在金属热处理中，惰性气体主要用于创造一种受控的保护性气氛，将工件与周围空气隔离。通过将氮气或氩气等气体引入炉中，该工艺可有效清除氧气、水分和易燃污染物，从而防止金属在加热循环过程中与其环境发生化学反应。
惰性气体气氛的核心功能是在高温处理过程中防止氧化和表面退化。这种保护的有效性取决于将特定的气体——氮气或氩气——与所处理合金的化学敏感性相匹配。
保护性气氛的原理
防止氧化
热处理中的基本挑战是金属在高温下会变得高度反应性。没有保护，空气中的氧气会与金属表面发生反应。
惰性气体置换了这种氧气。这可以防止氧化皮、变色或表面退化，否则会损坏部件。
清除污染物
除了防止氧化，惰性气体还在炉腔内起到清洁作用。
气流会清除易燃蒸气、残留氧气和水汽。这创造了一个稳定、可预测的环境，可以在没有挥发性元素干扰的情况下施加热量曲线。
体积依赖性流量
这些气体的应用不是一个静态的过程；它需要连续或受控的气流。
所需气体的体积直接由炉子体积决定。必须保持足够的气流，以确保气氛保持正压，防止外部空气泄漏回炉腔。
特定材料的气体选择
用于黑色金属合金的氮气
对于大多数标准工业金属，氮气是首选的惰性气体。
它通常用于不锈钢、铁和英科乃尔的热处理和脱脂。在这些应用中，氮气提供了足够的惰性以防止氧化，而不会与金属基体发生反应。
用于活性金属的氩气
某些高性能合金在高温下对氮气气氛过于敏感。
对于钛合金，如 Ti-6Al-4V，氩气是必需的选择。由于钛会与氮气反应形成脆性氮化物，因此需要氩气完全惰性的性质来保持材料完整性。
理解权衡
成本与化学惰性
虽然氩气提供了卓越的惰性水平，但它通常比氮气更昂贵。
操作员必须将此成本与反应风险进行权衡。在像钛这样高度活泼的金属上使用更便宜的选项（氮气）是一个关键错误，可能会损害零件的机械性能。
净化不足的风险
仅仅引入气体是不够的；气氛必须完全交换。
如果流量不足以满足炉子体积，可能会残留氧气或水分。这会导致结果不一致，批次的一部分可能出现氧化，而另一部分则看起来干净。
为您的目标做出正确选择
为确保您组件的结构完整性和表面光洁度，请根据材料化学性质选择您的气氛。
- 如果您的主要重点是加工钢、铁或英科乃尔：使用氮气来防止氧化并有效清除易燃物。
- 如果您的主要重点是加工钛或高活性合金：使用氩气来防止氧化和形成不需要的表面氮化物。
您的热处理质量不仅取决于热量，还取决于施加热量的环境的纯度。
总结表：
| 气体类型 | 主要应用 | 关键优势 | 最适合 |
|---|---|---|---|
| 氮气 | 不锈钢、铁、英科乃尔 | 防止氧化和清除易燃物 | 标准工业金属 |
| 氩气 | 钛合金（例如 Ti-6Al-4V） | 防止氮化物和表面退化 | 高活性合金 |
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