超飽和滲碳是當氣氛碳勢高于門檻值時的一種滲碳工藝，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韌性不下降。近年來，國內外材料科學工作者積極開展了超飽和滲碳技術的研究。要實現超飽和滲碳，可從兩個方面進行考慮。一是采用合金化手段，添加與碳親和力強、能夠形成穩定化合物的合金元素，如鉻、鉬等，研發新型超飽和滲碳專用鋼；二是仍使用常規滲碳鋼，但須改進滲碳工藝規范，研發新型超飽和滲碳工藝。

20CrMnTi作為一種常規滲碳鋼，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，應用十分廣泛。目前，機械設備日趨向著輕、薄、短小化發展，這就強烈要求機械零件具有更高的力學性能和可靠性，常規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，表面含碳量越高，出現角狀甚至網狀碳化物的可能性就越大，使其力學性能極易惡化。為了克服常規滲碳工藝的缺點，挖掘材料的潛力，實現機械設備的小型化、高性能化，對20CrMnTi鋼超飽和滲碳工藝進行了有益的探討，期望為其工程實際應用提供可靠的參考數據。

實驗用20CrMnTi鋼的化學成分(質量分數，%)為：0.19C，0.96Mn，1.22Cr，0.29Si，0.087Ti，≤0.04S，≤0.04P；其臨界點溫度分別為：Ac1＝760℃，Ac3＝840℃，Ar1=665℃，Ar3=775℃，Ms=374℃。

20CrMnTi鋼經880℃正火后，加工成準8mm×10mm圓柱試樣和ML-10型磨料磨損試驗機用標準試樣。采用RM3-45-9D滴控箱式氣體滲碳爐進行滲碳，RM3-45-9D滴控箱式氣體滲碳爐為雙室結構試驗爐，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、溫度由WSB-3碳勢、溫度智能控制系統和DH-7氧探頭測定、控制。同時采用純鐵箔片分析定碳法對爐內碳勢進行校核。超飽和滲碳及常規滲碳工藝如下圖所示。熱循環階段，試樣由加熱室拉出到前室，油冷至室溫，再進入加熱室加熱，如此完成一個循環。

20CrMnTi鋼經采用830℃預滲碳+兩次循環滲碳淬火+低溫回火工藝，實現了超飽和滲碳，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成的超飽和滲碳層。其表面硬度可達1057HV0.1，是常規滲碳層硬度的1.13倍；耐磨性也比常規滲碳層提高了20%。有效提高了其力學性能，為機械設備的小型化、高性能化提供了可能。

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