为了适应高铁轴承套圈服役性能的要求,普遍对其表层进行渗碳热处理。国内高铁轴承套圈的渗碳热处理工艺与国外先进工艺存在差距,套圈的服役寿命短而且工艺稳定差,需要结合特定的套圈材料对渗碳工艺进行优化研究。本文重点开展特定轴承套圈材料及性能测试,建立套圈渗碳热处理分析的本构方程,并通过模拟与试验相结合的方法,开展了渗碳热处理工艺的研究,探讨了渗碳温度、碳浓度以及渗碳时间对热处理结果的影响规律,为渗碳热处理的工艺参数改进提供科学依据。论文取得的主要成果如下:通过测试确定了日本NSK公司的R70型轴承套圈的材料化学成分、碳含量、显微组织与硬度。轴承套圈材料为G20Cr Ni2Mo A轴承钢。开展了G20Cr Ni2Mo A轴承钢的本构关系研究,构建了渗碳仿真模型;并通过对渗碳热处理试棒的试验研究,证明了仿真模型的有效性。深入探讨了渗碳温度、碳浓度以及渗碳时间三个工艺参数对热处理结果的影响规律。结果表明,随着渗碳温度升高,轴承套圈渗碳表层的含碳量增加,渗碳层深度增大,渗碳过程变快,表面硬度增大,渗碳层从表面至心部的碳含量与硬度梯度均趋于平缓;随着渗碳环境中碳浓度升高,轴承套圈渗碳表层的含碳量增加,渗碳层深度增大,渗碳过程先变快后变慢,表面硬度增大,渗碳层从表面至心部的碳含量与硬度梯度均变陡;随着渗碳时间升高,轴承套圈渗碳表层的含碳量增加,渗碳层深度增大,渗碳过程速度不变,表面硬度增大,渗碳层从表面至心部的碳含量与硬度梯度均趋于平缓。依据上述影响规律,对轴承套圈的热处理工艺进行了调整,在热处理生产效率提高的同时,得到的热处理结果也更为理想。综上所述,本文构建的渗碳热处理工艺仿真手段能够为渗碳热处理工艺的改进提供科学的指导和技术的支持,结合仿真结果提出的渗碳热处理工艺改进方案具有可行性,具备一定的工程应用价值。