脆性是高速钢软氮化处理后工件出现的最常见失效形式之一,成为困惑业界并且至今仍未完全解决的世界性难题。深入地研究和探索高速钢氮化脆性的机理,从而解决高速钢氮化脆性问题,不仅具有重要的学术价值,还可为企业生产控制成本,降低废品率,提高经济效益。本文基于软氮化工艺的理论和原理,利用显微硬度计、金相显微镜、X射线衍射仪、X射线应力测定仪、电子探针分析仪、透射电镜等测试手段研究了高速钢软氮化后渗层的硬度梯度和厚度、显微组织、相结构、背散射电子像及渗层的残余应力等;深入探讨了M2高速钢软氮化中氮原子扩散过程和脆性产生的机理;在此基础上,对通用高速工具钢M2的软氮化工艺进行了研究分析并给予改进,抑制了氮化脆性,取得了良好的效果。同时探讨了自行研发的新型低成本GDL4高速钢替代M2钢的可能性。根据理论分析和试验结果表明:(1)合理控制高速钢软氮化工艺参数,找到适当的温度、时间、氨气流量、氮气流量配比,可大幅改善高速钢的氮化脆性,从而找到合适的生产路线,大幅降低了废品率;(2)软氮化后渗层的碳氮化物X-射线衍射峰积分强度检测为研究高速钢软氮化的脆性问题提供一条新的途径;(3)软氮化过程中,氮元素与合金元素的结合顺序为Cr、Mo、W、V;(4)渗层中的脉状组织由于主要成分为铁的氮碳化合物,合金元素W、Mo、V、Cr相对较少,导致了渗层碳氮化物的相及其组织、硬度的不连续分布,使渗层容易产生应力集中,产生脆性,而脉状氮碳化合物的形成能阻碍氮碳元素的继续扩散,并产生积累效应,是脉状组织形成的重要原因;(5)找到了GDL4的合理的软氮化工艺,有关的生产工艺难点及相关技术瓶颈已基本克服,以GDL4替代M2在空调机滑片领域的应用已获得重大进展。