加快化学热处理反应速度,节省渗剂并且精确控制反应过程,是化学热处理节能、提高质量的重要途径。本文通过大量的实验和理论分析对煤油加空气、甲醇加煤油加空气等渗剂代替常规渗剂渗碳,这种渗剂即具有甲醇加煤油渗剂的可控性和稳定性,又具有碳沉积速率大的特性,同时还具有产气量大,单位时间内换气次数多等优点,而且这种渗剂经济性也显著。这对于深层渗碳更具有价值。同时作者根据渗碳过程中碳传质和扩散理论,提出了一个渗碳新理论——循环变温渗碳理论,并对这一理论的可行性进行了深入的研究,从中找出了一些主要因素(如温度变化规律等)对提高渗速和提高渗碳质量的影响规律。用理论和实验验证了该理论的正确性和可行性,尤其是这种工艺容易推广,不需要对现有设备做任何改动就可以实际应用,具有很大的经济意义。根据循环变温理论,作者找出了在变温过程中炉内碳势、扩散系数、传质系数的变化规律,即高温有高的扩散系数、低碳势、低传质系数;低温有低的扩散系数、高碳势、高传质系数。本文还采用了考虑零件几何形状的扩散数学模型,利用有限差分方法进行数值解,并且在模拟的基础上进行工艺实验,同时采用了氧探头进行测量和PID控制炉气碳势,计算结果和工艺实验结果较吻合。本文采用了氧控头作为炉气气氛的测控手段,克服了以往其它测控手段的不足,使控制系统能够准确瞬时地反应炉气的动态状态,并且根据需要自动调节渗碳气氛,使用新的数学模型,对具有不同形状的工件,只要改变通式中的参数就可以利用差分方法进行模拟计算。将模拟所得到结果再施于工艺过程。