本文采用低碳合金钢块体作为实验材料,围绕在材料表面获得高氮奥氏体层的目标,展开了对气体渗氮工艺的研究,然后以高氮奥氏体硬度的变化为切入点,采用了光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)以及电子扫描电镜(SEM)等手段研究了中温转变对高氮奥氏体硬度的影响。研究了分解率、渗氮温度以及渗氮时间对渗氮层的影响。研究发现:渗氮温度为670℃,分解率为94~96%,保温6h的渗氮工艺可以使材料在表面获得高氮奥氏体,其中,材料20Cr获得单一表层高氮奥氏体;材料20钢和20CrMo表面获得相对较薄的(γ+ε+γ′)三相混合层,次表层为γ层。研究了高氮奥氏体层局部硬度差异的原因。在中温转变前后,高氮奥氏体层的硬度峰值均出现在界面γ/α附近,原因是:在渗氮过程中,界面γ/α附近处的氮原子扩散速度相对较小,因而此处γ相的长大速度是高氮奥氏体层内部最小的,因此该处附近形成的γ相晶粒相对较细,所以显微硬度相对较高。研究了时效时间的变化对高氮奥氏体整体显微硬度的影响。高氮奥氏体在时效温度为230℃的时效过程中,时效前2小时高氮奥氏体局部开始转变,转变首先发生于与ε化合物层的交界处以及与α过渡层的交界处,此时转变产物的形态以“团絮状”为主,高氮奥氏体层显微硬度稍有提高,但是由于转变产物量很很少所以显微硬度提高还不是很明显;随着时效时间的延长,转变逐渐向高氮奥氏体层内部蔓延。时效至5小时,转变产物的形态以弥散分布的颗粒状为主,高氮奥氏体层整体硬度达到峰值,局部显微硬度高达1100HV0.025以上,高度弥散的颗粒状转变产物(α+γ′)是获得高硬度的原因;时效至7小时,由于过多的间隙氮原子的析出,使基体畸变下降,因此,显微硬度有所下降。