很長一段時間里，立方氮化硼被認為在自然界不存在，直至2009年，美國加州大學河濱分校、勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的科學家和來自中國、德國科研機構(gòu)的同行一起，在中國青藏高原南部山區(qū)地下約306公里深處古海洋地殼的富鉻巖內(nèi)找到了這種礦物，其在大約1300攝氏度高溫、118430個大氣壓的高壓條件下形成了晶體。

什么是CBN（立方氮化硼）？

立方氮化硼CBN(CubicBoron Nitride)是20世紀50年代首先由美國通用電氣(GE)公司利用人工方法在高溫高壓條件下合成的人造立方氮化硼刀具（CBN刀具），其硬度僅次于金剛石而遠遠高于其它材料，因此它與金剛石統(tǒng)稱為超硬材料。立方氮化硼是由六方氮化硼和觸媒在高溫高壓下合成的，是繼人造金剛石問世后出現(xiàn)的又一種新型產(chǎn)品。

20世紀70年代，前蘇聯(lián)、中國、美國、英國等國家才相繼研制成功作為切削刀具的CBN燒結(jié)體——聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)。從此，PCBN以它優(yōu)越的切削性能應用于切削加工高硬度鐵、鋼件等黑色金屬材料。

PCBN刀具的結(jié)合劑可歸納為3大類：

金屬結(jié)合劑，如Ti、Co、Ni. Cu、Cr、W等金屬或合金，在高溫下易軟化，影響刀具壽命； 

陶瓷結(jié)合劑，如Al2O3耐高溫，但沖擊韌性差，刀具易崩刃和破損；

金屬陶瓷結(jié)合劑，如碳化物、氮化物、硼化物等與Co、Ni等形成的固溶體等，解決了上述兩類結(jié)合劑之不足。

CBN（立方氮化硼）刀具材料的性能、特點

具有很高的硬度和耐磨性

CBN單晶顯微硬度為8000~9000HV，是目前已知的第二高硬度物質(zhì)，PCBN復合片的硬度一般為3000~5000HV。

具有很高的熱穩(wěn)定性和高溫硬度

CBN的耐熱性可達1400~1500°C，在1300°C時不發(fā)生氧化，在800°C時的硬度為Al2O3/TiC陶瓷的常溫硬度。因此能高速切削高硬度的鋼鐵材料及耐熱合金，刀具的粘結(jié)與擴散磨損較小。

有較好的導熱性，與鋼鐵的摩擦因數(shù)較小

抗彎強度與斷裂韌性介于陶瓷與硬質(zhì)合金之間

熱穩(wěn)定性大大高于人造金剛石，在1300℃時仍可切削，具有很高的抗氧化能力，在1000℃時也不產(chǎn)生氧化現(xiàn)象，鐵元素的化學惰性也遠大于人造金剛石，與鐵系材料在1200至1300℃高溫時也不易起化學作用，但在1000℃左右時會與水產(chǎn)生水解作用，造成大量CBN被磨耗，因此用PCBN刀具濕式切削時需注意選擇切削液種類。

由于立方氮化硼材料的一些列優(yōu)點，使它能對淬硬鋼、冷硬鑄鐵進行粗加工與半精加工。同時還能高速切削高溫合金、熱噴涂材料等難加工材料。

CBN（立方氮化硼）刀具的分類和結(jié)構(gòu)

立方氮化硼也可與硬質(zhì)合金燒結(jié)為一體，這種立方氮化硼燒結(jié)體的抗彎強度可達1.47GPa，能經(jīng)多次重磨使用。立方氮化硼刀具有兩種：整體聚晶立方氮化硼刀具和立方氮化硼復合刀片。立方氮化硼復合刀片是在硬質(zhì)合金燒結(jié)體燒結(jié)一層厚度約為0.5mm的立方氮化硼而成。

整體式

鑲嵌式

復合式

CBN刀具的應用

按加工材質(zhì)劃分

高硬度鑄鐵（硬度HSD75以上），如高鉻鑄鐵、合金鑄鐵、鎳硬鑄鐵、白口鑄鐵等材質(zhì)。典型零部件有軋輥、工業(yè)泵。

高硬度鋼件（硬度HRC45以上），如高錳鋼、高速鋼、淬火鋼等。典型零部件包括軋臼壁、高速鋼軋輥、淬硬齒輪/齒輪軸、軸承、滾珠絲杠、模具等。

普通灰鑄鐵（HT150/200/250/300）

如發(fā)動機缸體、缸蓋、剎車盤、制動鼓、皮帶輪、離合器壓盤等均屬于普通灰鑄鐵。

其他難加工材料

如粉末冶金、高溫合金材料、及鎳基、鐵基、鈷基等高硬度堆焊、噴焊、激光熔覆、熱噴涂材料等。

按應用行業(yè)劃分

礦山機械行業(yè)

