热处理中使用的主要气体是惰性或非反应性气体，其中氮气最为常见。这些气体在炉内形成受控的保护气氛，防止炽热的金属表面与空气中的有害元素（如氧气）发生反应。
在热处理中使用气体的根本目的不是改变金属本身，而是保护它。这种保护气氛可以防止不希望的化学反应，例如氧化（结垢）和脱碳，否则这些反应会损害部件的表面质量和机械性能。
核心问题：为什么需要保护气氛
在热处理所需的高温下，金属变得高度活泼。将它们暴露在环境空气中会导致严重的损坏，使工艺无效。
氧气的威胁（氧化）
当钢被加热时，空气中的氧气会迅速与其表面发生反应。这种反应形成一层氧化铁，通常称为氧化皮。
这种氧化皮是不希望的，因为它会改变部件的尺寸，产生不良的表面光洁度，并且必须通过昂贵的二次操作（如喷砂或酸洗）去除。
碳损失的威胁（脱碳）
对于许多钢材而言，表面附近的碳含量对于获得所需的硬度至关重要。氧气可以与这些碳发生反应，将其从钢的表面拉出。
这种碳损失，称为脱碳，会在部件上留下一个柔软、脆弱的层，严重损害其耐磨性和疲劳寿命。
常用气体及其作用
气体的选择取决于所处理的材料、温度和所需的结果。目标始终是用可预测的非反应性气氛取代炉内的空气。
氮气 (N₂): 工业主力
氮气是用于制造保护气氛的最广泛使用的气体。它在各种热处理应用中有效防止氧化。
因为它约占我们呼吸空气的78%，所以生产高纯度氮气相对便宜，使其成为钢材通用热处理最经济高效的选择。
氩气 (Ar): 用于高活性金属
氩气是一种惰性气体，这意味着它真正惰性，即使在非常高的温度下也不会与其他元素发生反应。
虽然比氮气昂贵，但氩气对于热处理高活性金属（如钛、某些牌号的不锈钢或在氮气气氛中处理可能会形成氮化物的超级合金）至关重要。
理解权衡
选择保护气氛是技术要求和运营成本之间的平衡。仅仅向炉内注入气体是不够的。
成本与纯度
主要的权衡在于气体成本和所需保护水平之间。氮气足以满足大多数黑色金属的需求。
只有当材料的价值和对反应的敏感性证明额外成本合理时，投资更昂贵的氩气才有意义。
炉体完整性和流量
任何保护气氛的有效性都取决于炉体保持密封的能力。允许空气进入的泄漏会污染气氛并导致氧化，无论使用何种气体。
正确管理气体流量也至关重要。您需要足够的流量来清除炉内的空气并保持正压以防止进入，但过多的流量只会浪费气体和金钱。
为您的应用做出正确选择
您的材料决定了所需的大气保护水平。
- 如果您的主要关注点是碳钢和合金钢的通用热处理： 氮气提供卓越且经济高效的抗氧化和脱碳保护。
- 如果您的主要关注点是处理钛或特定高合金不锈钢等活性金属： 氩气是确保完全惰性环境并防止不必要反应的必需选择。
最终，选择正确的保护气氛是确保热处理部件表面完整性和性能的关键决定。
总结表：
| 气体 | 主要用途 | 主要特点 |
|---|---|---|
| 氮气 (N₂) | 碳钢和合金钢的通用热处理 | 经济高效；防止氧化/脱碳 |
| 氩气 (Ar) | 活性金属（例如钛、特定不锈钢）的热处理 | 真正惰性；防止氮化物形成和氧化 |
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