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本文采用气体渗碳法研究了20CrMnMo钢稀土渗碳工艺。利用金相显微镜、显微硬度计、磨损试验机、接触疲劳试验机等检测仪器设备分析了渗碳层的组织、碳化物的形貌、渗碳层的显微硬度、耐磨性、接触疲劳寿命和弯曲疲劳寿命、多次冲击抗力等，讨论稀土渗碳动力学，重点研究稀土的渗入对渗碳层组织和性能的影响。确定了20CrMnMo钢采用稀土渗碳时稀土催渗剂的合理添加量。
试验结果表明，稀土能促进渗碳剂的分解，加快碳原子的扩散，提高渗碳速度。在碳势、渗碳温度、渗碳时间相同的条件下，稀土渗碳后渗碳层的深度与不加稀土渗碳的渗碳层的深度相比增加13~19％。稀土原子渗入钢的表层，成为碳化物的形核核心，从而在渗碳层中沉淀析出大量弥散分布的细小颗粒状碳化物。20CrMnMo钢在稀土渗碳气氛的碳势为1.1％、渗碳温度为880℃~920℃的条件下渗碳5h后淬火，渗碳层组织为大量弥散分布的细小颗粒状碳化物、针状马氏体和少量残余奥氏体。而无稀土添加的传统工艺渗碳后，渗碳层中碳化物多呈块状、条状或网状分布。稀土元素渗入渗碳层还明显减少合金元素的氧化，使稀土渗碳层中的黑色组织极少。
力学性能测试表明，稀土渗碳后获得的大量弥散分布的细小颗粒状碳化物、针状马氏体和少量残余奥氏体的渗碳层组织，可显著提高渗碳层的性能。20CrMnMo钢在880℃、碳势为1.1％的条件下稀土渗碳5h，渗碳层的硬度与传统工艺相比提高了11％，耐磨性提高了30％，多次冲击抗力平均提高27.6％，接触疲劳寿命与弯曲疲劳寿命也有大幅提高。