由于硬質合金是以金屬Co或Mo、Ni等為粘結相,以金屬碳化物(WC、TiC、TaC和NbC等)為硬質相的粉末冶金合金材料,與高速鋼相比,總體表現為強度、硬度和耐熱性均高,韌性低的特點。具體如下:
1)硬度。硬質合金由于含有大量的硬質點金屬碳化物,因此其硬度,特別是熱硬性比高速鋼要高,硬度越高,則耐磨性越好。硬質合金的硬度可達89~93HRA,遠高于高速鋼,在540℃時硬度仍可達82~89HRA。硬質合金的硬度與碳化物的性質、數量、粒度和金粘結相的含量有關,一般隨著粘結相金屬含量的增多,硬度降低。在粘結相金屬含量一定的情況下,由于TiC的硬度高于WC的硬度因此YT類硬質合金的硬度高于YG類硬質合金。而添加了稀有金屬碳化物的YW類硬質合金不僅可提高硬度,且可提高高溫硬度。一般加入TaC的硬質合金硬度可提高40~100HV,而加入NbC硬度可提高70~150HV。
2)強度。硬質合金的抗彎強度只相當于高速鋼材料抗彎強度的1/3~1/2。硬質合金中Co含量越多,則合金的強度越高。含有TiC的合金比不含TiC的合金強度低,TiC的含量越多,則合金的強度越低。在鎢鈷鈦類硬質合金中,添加TaC可提高抗彎強度。TaC的加入還可顯著提高切削刃強度,增加TaC的含量可加強切削刃的抗碎裂和抗破損能力。一般合金中TaC的含量增加,疲勞強度也會增加。另外,硬質合金的抗壓強度比高速鋼材料高30%~50%。
3)韌性。硬質合金的韌性比高速鋼低得多。含TiC合金的韌性比不含TiC的合金低,且TiC的含量增加,則韌性下降。添加適量TaC,在保證合金耐熱性和耐磨性的同時,能使合金的韌性提高約10%。由于硬質合金的韌性比高速鋼低,因此其不宜在強烈沖擊和振動的情況下使用,特別是低速切削時,粘結和崩刃現象更為嚴重。
4)熱物理性能。硬質合金的導熱性能優于高速鋼,為高速鋼的2~3倍。由于TiC的熱導率低于WC,因此YT類硬質合金的導熱性低于YG類合金,合金中TiC的含量越高,則導熱性越低。
5)耐熱性。硬質合金的耐熱性比高速鋼高得多,在800~1000℃時尚能進行切削。同時在高溫下有良好的抗塑性變形能力。在硬質合金中添加TiC可提高其高溫硬度。TiC的軟化溫度高于WC,因此YT類合金的硬度隨著溫度的上升而下降的幅度較YG類合金慢。TiC含量越多,含Co越少,則其下降幅度也越小。由于TaC的軟化溫度比TiC高,因此,在硬質合金中添加TaC和NbC可提高合金的高溫硬度。
6)抗粘結性。硬質合金的粘結溫度高于高速鋼,因而有較高的抗粘結磨損能力。硬質合金中鈷與鋼的粘結溫度大大低于WC與鋼的粘結溫度。當合金中鈷含量增加時,粘結溫度下降。TiC的粘結溫度高于WC的,因此YT類合金的粘結溫度高于YG類合金(大約高100℃)。用含有TiC的合金刀具切削時,在高溫下形成TiO2可以減輕粘結效應。TaC和NbC與鋼的粘結溫度比TiC高,因此添加TaC和NbC的合金有更高的抗粘結能力。硬質合金成分中,不同碳化物與工件材料的親和能力不同,TaC與工件材料的親和能力是WC的幾分之一到幾十分之一。
7)化學穩定性。硬質合金的耐磨性與其工作溫度下合金的物理及化學穩定性有密切的關系。硬質合金的氧化溫度高于高速鋼的氧化溫度。TiC的氧化溫度遠遠高于WC的氧化溫度。因此高溫下,YT類硬質合金的氧化增量低于YG類硬質合金,且TiC的含量越多,抗氧化能力也越強。TaC的氧化溫度也高于WC,合金中含有TaC和NbC時也會提高其抗高溫氧化能力。硬質合金中Co的含量增加時,氧化會更容易。
8)合金晶粒度。晶粒度的細化,可提高硬質合金的硬度和耐磨性。