許多熱處理工藝（yì）-包括光亮退（tuì）火，燒結和碳（tàn）氮共滲-都需要高度受（shòu）控的大氣（qì）才能（néng）使該工（gōng）藝成功。這（zhè）些過程通常用於製造航空航天，汽車或石油化工等行業的關鍵（jiàn）零件。這些過程中使用的真空熱處（chù）理爐必須支持受控的大氣，以實現（xiàn）這（zhè）些零件的成功（gōng），高精度，可重複的結果。這（zhè）些大氣可能包括惰性氣體，例如氮氣（qì），氦氣或氬氣；吸熱混（hún）合（hé）物；或氫（qīng）。本文的重點將放在惰性大氣和氫大（dà）氣上，包括它們支（zhī）持的熱處理工（gōng）藝類型。

為什麽真空熱處理爐大氣很重要

熱（rè）處理過程中的大氣可能是一個關鍵（jiàn）因素：它可以充（chōng）當過程中關鍵元（yuán）素的載體，或（huò）者可以保護被（bèi）熱處理的部（bù）件（jiàn）不受暴露於空氣的影響（xiǎng），同時也暴露於明顯升高的環境中。溫度。作為載體，大（dà）氣與（yǔ）表麵發（fā）生化學（xué）反應，並導致改善的表麵特性以支持諸如硬化（huà）的過程。作（zuò）為保護（hù）性氣體，其任務與此相反：它可以保護零件表麵免於與大氣中潛（qián）在有害元素發生化學反應。根據所（suǒ）執（zhí）行的熱處理過程，缺少受控的保護大氣可能會導致零件表麵發生化學反應，從而損害其質量和性能，從（cóng）而導致（zhì）零件報廢。反過來，如果使用該零件的人未發現問題（tí），則會導致財（cái）務損失，時間浪費和潛在的（de）危險後果。此外，對大氣的（de）控製（zhì）不當可能會導致真空熱處理爐損壞，甚至可能（néng）導致員工受傷。

常用（yòng）真空（kōng）熱處理爐大（dà）氣

除空氣外，真空熱（rè）處理爐中還常用幾種氣體，這些氣體通常包括氫氣，氮氣，氧氣，氦氣，氬氣，一氧化碳，二氧化碳，氨氣，丙烷，甲烷和（hé）丁烷。其中，氧氣是最活潑（pō）的氣體-在大氣中，空氣的（de）行為就像氧氣-會導致嚴（yán）重的問題，例如氧化（huà）和脫碳，這可能會損害零件的質量和性能。在（zài）本文中，17·c18起草视频.27將重點介紹（shào）惰性氣（qì）體（tǐ）（氦氣，氬氣和氮氣）以及氫氣（qì）。

需要控製真空（kōng）熱處理（lǐ）爐大氣（qì）的熱處理工藝

有（yǒu）幾種不同的熱處理工藝可（kě）能需要受控的大氣才（cái）能成功。需要惰性大氣或氫大氣的那（nà）些包括：

退火：用（yòng）於軟化金屬或改變其微觀結構

光亮（liàng）退火：在氮氣，氫氣或氬氣的（de）惰性大氣中進行，以限製（zhì）氧化；通（tōng）常首選純氫氣

釺焊：在銅和銀上進行（háng）時，應（yīng）使用純氫氣或在某些情況下（xià）會分解的氨（ān）氣

滲（shèn）碳：向鋼表麵添加碳以增（zēng）加其淬（cuì）透性，通常使用吸熱（rè）大氣

碳氮共（gòng）滲：碳和氮原子擴散到金屬表（biǎo）麵以增加硬度；通常將（jiāng）氮氣添加到（dào）吸熱大氣中

滲氮：在氮存在下（通常以氨的（de）形式）加熱金屬以增加耐蝕性和硬度

中性硬化：用於通過使用惰性氣體或保護性氣體（例如氮氣或氬氣）來（lái）防止工具鋼中的氧化和脫碳

燒結：根據要燒結的（de）金屬化合物，使用惰（duò）性/保護性大氣或氫大氣

回火：用於增加先前熱處理過的（de）金屬的晶粒度，延（yán）展性和韌性

熱（rè）等靜（jìng）壓（yā）：類似於燒結，但在更高的壓力下（xià）進行（háng）

這些過程可（kě）能涉及多種金屬，可用於為許多不同行業準備零件，包括（kuò）航空，工具，醫療保健，能源，汽車，軍事，石油和天然氣，電子和半導體行業。

惰性大氣的需求

惰性大氣（有時也稱為保護性大氣）在高度（dù）受控的環境中產生非常幹淨的零件。它還可以防止零件表麵發生不希望的化（huà）學反應（例如氧化或脫碳）。惰性大氣通常與熱等（děng）靜壓（HIP），燒結和真空操作等過程結合使用。HIP和燒結都通常與由增材製造零件製成的零件一起使用，包括粉末金（jīn）屬（PM）和3D打印金屬零件。真空工藝涉及在小於大氣壓的壓力下加熱零件。真空熱處理可（kě）用於去除表麵汙染物（例如，潤滑殘留物和氧化（huà）膜），防止表麵（miàn）反應（例如，脫碳和氧化），使金屬（shǔ）脫氣以（yǐ）及結合金屬（例如，釺焊）。真空熱處理也可以用於去除溶解（jiě）的汙染物。

