吸热式/放热式/氨分解/氮基与不可燃气体的成分、制备、工艺应用、炉膛效应与安全边界。
热处理气氛分类、成分、制备方式、关键工艺应用与炉膛效应,以及可燃与不可燃气体的安全边界。气氛选择直接决定工件表面质量与后续工序。
可燃气氛
吸热式气氛(Endothermic,RX)
成分
约 40% N₂、40% H₂、20% CO,微量 CO₂/H₂O/CH₄。
制备
天然气 + 空气在催化剂床 1000–1050°C 不完全反应(吸热)。
关键工艺:渗碳载气(配富化气)、碳氮共渗、复碳。炉膛效应:与钢表面碳平衡由碳势控制;CO 有毒,防爆。
放热式气氛(Exothermic,NX)
贫氧燃烧产物(N₂ 为主 + CO₂/H₂O),用于退火、正碳、铜钎焊保护;制备成本低,露点控制除水。
氨分解气氛(AX)
2NH₃ → N₂ + 3H₂(75/25),催化剂裂解;用于不锈钢退火、粉末冶金、低碳钢光亮处理。
氮基气氛(N₂ + 甲醇/富化气)
液氮/PSA 氮气 + 裂解甲醇,灵活配比,逐步替代吸热式气氛。
氢气(H₂)
强还原性保护气氛,用于不锈钢退火、粉末冶金与炉中钎焊;密度小、泄漏后向炉顶积聚,可燃下限 4%,必须防爆设计(阻火器、双壁管、氢监测联锁)与点火前吹扫。
不可燃气氛
氮气(N₂)
惰性保护,回火、退火防氧化;氧含量可控 <10ppm(高纯)。
氩气(Ar)
真空炉回填、钛合金与高温合金保护;密度大于空气,置换性好。
真空与低压
真空(10⁻¹–10⁻⁴ Pa)或低压惰性气氛实现无氧化加热与脱气,适用于钛合金、高温合金与不锈钢光亮退火;详见 真空系统专题。
安全边界
可燃下限:H₂ 4%、CO 12.5%、CH₄ 5%(体积比)。任何泄漏都可能形成爆炸性混合物——炉子启动前必须吹扫(至少 5 倍炉膛体积),停炉先断气再断电。
碳势控制
用氧探头(ZrO₂)测氧 → 换算碳势;CO/CO₂ 红外分析修正;露点仪测水汽。目标碳势 0.9–1.1%(渗碳),偏差 ±0.05%。