齿轮传动是现代机械中应用最广泛的一种传动方式，在汽车底盘的机械式传动系统中，变速器、减速器、差速器等机构常用齿轮传动作为基本传动方式。汽车在行驶过程中，路况不断变化，工况复杂。因此，汽车齿轮在传动过程中易受到频繁的冲击且受力较大，齿轮性能的好坏对齿轮传动有较大影响。目前，汽车齿轮常用20CrMnTi、22CrMnMo、20CrMnMoH、20CrMoH等材料制造，若能对材料的基本特性，如相变规律、热物理及物理性能、凝固特性、机械性能等方面有一定了解，就可以为选择更合适的材料或指定材料加工工艺进行指导。一般对材料性能进行研究时，会采用试验的方法，当所需参数不确定时，大量试验会造成研究时间的浪费及试验成本的增加。因此，采用现有材料分析软件，如JMatPro，可在初步探究材料基本性能时提供理论指导，避免上述资源的浪费。

1.相变基本理论

钢在常温下是固态的，内部原始的金相微观组织也不同，常见的金相组织有奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体、贝氏体、马氏体、魏氏组织、莱氏体等八种。钢进行热处理时，需要将其加热到共析温度以上，钢件在常温下内部的金相组织会因温度升高逐渐部分或全部转变为奥氏体，此为钢的奥氏体化。钢加热后进行冷却时，冷却介质、冷却时间、冷却温度等冷却条件不同时，奥氏体会转变成不同组织。最终，通过热处理便可得到不同微观组织、不同性能的钢件。但钢件在奥氏体化的过程中，若加热时间、加热温度不同，奥氏体成分均匀性及其晶粒大小均会受到影响，冷却后的钢件性能也会有很大不同。

综上可知，过冷奥氏体在向其他相转变时，冷却温度和时间等参数会影响不同相的转变程度。因此，可以采用冷奥氏体转变动力学曲线来表征不同参数之间的关系。相变动力学曲线有TTT曲线和CCT曲线，即过冷奥氏体等温转变曲线和过冷奥氏体连续冷却转变曲线。

2.JMatPro软件介绍

JMatPro是一款计算金属材料相图和模拟材料性能的软件。利用此软件，可对金属材料的多相平衡及其多种性能进行分析和计算，其中包括：稳态和亚稳态的相平衡计算、凝固性能计算、热物理及物理性能计算、机械性能计算、相转变等。JMatPro有多个材料模块，输入材料成分及基本参数后，便可以对多种材料进行分析，如钢铁、铝合金、镁合金、钛合金、锆合镍基超合金、焊料合金等。目前，合金材料在工业上的应用日益增多，由于该软件可预测材料的各项性能，在实际的研究过程中，可通过模拟计算的方式节省材料的试验过程、费用及项目的研究时间。因此，基于JMatPro软件对汽车齿轮常用材料进行研究，可为未来制定齿轮的热处理工艺、提高其各项性能提供理论支撑。

3. 相变动力学曲线计算

选用汽车齿轮常用材料中的20CrMnTi，利用JMatPro软件计算其CCT曲线和TTT曲线。材料的化学成分如表1所示。选择JMatPro软件中通用钢中的TTT/CCT模块，输入晶粒度为9，冷却温度为870℃，可计算出材料的CCT曲线和TTT曲线，如图1和图2所示。

表1 20CrMnTi化学成分表

图1  20CrMnTi的CCT曲线                图2  20CrMnTi的TTT曲线

由 20CrMnTi的CCT曲线和TTT曲线可知，当晶粒度为9，在870℃进行冷却直至冷却结束时，20CrMnTi的过冷奥氏体组织会转变为铁素体、珠光体、贝氏体及马氏体。铁素体、珠光体、贝氏体开始形成的温度分别在869.8℃、726.4℃和621.2℃，马氏体开始形成的温度在474.2℃，在442.5℃和368.9℃时，分别形成50％和90％以上的马氏体。

4.总结

本文选用了汽车齿轮常用的20CrMnTi材料，基于JMatPro软件，对其在晶粒度为9、冷却温度为870℃时的CCT曲线和TTT曲线进行了计算与研究，初步探究了材料在冷却过程中、不同温度下形成的微观组织，用此种方法，可计算出其他材料在不同晶粒度、不同冷却条件下的相变曲线，了解材料在冷却过程中的相转变过程。同时，也可基于JMatPro软件的其他模块，对齿轮材料的其他性能进行分析和探究，为制定齿轮的热加工及热处理工艺、提高其使用性能提供参考。