滚丝轮是外螺纹冷滚压加工的重要刀具,在螺纹紧固件的制造中被广泛使用。随着航空、航天、化工等制造行业的发展,对螺纹紧固件的综合力学性能提出了更高要求,钛合金、高温合金等难加工材料越来越多的被应用到螺纹紧固件的制造中,这些材料的显著特点是比强度高、加工硬化倾向大,在滚压中将使滚丝轮将承受极大的挤压力和弯矩,传统滚丝轮材料在面对如此恶劣的工况时易发生提前失效。S390粉末冶金高速钢作为一种具有更高硬度和强度的高碳高合金钢,由热等静压方法制备,有效改善了碳化物偏聚和组织均匀性,是制备高性能滚丝轮的良好材料。本文对滚丝轮的滚压过程进行了二维简化建模,利用MARC模拟软件对其服役过程中的齿面的受力特点进行了数值模拟分析,并结合失效分析结果,找到了齿面裂纹萌生的位置。对比了两种服役后失效滚丝轮的断裂特征。结果表明：滚丝轮刀具在冷滚压加工的过程中因齿底产生应力集中效应,导致齿根处发生开裂并沿齿底表面形成贯穿裂纹,裂纹向芯部逐步扩展,呈现出疲劳扩展的特点,当裂纹扩展至一定程度后失稳扩展造成端面局部剥落。在对滚齿面形貌的观察中发现,齿面存在机加工后留下的痕迹、划伤留下的沟壑、碳化物剥落坑等,这些缺陷可能成为裂纹萌生的源头。系统研究了S390粉末冶金高速钢组织性能,并选择三种典型的高性能滚丝轮作为对比材料,从材料的成份、组织、硬度、冲击韧性、抗弯强度等方面进行对比分析,详细分析了S390粉末高速钢作为滚丝轮材料的优势。研究表明,S390材料的组织中晶粒尺寸细小、碳化物形态分布好、力学性能优异,具有较高的硬度、冲击韧性、抗弯强度和耐磨性,是制作滚丝轮刀具的优良材料。在高速钢的热处理工艺中加入深冷处理技术,进一步优化材料的微观组织,同时改善材料的综合力学性能。本文研究了深冷处理与热处理的顺序(回火前深冷、回火后深冷)及深冷方式(循环深冷和单次深冷)对S390粉末高速钢微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,在淬火和回火之间加入深冷处理可以优化一次碳化物形状,析出细小碳化物,显著提高材料的力学性能。采用循环深冷方式可以获得更好的晶粒细化效果。探讨了深冷处理后的最佳回火温度,并分析了深冷处理材料二次硬化及耐磨性。