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本文以新一代国产轴承钢G13Cr4Mo4Ni4V钢的真空渗碳和淬火工艺为研究对象,建立了G13Cr4Mo4Ni4V钢真空渗碳和淬火加热过程的碳浓度分布计算模型,并利用实验对计算模型的准确性进行了验证,为G13Cr4Mo4Ni4V钢真空渗碳和淬火工艺的制定提供了理论依据。设计了G13Cr4Mo4Ni4V钢真空渗碳短时强渗试验,并利用辉光放电光谱仪对样品的碳浓度分布进行了测试。通过拟合850℃、890℃、920℃、960℃分别强渗60s和120s样品的碳浓度分布,得到了G13Cr4Mo4Ni4V钢中的碳原子在850℃、890℃、920℃和960℃时的扩散系数分别为6.39×10-12m2/s、11.03×10-12m2/s、17.19×10-12m2/s和27.37×10-12m2/s。利用碳原子在850℃、890℃、920℃和960℃下的扩散系数拟合Arrhenius方程,得到了碳原子在G13Cr4Mo4Ni4V钢中的扩散常数为8.96×10-5m2/s,扩散激活能为153.675kJ/mol,并从热力学的角度分析了G13Cr4Mo4Ni4V钢中的合金元素对扩散激活能的影响。利用Arrhenius方程拟合曲线结合热力学计算分析了碳原子在G13Cr4Mo4Ni4V钢中的扩散机制,分析结果表明在8501200℃温度范围内,碳原子在G13Cr4Mo4Ni4V钢中的奥氏体中进行扩散,并且碳原子在8501200℃温度范围内的扩散系数均可通过拟合得到的Arrhenius方程计算得出。使用Crank-Nicolson有限差分格式对扩散方程进行数值求解,并将其转化为了矩阵形式以便于利用Matlab软件进行计算。通过比较第二类边界条件的扩散方程和两段式扩散方程的解析解与Crank-Nicolson有限差分数值解,证明了Crank-Nicolson格式对求解扩散方程具有很高的精度。使用富化率的概念建立了真空渗碳碳浓度分布计算模型的边界条件,并通过实验测得了G13Cr4Mo4Ni4V钢在960℃真空渗碳时的富化率为24.5mg/（h·cm2）。利用实验对真空渗碳碳浓度分布计算模型进行了验证,计算结果与实验结果偏差较小,模型的准确性较高。建立了真空渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢在后续淬火过程中的碳浓度分布计算模型,利用该模型实现了既可以由真空渗碳处理后的碳浓度分布正向推导淬火后的碳浓度分布,也可以由淬火后的碳浓度分布反向推导真空渗碳处理后的碳浓度分布,并利用实验分别进行了验证,结果表明计算结果与实验结果的偏差均较小。利用Thermo-Calc软件对G13Cr4Mo4Ni4V钢在真空渗碳和淬火过程中的碳化物析出与溶解情况进行了计算,建立了碳含量与碳化物的种类及含量的关系。同时研究了真空渗碳淬火处理后G13Cr4Mo4Ni4V钢的碳含量与硬度的关系,结果表明二者大致呈线性关系,并给出了碳含量与硬度的函数关系式。