超飽和滲碳是當(dāng)氣氛碳勢(shì)高于門(mén)檻值時(shí)的一種滲碳工藝，其目的是在滲碳層中形成大量彌散分布的粒狀碳化物，并獲得高于常規(guī)滲碳的表層碳濃度，使零件表面在獲得高硬度、高耐磨性、良好的耐疲勞性能和抗咬合性能的同時(shí)韌性不下降。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外材料科學(xué)工作者積極開(kāi)展了超飽和滲碳技術(shù)的研究。要實(shí)現(xiàn)超飽和滲碳，可從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。一是采用合金化手段，添加與碳親和力強(qiáng)、能夠形成穩(wěn)定化合物的合金元素，如鉻、鉬等，研發(fā)新型超飽和滲碳專用鋼；二是仍使用常規(guī)滲碳鋼，但須改進(jìn)滲碳工藝規(guī)范，研發(fā)新型超飽和滲碳工藝。

20CrMnTi作為一種常規(guī)滲碳鋼，多用于制造截面尺寸小于30mm的中載或重載齒輪軸、齒輪和齒圈等，應(yīng)用十分廣泛。目前，機(jī)械設(shè)備日趨向著輕、薄、短小化發(fā)展，這就強(qiáng)烈要求機(jī)械零件具有更高的力學(xué)性能和可靠性，常規(guī)滲碳雖然也能使其獲得高濃度的滲碳層，卻很難控制碳化物的形態(tài)，表面含碳量越高，出現(xiàn)角狀甚至網(wǎng)狀碳化物的可能性就越大，使其力學(xué)性能極易惡化。為了克服常規(guī)滲碳工藝的缺點(diǎn)，挖掘材料的潛力，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的小型化、高性能化，對(duì)20CrMnTi鋼超飽和滲碳工藝進(jìn)行了有益的探討，期望為其工程實(shí)際應(yīng)用提供可靠的參考數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)用20CrMnTi鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：0.19C，0.96Mn，1.22Cr，0.29Si，0.087Ti，≤0.04S，≤0.04P；其臨界點(diǎn)溫度分別為：Ac1＝760℃，Ac3＝840℃，Ar1=665℃，Ar3=775℃，Ms=374℃。

20CrMnTi鋼經(jīng)880℃正火后，加工成準(zhǔn)8mm×10mm圓柱試樣和ML-10型磨料磨損試驗(yàn)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)試樣。采用RM3-45-9D滴控箱式氣體滲碳爐進(jìn)行滲碳，RM3-45-9D滴控箱式氣體滲碳爐為雙室結(jié)構(gòu)試驗(yàn)爐，前室有冷卻裝置；以甲醇和煤油混合液為滴注液，混合比例為2.3∶1；碳勢(shì)、溫度由WSB-3碳勢(shì)、溫度智能控制系統(tǒng)和DH-7氧探頭測(cè)定、控制。同時(shí)采用純鐵箔片分析定碳法對(duì)爐內(nèi)碳勢(shì)進(jìn)行校核。超飽和滲碳及常規(guī)滲碳工藝如下圖所示。熱循環(huán)階段，試樣由加熱室拉出到前室，油冷至室溫，再進(jìn)入加熱室加熱，如此完成一個(gè)循環(huán)。

20CrMnTi鋼經(jīng)采用830℃預(yù)滲碳+兩次循環(huán)滲碳淬火+低溫回火工藝，實(shí)現(xiàn)了超飽和滲碳，可使20CrMnTi鋼獲得由回火馬氏體、少量殘余奧氏體和大量彌散分布的粒狀碳化物構(gòu)成的超飽和滲碳層。其表面硬度可達(dá)1057HV0.1，是常規(guī)滲碳層硬度的1.13倍；耐磨性也比常規(guī)滲碳層提高了20%。有效提高了其力學(xué)性能，為機(jī)械設(shè)備的小型化、高性能化提供了可能。

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