーバイド対CBN対PCDを挿入するセルメットの挿入を評価するとき、いくつかの重要な物理化学的特性が際立っています。
- 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.
これらの詳細な組成と物理化学的特性を理解することは、特定の機械加工アプリケーションに最適な切削工具材料を選択する場合に重要です。 Cermet Inserts vs Carbide vs CBN vs PCDの選択は、ワークピース材料、機械加工パラメーター、および望ましい結果に関連して、これらの特性を慎重に検討することに基づいている必要があります。
9。結論：適切な切削工具材料の選択
Cermet Inserts vs Carbide vs CBN vs PCDの議論では、すべてのサイズのソリューションはありません。選択は、次のようなさまざまな要因に依存します。
- ワーク資料
- 機械加工操作（荒れ、仕上げ、高速加工）
- 必要な表面仕上げ
- ツールライフの期待
- 予算の制約
各素材のユニークな特性、利点、および制限を理解することにより、機械加工プロセスを最適化するための情報に基づいた決定を下すことができます。 CBNやPCDなどの高度な材料は特定のアプリケーションで優れたパフォーマンスを提供していますが、炭化物やセルメットインサートなどの従来のオプションには、最新の機械加工作業において依然として位置があります。
機械加工技術が進化し続けるにつれて、工具材料を切断することについて情報を提供することで、業界の競争力を維持するのに役立ちます。一般的な鋼であろうとエキゾチックな合金であろうと、ニーズに合わせた切削工具材料があります。
