Cryogenic treatment and PVD coatings to augment wear resistance of tool steels

The influence of deep cryogenic treatment and PVD coatings on the wear resistance and toughness of D2, S7, H13 and M4 tool steels were studied. Three different PVD coatings were applied after heat treatment: AlCrN, TiAlN, TiCrN. In order to research the wear resistance, the ball-on-disk tribological test was used per ASTM G-99; material toughness was evaluated through the Charpy-V test. Wear scars were examined through optical microscopy to calculate the volume loss. It is found that cryogenic treatment improved wear resistance and toughness up to 63% and 12% respectively. The material with the best combination of wear resistance properties and toughness was S7 with cryogenic treatment and TiAlN coating.

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu obróbki kriogenicznej i powłok PVD na odporność na ścieranie oraz udarność stali narzędziowych D2, S7, H13 i M4. Zastosowano trzy różne powłoki PVD: AlCrN, TiAlN, TiCrN, które wcześniej poddano obróbce cieplnej. W celu zbadania odporności na zużycie przeprowadzono badania z użyciem testera kula-tarcza zgodnie z wymogami normy ASTM G-99. Udarność została oceniona z wykorzystaniem młota Charpy’ego. Zużycie objętościowe zostało zmierzone za pomocą mikroskopu optycznego. Stwierdzono, że obróbka kriogeniczna polepszyła odporność na ścieranie o 63%, a udarność o 12%. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że materiałem o najlepszych właściwościach na ścieranie i udarność jest stal narzędziowa S7 poddana obróbce kriogenicznej i pokryta powłoką TiAlN.