本文研究了20CrMnTi钢有无稀土渗碳动力学,稀土添加对渗碳层组织和性能的影响。揭示了稀土渗碳层中显微组织演变、显微硬度变化规律、渗层增厚动力学和稀土在渗层中主要的存在位置。渗碳层中显微组织观察和显微硬度测量表明,稀土添加可以细化渗层组织、提高渗速、降低渗碳温度,提高渗层表面硬度;20CrMnTi钢在880和900?C碳势为1.3%条件下稀土渗碳5h,渗层中析出大量弥散细小颗粒状碳化物,淬火后表层组织为针状马氏体+大量细小颗粒碳化物+少量残余奥氏体。渗层EDS观察表明,渗层和碳化物中都存在稀土元素,且主要存在于渗层当中。基于第一性原理赝势平面波方法,构建并优化了奥氏体和碳化物晶胞结构模型,计算了有无稀土晶胞能量、晶格参数、电子结构和C原子的扩散激活能。奥氏体、碳化物能量和晶格参数的计算结果表明,稀土添加,使晶胞能量升高、体积增大,晶胞稳定性降低,有利于C原子的扩散,从而加速渗碳过程。奥氏体和碳化物电子结构计算结果表明,稀土的添加使晶胞总态密度和C原子总态密度向费米能级附近聚集,晶胞和C原子的稳定性降低,部分Fe原子的稳定性也降低,这都有利于C原子的扩散;奥氏体晶胞总电荷密度增加,C原子与La原子也有较强的离子键作用,使渗层表面硬度提高。C原子在具有浓度梯度有无稀土奥氏体晶胞和碳化物晶胞中扩散激活能计算结果表明,C原子易于沿成键作用较弱的晶面扩散,稀土使C原子在晶胞中的扩散激活能降低,随着C和稀土浓度的降低,C原子的扩散激活能增加,且稀土使扩散激活能降低的幅度减小。