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齿轮钢通常采用渗碳淬火热处理工艺以获得良好的外硬内韧的综合力学性能,该工艺已在机械制造、汽车和航空航天等多个重要领域得到广泛应用。在工业4.0技术和智能制造引领制造业的背景下,随着计算机数值计算方法的引入和快速发展,热处理的数值模拟大大的提高了人们对热处理过程的控制能力和理解水平。而数值模拟的精确度不仅要以先进的基础理论、正确的数学模型和高效的数值计算方法为支撑,材料参数的准确度和完整性也无疑起着关键作用。因此,本文在考虑碳含量对渗碳淬火钢的材料参数影响的基础上,制备了不同渗层深处碳含量的18CrNiMo7-6试样,采用光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜、热模拟试验以及力学性能测试等方法,测量并建立了18CrNiMo7-6渗碳钢在不同碳含量下的的力学性能和相变动力学参数的数据库;同时,采用DEFORM-HT软件对渗碳以及淬火工艺进行数值模拟,并对渗碳淬火样品的碳梯度、组织场、残余应力场和硬度场进行了实验验证;最后,基于混合相硬度的加权平均计算方法,提出了残余奥氏体的硬度模型。主要工作如下:（1）建立了18CrNiMo7-6合金钢渗碳过程中温度场和渗碳场的有限元计算模型。通过加热膨胀曲线,获得了不同碳含量下温度场的奥氏体化参数(Ac1和Ac3)。对比了两组扩散系数模型对18CrNiMo7-6合金钢的渗碳工艺数值模拟准确度的影响,第一组为考虑温度和含碳量的函数D（T,C）,第二组为考虑温度、合金元素和含碳量的函数D（T,M,C）。采用机械剥层法对三种不同渗层深度（1mm、2mm和4mm）试样的碳含量沿深度的分布进行实验测量。将实验数据和仿真结果进行对比,分析两组扩散系数模型对渗碳仿真精度的影响。（2）测定了渗碳后的18CrNiMo7-6合金钢在淬火数值模拟时所需的材料参数。为考虑碳原子对材料参数的影响,采用固体渗碳、真空扩散和深冷处理工艺制备了不同碳含量的马氏体组织试样。使用DIL805D/A/T膨胀仪进行膨胀实验,得到了马氏体转变数学模型（K-M公式）的参数、热应力和组织应力参数;通过拉伸试验得到了不同组织（奥氏体和马氏体）在不同温度下的力学性能参数（弹性模量、塑性模量和屈服应力）,建立起了材料参数与温度、组织和应力间的函数关系。（3）建立了18CrNiMo7-6渗碳钢在淬火过程中温度场-组织场-应力场耦合的有限元计算模型。通过剥层法对2mm渗层深度试样经渗碳油淬工艺后的硬度、残余奥氏体体积分数和残余应力沿深度的分布进行实验测量。利用DEFORM-HT软件对18CrNiMo7-6渗碳钢在油淬工艺过程中温度场、组织场、硬度场和残余应力场的演变进行了模拟和预测。将仿真结果与实验结果进行对比,分析淬火仿真的精度。最后,根据实验测量的硬度、碳含量和残余奥氏体体积分数,采用混合相硬度的加权平均计算方法,修正并提出了残余奥氏体硬度与碳含量关系（碳含量高于0.6%时）的经验公式。