发动机齿轮作为特殊服役环境下的构件,在性能上需要不断满足更高的要求,而性能与表面状态有着密不可分的关系。16Cr3NiWMoVNiE作为一种具有良好强热性能的材料,在发动机齿轮上有着关键的作用,能承受巨大的载荷和适应严苛的服役环境,但齿轮失效的情况时有发生,如因碳含量过高导致磨削后发生开裂,碳浓度过低导致表面硬度较低耐磨性不足而引起齿的断裂等失效,磨削后工件表面出现裂纹和磨削烧伤等。在齿轮表面强化工艺中,渗碳和磨削工艺对齿轮表面性能影响较大。为进一步了解渗碳和磨削对材料表面组织和性能的影响,以齿轮材料16Cr3NiWMoVNiE为研究对象,以送检齿轮作对比,分别展开渗碳热处理试验和磨削处理试验,并讨论不同工艺参数对材料16Cr3NiWMoVNiE表面组织和性能的影响。为提高试验效率,在渗碳工艺上选用仿真渗碳,为讨论不同表面碳含量下磨削工艺对表面性能的影响,采用固体渗碳的方式进行试样制备。本文首先对齿轮钢材料进行渗碳仿真试验,探究不同碳势、渗碳温度和淬火温度对材料表面碳浓度分布和显微硬度的影响,然后进行固体渗碳试验,对渗碳处理后的试样进行显微组织分析、显微硬度及渗层深度分析,并对渗碳试样进行三因素三水平的正交磨削实验,对经磨削后的试样进行表面形貌、表面粗糙度、表面磨削烧伤等检测,通过正交分析,讨论不同磨削工艺参数对材料表面组织和性能的影响,综合确定较为合适的磨削工艺。主要研究内容如下:（1）通过渗碳仿真试验得到随着碳势和渗碳温度的增加,材料表面碳含量和渗层深度逐渐增加,淬火温度对渗碳结果影响不大,将仿真结果与齿轮硬度分布进行对比表明仿真实验具有可靠性。通过固体渗碳试验得到随着渗碳温度增高和时间的增多,材料表面碳化物等级逐渐增大,表面渗碳层分布逐渐加厚,通过将送检齿轮的显微组织与之进行对比分析,发现从表层到心部的组织区均由碳化物区、碳化物和马氏体混合区以及基体马氏体区组成;（2）对固体渗碳制备的渗碳试样进行磨削处理发现,当碳化物含量较小时,磨削后会产生个别局部长裂纹,随着碳含量增大,裂纹逐渐由较少长裂纹变为较多短裂纹,根据裂纹数量将裂纹情况定量化分析,发现碳化物较少时,影响裂纹情况的磨削参数是进给速度,碳化物较多时是砂轮转速。对表面粗糙度情况进行表征,发现在Ⅱ碳化物条件下粗糙度波动最小,在Ⅲ碳化物条件下波动最大且最粗糙,通过分析得到进给速度对表面粗糙度影响最大,且在（4）和（5）磨削工艺下粗糙度值最小;（3）整体上看,表面碳化物越多,出现的磨削烧伤面积占比越大,对磨削烧伤面积进行分析可知砂轮转速越大,磨削烧伤越严重。综合实验结果,为得到较小的粗糙度和较少的磨削烧伤面积,可知（4）和（5）两磨削工艺为最优工艺。