惰性氣（qì）體在熱處理中的作用

熱處（chù）理工藝中最常用的惰性氣體是氬氣（Ar），氦氣（qì）（He）和（hé）氮氣（N2），它們（men）通常以以下組（zǔ）合使（shǐ）用：Ar / He，Ar / He / N2和N2 /他。許多類（lèi）型（xíng）的（de）有色金屬在惰性（xìng）大氣中進行熱處理，包括（kuò）銅（tóng），黃銅和鋁。大氣被（bèi）稱為惰性的程度取決於多種因素，例如氣體的類（lèi）型，其純（chún）度，所涉及的溫度以（yǐ）及所處理的材料。盡管氮與大多數鋼不發生反應，但在一定溫度以上時，氮可能（néng）會與其他鋼發生反應。通常，氬氣和氦（hài）氣比氫惰性。純氮氣大氣覆蓋了被熱處理的零件，可用於吹掃現有大氣或用作（zuò）碳（tàn）控製大氣的載氣。請注意，氮氣並不是真正的惰性氣（qì）體。通常在-75°F至–110°F的露點下輸（shū）送，並與氫氣以90/10的混合比混合。使用惰性氫混合氣體的新指南為3％或更少。

N2大（dà）氣可用於以下熱處理過程：

退火（有色金屬，合金（jīn）鋼和脫碳）

中性硬化

回火

滲氮（合金鋼，不鏽鋼和滲氮（dàn）鋼）

燒結

釺焊（hàn）（氮氣作為載氣）

真空工藝

氬氣提供惰性大氣（qì），通常在低於-75°F的露點下輸送且氧含量低於20 ppm。Ar大氣可用於以下（xià）熱處理（lǐ）工藝：

退火（有（yǒu）色金屬，不鏽鋼和合金鋼）

釺焊

燒結

He大氣通常用於HIP和真空熱處理（lǐ）過程。

氫在熱處理中的作用

通常采用富氫大氣以將氧化（huà）鐵還原為鐵並使鋼脫碳。它還（hái）有效地幫（bāng）助了熱（rè）傳（chuán）遞，並且可以與存在的（de）任何氧氣發生反應。氫氣用於以下（xià）熱處理過程：

退火（光亮，有（yǒu）色金屬，不鏽（xiù）鋼，電工鋼，低碳鋼）

中性硬化（huà）

釺焊

燒結（黑色金屬和有色金屬）

真（zhēn）空工藝

在（zài）某些情況下，H 2可以與N 2或Ar結合。氫+氮大氣非常適合於光亮退（tuì）火；不鏽鋼，合金鋼和非鐵（tiě）的退火；中性硬化；和燒結。使用氫（qīng）氣和氬（yà）氣大氣可進行明亮的（de）退火；不（bú）鏽鋼，合金鋼和非鐵的退火（huǒ）；和燒結。熱處理爐（lú）中（zhōng）使用的（de）氫氣類型稱為幹燥氫氣，純度為98 – 99.9％。

吸熱大氣

真空熱處理爐內大氣中使用的保護氣（qì）體通常是氫氣，氮氣，二氧化碳（tàn）（CO2），一氧化碳（CO）和痕量水的混（hún）合物。必要（yào）的氣體可以作為氮氣（qì）和甲醇（CH4）的混合物直接注入真空熱處理爐中，也可以通過使用丙烷或天然氣作為碳源的吸熱發生器注入。甲烷通過在a罐（guàn）中裂解為氮氣，氫氣和一氧化碳而產生吸熱（rè）大（dà）氣。當將空氣和燃料的比例（lì）非常低的空氣和燃料的混合物引入外部加熱（rè）的蒸餾器中時，會產生吸熱（rè）氣體，該蒸餾器本身包含用於裂化混合（hé）物的活性（xìng）催化劑（通常（cháng）是鎳）。當這種氣體離開脫水缸時，在進入（rù）爐子之前會迅速冷卻。典型的成分（fèn）是40％的H2、20％的CO或CO2和40％的N2。吸熱氣體混合物可用於光亮硬化，要求還原大氣的燒結應用，鋼鍛件的碳修複，載氣（qì）用（yòng）於碳氮共滲和（hé）滲碳，有色金屬和（hé）合金鋼的退火（huǒ），中性硬化（huà），釺焊（hàn）和燒結。