热处理炉中最常用的惰性气体是氮气 (N₂) 和氩气 (Ar)。氮气因其成本效益而成为各种应用的行业标准，而氩气则用于对惰性要求更高的敏感、活性金属。
使用惰性气体的核心目的不在于气体本身，而在于它所取代的物质：氧气。通过创造受控的非反应性气氛，这些气体可以保护金属表面免受高温下氧化等有害化学反应的影响。
惰性气氛在热处理中的作用
当金属被加热到退火、硬化或钎焊等工艺所需的高温时，它们极易与周围空气发生反应。惰性气氛是抵御这些反应的保护屏障。
防止氧化和结垢
在高温下，氧气很容易与大多数金属表面发生反应。这种反应被称为氧化，会形成一层易碎、易剥落的氧化皮。
使用惰性气体可以清除炉中的氧气，防止氧化皮形成。这会产生干净、光亮的表面，无需进行喷砂或化学酸洗等后处理清洁操作。
阻止脱碳
对于碳钢，大气中的氧气会与金属表面附近的碳发生反应。这个过程，即脱碳，会从钢中浸出碳。
由于碳是赋予钢硬度的主要元素，脱碳会形成一个柔软、脆弱的表面层。惰性气氛可以保护碳含量，确保零件保持其预期的机械性能。
选择合适的惰性气体
虽然氮气和氩气都是惰性的，但它们的性质和成本决定了它们在不同应用中的用途。
氮气 (N₂): 工业主力
氮气是热处理中最广泛使用的气氛气体。它在性能和成本之间提供了极佳的平衡。
它适用于绝大多数涉及碳钢、合金钢和铜的工艺。氮气通常以液态形式供应用于大批量使用，或在现场由压缩空气制备。
氩气 (Ar): 用于高活性金属
氩气在化学上比氮气更惰性，专用于在高温下可能与氮气发生反应的材料。
它是热处理钛、难熔金属（如钼和钽）和某些等级不锈钢的必备选择。氩气比氮气贵得多，因此其使用仅限于这些必要的应用。
氦气 (He): 用于特殊应用
氦气的使用频率远低于其他气体。它的主要优点是高导热性。
这一特性使其能够非常有效地传递热量，使其在某些真空炉应用中作为淬火气体，以实现快速、均匀的冷却速率。其极高的成本限制了其在小众工艺中的使用。
了解权衡
选择气氛是一个技术决策，需要与经济现实相平衡。
成本与所需纯度
基本的权衡是成本。除非有特定的冶金原因需要更惰性的气体，否则氮气是默认选择。
对简单的碳钢零件使用氩气会产生极好的结果，但成本不必要地高。相反，使用氮气热处理钛会导致形成氮化钛，从而损坏零件表面。
极端温度下的反应性
“惰性”一词是相对的。虽然氮气在大多数情况下是非反应性的，但它可以在非常高的热处理温度下与某些活性元素形成氮化物。
这是氩气对钛等金属至关重要的关键技术原因。氩气在任何热处理条件下都不会发生反应，提供真正的惰性。
气体密度和吹扫
氩气比空气密度高约40%，而氮气比空气密度略低。这会影响炉子的吹扫方式。
像氩气这样的重气体可以有效地从底部向上置换空气。这有时可以带来更高效的吹扫循环，但适当的炉子设计和操作是成功的更关键因素。
为您的工艺做出正确选择
您的材料和工艺目标应决定您的气体选择。
- 如果您的主要重点是碳钢、合金钢或铜的一般热处理： 氮气是最具成本效益和技术上合理的选择。
- 如果您的主要重点是加工钛或特定不锈钢等级等高活性金属： 需要氩气以防止不必要的氮化物形成并确保表面完整性。
- 如果您的主要重点是在真空炉中实现极快的冷却（淬火）： 氦气因其卓越的传热性能而可能被考虑，尽管其成本很高。
最终，选择正确的炉气氛是实现精确和可重复的冶金结果的基本步骤。
总结表：
| 气体 | 主要用途 | 主要特点 |
|---|---|---|
| 氮气 (N₂) | 碳钢、合金钢、铜 | 成本效益高，行业标准 |
| 氩气 (Ar) | 钛、难熔金属、某些不锈钢 | 高度惰性，防止氮化物形成 |
| 氦气 (He) | 真空炉中的专业淬火 | 高导热性，成本高 |
使用合适的气氛气体优化您的热处理工艺。
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