齿轮是机械传动系统中的关键零件,需要进行渗碳处理来满足内韧外硬的要求,使其获得高的硬度和耐磨性。真空低压渗碳技术有效解决了普通气体渗碳技术的缺陷,具有渗层质量好、能耗低、清洁高效等特点,是一种真正意义上的环保绿色技术。为适应新能源汽车传动系统对齿轮耐磨性和抗疲劳性能提出的高要求,需对真空低压渗碳工艺进行优化研究,来提高齿轮服役寿命。在实际真空低压渗碳生产中,会通过经验分析进行多次渗碳实验来确定最佳工艺方案。但由于真空渗碳影响因素多,工艺过程复杂,且很少产生最佳方案,为工艺制定和优化带来困难。因此,有必要在真空渗碳技术中引入可控和可预测数值模拟,来精确地描述真空渗碳过程组织和性能变化,对真空渗碳工艺进行优化,进而代替昂贵、耗时的实验试错法,为真空渗碳工艺的优化提供科学的指导,为提高机械制造领域关键构件寿命提供理论依据。本文以新能源汽车高速传动系统齿轮典型样件材料20Mn Cr S5钢、20Cr Mn Ti钢和20Cr Mo钢为研究对象,采用模拟和实验相结合的方法,研究真空渗碳过程组织演变规律和性能,对真空渗碳工艺参数进行优化。本文主要研究工作如下:（1）对三种齿轮钢进行真空低压渗碳热处理实验,研究了不同工艺下碳含量-组织-性能关系,分析不同强渗时间和扩散时间工艺参数对由表及里碳含量分布、显微组织和硬度分布影响。（2）建立三种齿轮钢较为完善的热处理材料非线性参数数据库,基于温度-扩散-相变-应力耦合理论和不同尺度模拟方法建立多场多尺度模型,对真空渗碳过程进行数值模拟,来定量计算真空渗碳过程中碳浓度分布、组织演变和硬度分布,实现对齿轮钢真空低压渗碳过程的精确预测。将真空低压渗碳模拟结果与实验结果进行对比,吻合较好,验证了数值模拟的有效性,说明构建的真空渗碳热处理多场多尺度耦合模型是可靠的。（3）对20Mn Cr S5钢不同真空低压渗碳工艺进行数值模拟,深入探讨强渗时间和扩散时间两个工艺参数对工件渗碳后碳浓度的影响规律,对真空低压渗碳工艺参数进行优化。（4）建立20Mn Cr S5钢真空低压渗碳工艺-性能的非线性映射关系模型,利用真空低压渗碳过程不同工艺参数下的样本数据对模型进行训练和测试,并对模型的泛化能力进行验证。最终建立可视化真空低压渗碳神经网络优化工艺参数预测系统,并验证了所设计的预测系统的实用性,预测结果比较准确,为真空渗碳热处理实际生产工艺的改进开辟新的途径,具备一定的工程实际意义。