气缸套是柴油机中的重要零部件之一，承受高温、高压的冲击和活塞环的往复摩擦，工作环境恶劣，磨损较快且易产生拉缸现象；尤其随着柴油机功率密度和转速的提升，对气缸套的耐磨性和强度有了更高的要求。表面渗氮可以有效提高气缸套的耐磨性、耐腐蚀性，耐疲劳性等。本文围绕气缸套用灰铸铁的气体渗氮展开研究，研究从气体渗氮工艺参数对渗氮层氮浓度的影响和气体渗氮保温对气缸套心部微观组织和力学性能的影响两方面出发。主要目的在于提出一个确定气缸套用灰铸铁气体渗氮工艺路线的分析方法和依据，使气缸套经气体渗氮后获得所需要的渗氮层氮浓度场和良好的心部机械性能。论文的主要研究内容和结论为：（1）考虑氮势门槛值对渗氮过程的影响，基于质传递和质扩散机理，提出了一个气体渗氮过程的数学模型，采用有限差分法对该数学模型进行了数值求解，并在MATLAB中编写程序实现该数值计算过程。（2）展开了气缸套气体渗氮试验研究，将数值模拟结果与试验结果作对比，验证了上述数值模拟方法的正确性；之后用该方法研究了渗氮工艺参数如温度、渗氮时间、氮势对渗氮层厚度、氮浓度分布的影响。结果表明，渗氮层厚度随温度的升高和时间的增长均显著增加，而表面氮浓度随温度的升高而降低；氮势对渗氮层厚度几乎没有影响，但对表面氮浓度和化合层成分有显著影响。（3）为使渗氮保温后会铸铁气缸套心部仍具备优良的力学性能，在贝氏体基体灰铸铁中添加了Nb、V、Ti微量合金元素，制备了NbVTi合金灰铸铁；并利用扫描电镜（SEM）和力学性能测试研究了该灰铸铁在不同气体渗氮保温温度下的微观组织和力学性能的演变。结果表明，随着保温时间的增长或温度的升高，NbVTi合金灰铸铁的贝氏体基体组织发生粗化；拉伸断口呈现准解理断裂特征，并随保温时间或温度的增加出现了一定程度的韧性断裂特征，塑韧性得到改善；随保温时间或温度的增加，NbVTi合金灰铸铁的抗拉强度和布氏硬度呈下降趋势，但是，热处理后的抗拉强度和布氏硬度与普通贝氏体基体灰铸铁相比有较大提高。总之，本文研究了气体渗氮工艺对气缸套用灰铸铁表面渗氮层氮浓度和心部组织和性能的影响，为选择气缸套材料以及制定其气体渗氮工艺提供了分析方法和依据。