渗氮是一种以氮原子渗入钢件表面，形成一层以氮化物为主的渗层的化学热处理方法。渗氮有三个基本过程：活性氮原子的产生、表面的吸收和氮原子的扩散。我们知道，渗氮不仅可以提高工件表面的硬度、耐磨性以及耐疲劳性，而且还可以提高工件在腐蚀介质中的耐蚀性。由于具有上述种种优点，渗氮工艺已被广泛应用于生产实践中，但为了满足生产技术不断发展的需要，渗氮工艺仍在不断地发展与完善。 　　近几年来，上海交通大学潘健生院士等人通过实验研究表明，采用工业纯铁在600-700℃之间进行气体渗氮，可在接近试样表面形成一定厚度的奥氏体层，其含氮量在1.6％-2.8wt％之间变化，其中高氮奥氏体层的高氮区淬火到室温可以保持奥氏体状态。随后在中温转变范围内等温停留，高氮奥氏体发生分解，其硬度高达1000HV甚至更高。由于这种工艺具有设备简单、操作方便、温度低、变形小等优点，渗层厚度也远远大于一般的PVD、CVD的层厚，并且由于这种渗层与基体之间的浓度是连续过渡的，也即不存在渗层与基体之间由于浓度和组织结构的突然变化而存在结合力不良的问题，而且只需要采用普通的钢铁材料就能达到如此效果，因此这种工艺有望作为一种具有广泛应用前景的洁净化学热处理方法。 　　为了探索这项研究的实用性，本文采用广为应用的低碳钢作为实验材料，研究低碳钢在同样工艺条件下是否有类似的效果。本课题利用小型井式渗氮炉进行640℃渗氮，选取几个当今制造业中有代表性的20钢、20Cr钢、20CrMo钢和20CrMnTi钢等，选择不同的渗氮时间，调整好适当的氨分解率，比较不同工艺参数下渗氮后试样渗层的组织结构、硬度、相结构等，选定渗氮效果最好的一种工艺，然后以此渗氮工艺制得一批试样进行中温回火转变，分析其转变前和转变后组织、硬度、相结构的变化。结果发现，640℃渗氮后，试样的组织可分为四层，其中次表层在等温转变后会分解析出新相，硬度也明显提高，这对于实际应用和渗氮工艺的发展有着重要的研究价值的现实意义。