鋼鐵軋輥行業(yè)

航空航天行業(yè)

能源行業(yè)

汽車行業(yè)

CBN刀具的應用

重載切削

高速切削

以車代磨

干式切削

CBN刀具的切削參數(shù)

常規(guī)切削參數(shù)

粗加工時，應盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度，故一般優(yōu)先選擇盡可能大的切削深度ap，其次選擇較大的進給量f，最后根據(jù)刀具耐用度要求，確定合適的切削速度。精加工時，首先應保證工件的加工精度和表面質(zhì)量要求，故一般選用較小的進給量f和切削深度ap，而盡可能選用較高的切削速度υc。

車削加工的計算公式

銑削加工的計算公式

CBN刀具的優(yōu)勢

從使用角度來判斷

抗沖擊性能好，特別是粗加工領域，使用時不崩刃，不碎裂，這是CBN刀具使用安全性的最基本保證。

耐磨性能好，高效加工的同時，能夠低成本的代替硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀片，這是CBN刀具使用經(jīng)濟型的保證。

從制造角度來判斷

高純度、高凈化率的原材料、可靠規(guī)范的胚體合成工藝，這兩項直接決定CBN刀具性能。當然，這也是市場上CBN刀具價格參差不齊的最大原因。

磨加工，由于CBN刀具不像硬質(zhì)合金刀片具備復雜槽型和涂層，性能主要取決于刀具胚體性能，而磨加工的工藝和精度直接決定切削時的微觀性能。所以采用周邊磨床刀具成本雖然提高不少，但是CBN刀具的質(zhì)量和耐用度都會上一個檔次。

除了尺寸精度和表面質(zhì)量外，CBN刀具生產(chǎn)過程中，最容易產(chǎn)生廢品的是電鏡檢測下的微觀缺陷。刃口處肉眼看不到的微觀缺陷是CBN刀具使用過程中崩刃口的導火索，容易造成使用時出現(xiàn)刀具扎刀問題。

CBN刀具的磨損形式

連續(xù)切削中的磨損形式

后刀面磨損

最常見的磨損形式，是刀具與工件材料中的硬粒子摩擦形成的，磨損嚴重則會致使被加工工件的表面粗糙度和尺寸精度超差，需替換新的CBN刀片。

月牙洼磨損

發(fā)生在刀片的前刀面，是由工件材料和切削刀具之間的化學反應造成的。月牙洼磨損會導致切屑處理惡化，影響已加工表面質(zhì)量，而且過大的月牙洼磨損會削弱切削刃并可能導致斷裂。

壓力面磨損

主要原因是因為切削速度太快，進給量太大，刀具后角太小而造成壓力面磨損。

邊界磨損

主要原因是主偏角太大，進給量太大，切削速度太低造成邊界磨損。

斷續(xù)切削中的破損形式

崩刃

這是CBN刀具斷續(xù)加工鋼和鑄鐵時常見的一種破損形式。它是在切削刃上產(chǎn)生的小缺口，刀刃上幾個小缺口或被崩掉一小塊。如微崩刃的刀具在允許的磨損限度內(nèi)還能斷續(xù)切削，超差則需更換。

剝落

銑削鋼和鑄鐵端面時，在前刀面上常出現(xiàn)的貝殼狀剝落。出現(xiàn)此類情況，可通過提高切削速度、降低進給量，使用有負倒棱、刃口經(jīng)過鈍化處理的刀片。

斷裂

斷續(xù)切削工件時常發(fā)生的破損形式，這是由于斷續(xù)切削高硬度工件時沖擊載荷過大，短時間切削后發(fā)生的早期破損，雖然切削條件適當，但切削較長時間后，沒有及時換刀，由于刀具材料疲勞就發(fā)生了大塊的斷裂。

裂紋

CBN刀具在長時間斷續(xù)切削后，有因機械沖擊而引起的平行于切削刃的機械疲勞裂紋，也有因熱沖擊而引起的垂直于或傾斜與切屑刃的裂紋。當這些裂紋不斷擴展合并后，就引起刀刃碎裂或斷裂。