硬质合金球的力学性能

硬质合金球以高硬度、高抗压强度、中等抗弯强度、低冲击韧性及优异的耐磨性与抗腐蚀性为特征，其力学性能综合表现使其成为高负荷、恶劣工况下的理想材料。

1. 硬度：超高硬度，耐磨性卓越

数值范围：硬质合金球的硬度通常≥90.5 HRA（洛氏硬度A标尺），部分产品可达HRC 80-90（维氏硬度约1800-2200 HV），远超高速钢（HRA 82-87）和工具钢（HRC 60-65）。

性能表现：高硬度使其在高速切削、磨削、冲压等加工中保持刃口锋利，减少磨损。例如，硬质合金球的耐磨性是传统钢珠的数十至上百倍，可长期承受高负荷摩擦而不失效。

应用场景：适用于加工硬质材料（如淬火钢、不锈钢、钛合金）或粘性材料（如铝合金、铜合金），减少粘刀现象，提高加工精度。

2. 抗压强度：极高，耐冲击载荷

数值范围：硬质合金球的抗压强度可达3500-5600 MPa，热等静压产品甚至超过6000 MPa，是淬火合金工具钢（24-26 MPa）的200倍以上。

性能表现：高抗压强度使其能承受极端压力而不破裂，例如在高压冲压、深孔钻削或重载滚动轴承中，硬质合金球可长期稳定运行。

影响因素：钴含量对抗压强度影响显著。钴含量5%时，抗压强度达到峰值；细晶粒硬质合金的抗压强度高于粗晶粒产品。

3. 抗弯强度：中等，受成分与工艺调控

数值范围：常见钨钴类（YG类）硬质合金球的抗弯强度为1200-2500 N/mm²，钨钛钴类（YT类）为1150-1430 N/mm²，钨钛钽钴类（YW类）为1200-1350 N/mm²。

性能表现：抗弯强度反映材料抵抗弯曲断裂的能力。例如，YG20硬质合金球的抗弯强度可达2500 N/mm²，适用于需要一定韧性的场合（如拉丝模、轧辊）。

影响因素：

钴含量：钴含量越高，抗弯强度越高（如YG8N的抗弯强度比YG8高25%）。

晶粒尺寸：粗晶硬质合金的抗弯强度高于中晶粒产品，但细晶粒产品韧性更好。

缺陷控制：孔隙、裂纹等缺陷会显著降低抗弯强度，因此烧结工艺需严格控制。

4. 冲击韧性：较低，但可通过成分优化

数值范围：硬质合金球的冲击韧性约为退火钢的1/9（常温），高温时更低（仅为钢的几百分之一）。

性能表现：低冲击韧性导致硬质合金球在受到冲击载荷时易脆断，因此需避免在振动剧烈或冲击频繁的场合单独使用。

优化方向：

增加钴含量：钴含量提高可提升冲击韧性（如YG20的韧性优于YG6）。

添加韧性相：少量添加TaC、NbC等可细化晶粒，提高韧性。

梯度结构：通过表面高钴、芯部低钴的设计，改善抗崩性。

5. 耐磨性与抗腐蚀性：综合优势显著

耐磨性：硬质合金球的耐磨性源于高硬度和化学稳定性。例如，在加工铝合金时，其寿命是高速钢球的10倍以上。

抗腐蚀性：对酸、碱等化学物质具有一定耐腐蚀性，含镍硬质合金在腐蚀性环境中表现更优。但需注意，WC在>600℃时易氧化，需通过涂层（如TiAlN）保护。

6. 热膨胀系数与密度：物理性能稳定

热膨胀系数：4-7×10⁻⁶/℃，较低的热膨胀率使其在温度变化时尺寸稳定性好，适用于精密加工。

密度：约14.85-15.5 g/cm³，高密度赋予其良好的导热性和抗振动性能。