调质热处理是指钢件经淬火后进行高温回火的复合工艺,主要作为中碳钢或中碳合金钢的的预备或最终热处理。等温正火是在普通正火工艺上增加等温阶段,具有金相组织更均匀,变形更小的优点。目前主要广泛应用于汽车变速器齿轮、轴的预备热处理或要求不高的最终热处理。45钢具有工艺成熟、价格低等优点,在机械行业应用广泛。但45钢调质热处理有周期长、切削加工性不好、成本高等不足。某汽车零部件企业生产的汽车变速器二轴输出法兰,45钢调质热处理,存在热处理周期长、刀具寿命短、感应淬火内孔变形大等问题,导致生产成本过高。本文拟采用周期更短、成本更低的等温正火工艺代替调质工艺,实现企业提高效率、降低成本的目标,并为类似产品提供参考。首先,阐述了固态金属相变相关理论,并通过JMatPro分析软件得到45钢材料的热处理相变、CCT/TTT等参数要求。分析了瞬态温度场的控制方程以及计算得到第三类边界条件下试棒零维温度场的分析解。而后,通过ANSYS瞬态温度场仿真分析,得到试棒等温正火及调质的热处理工艺仿真曲线,与试棒等温正火分析解进行对比分析,两者最大相差2.63%。同时仿真得到法兰等温正火及调质的热处理工艺模拟曲线,结果表明等温正火比调质工艺可减少38.97%工艺时间。其次,通过实验验证等温正火及调质热处理仿真工艺,进行了硬度、金相组织检验、单向拉伸试验。通过车削、磨削、钻孔实验对比分析热处理对法兰加工表面质量以及刀具寿命的影响。对法兰感应淬火工艺进行对比实验并优化,通过调整感应加热器与法兰之间的间隙,降低了淬硬层深度从而减小法兰内孔的变形。实验结果表明:(1)法兰等温正火后切削表面质量满足要求,而钻头刀具寿命是调质热处理的1.6倍。(2)当感应加热器与法兰之间的间隙由4.00mm增加到5.00mm时,淬硬层深度由2.50mm降低至1.75mm,而内孔变形由0.036mm减小至0.016mm,满足工艺要求。并通过MATLAB拟合得到淬硬层深度的三次多项式,可实现淬硬层深度的预测。最后,对等温正火热处理的法兰成品进行强度分析,对法兰整体强度、内花键压应力、弯曲应力、齿根最大剪切应力及对应的安全系数进行理论分析计算,并根据现有外花键齿根最大切应力计算公式,推导出内花键最大切应力计算公式。基于Archard磨损理论对法兰与油封配合的表面磨损量进行了理论计算,得到各档位下法兰表面磨损量的计算公式。随后对法兰进行了静力学仿真及耐久试验台架试验。结果表明各项应力及安全系数的理论计算值及仿真结果最大偏差7.89%,均满足要求。