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渗碳热处理变形过大和疲劳性能不足是齿轮生产和使用中常见的问题,二者与齿轮所用材料密切相关。本文通过研究常用齿轮钢20Cr2Ni4A、20CrMoH、22CrMoH、以及微合金化齿轮钢20CrMoNbH等的渗碳热处理变形以及疲劳性能,研究齿轮钢的材料特征对其渗碳热处理变形和疲劳性能的影响规律。利用C形缺口试样,研究了重载齿轮钢20Cr2Ni4A的渗碳热处理变形,并与新型渗碳齿轮钢15Cr2MnNiMoV(编号C2钢)渗碳空冷、油冷和水冷后的变形进行对比。结果发现,新型齿轮钢C2的渗碳热处理变形低于20Cr2Ni4A钢。试验钢渗碳热处理试样的变形率与其心部硬度基本成线性关系,即心部硬度越高,变形率越大。研究发现,由于细小的Nb(C,N)析出相在奥氏体晶界起钉扎作用,Nb-B微合金化渗碳齿轮钢的原奥氏体晶粒平均尺寸明显细于20CrMoH钢和22CrMoH钢。20CrMoH、22CrMoH以及Nb-B微合金化齿轮钢的渗碳热处理变形结果表明,B微合金化使20CrMoH钢和22CrMoH钢的淬透性提高,理想淬透直径DI值增大,渗碳热处理变形率增加；Nb微合金化细化晶粒,细晶粒齿轮钢的渗碳热处理变形相对较小；Nb-B微合金化可实现淬透性提高而渗碳热处理变形不显著增加。利用旋转弯曲疲劳试验方法,研究了20Cr2Ni4A钢和C2钢渗碳试样的弯曲疲劳性能。结果发现,新型齿轮钢C2的弯曲疲劳极限为925MPa,明显高于20Cr2Ni4A钢的865MPa。研究表明,C2的高疲劳极限主要是由于其渗碳后表面硬度高、渗层深,此外由于C2钢渗碳热处理变形小,疲劳试样加工后渗碳层厚度均匀。20CrMoH和20CrMoNbH齿轮钢疲劳性能研究结果表明,20CrMoNbH钢渗碳试样的疲劳强度极限值为1085MPa,高于20CrMoH钢的995MPa。疲劳试样断口观察发现,疲劳裂纹起源于渗碳层,并沿原奥氏体晶界扩展,细化渗碳层晶粒有利于提高疲劳裂纹扩展阻力,因此改善疲劳性能。