20CrMnTi钢作为一种低合金钢,常用于制造承受高速重载及冲击、摩擦的齿轮、轴类、活塞类等零件。为了满足零件外硬内韧的使用性能要求,必须对20CrMnTi钢进行渗碳、渗硼等表面处理。本文对20CrMnTi钢进行了固体粉末渗碳、硼和复合渗表面改性处理,通过实验研究和EET理论计算分析,研究了20CrMnTi钢渗碳、渗硼表面改性强韧化的微观机制。实验研究表明,在900℃⁹60℃下渗碳,渗层基体均为针状回火马氏体;渗碳温度较低时,渗层中没有渗碳体形成;经930℃′8h渗碳,渗层中出现粒状渗碳体;经960℃′8h渗碳,渗碳体已经呈断续网状;渗碳时间较短时,渗层中没有渗碳体形成;经930℃′6h渗碳,出现颗粒状渗碳体;经930℃′10h渗碳,渗碳体呈断续网状。在870℃⁹60℃下渗硼6h,在20CrMnTi表面形成硼化物层;经930℃′6h渗硼,硼化物层外侧出现FeB相;随着渗硼温度升高和时间的延长,硼化层逐渐增厚。在900℃⁹60℃下渗碳4h¹0h,渗层硬度由表及里逐渐降低;随着渗碳温度的升高和时间的延长,渗层硬度梯度逐渐减小。在870℃⁹60℃下渗硼4h¹0h,渗层硬度由表及里先升高后降低,出现峰值;渗硼温度越高,时间越长,渗硼层硬度越大。理论计算分析表明,20CrMnTi钢渗碳后,其表面层强度和硬度增大的原因在于其渗层中键合力大的α-Fe-C-Cr等晶胞增多,键合力小的α-Fe-Cr等晶胞减少,强键增多;耐磨性增大的原因在于其渗层中析出了键合力大ε-Fe₃C、合金ε-（Fe₂Cr）₃C等相;韧性下降的原因在于渗层中界面电子密度差大的α-Fe/α-Fe-C-Cr等界面增多,界面电子密度差小的α-Fe/α-Fe-Cr等界面减少;界面结合力小,电子密度差大的α-Fe/e-（Fe₂Cr）₃C等界面增多。理论计算分析表明,渗硼提高20Cr Mn Ti钢表面层硬度和耐磨性的原因在于析出了键合力远大于基体键合力的FeB和Fe₂B相;FeB比Fe₂B硬度大的原因在于FeB相最强键键合力、主键络连接键键合力和共价电子密度分别比Fe₂B的大;FeB相比Fe₂B脆性大的原因在于FeB共价键空间分布更不均匀,FeB相主键络具有较强的共价性,而Fe₂B相的主键络具有较强的金属性;由于FeB相的成键能力与Fe₂B的成键能力相近,故优先形成的Fe₂B相极易转变为FeB相,使得钢表面渗硼层的脆性增加。