当化学活性金属在空气炉中加热时，它会与周围大气发生一系列有害的化学反应。这些反应既发生在表面，形成氧化膜或氧化皮，也发生在金属内部结构中，因为氧、氮和氢等气体会被吸收。结果是金属的原始机械性能和表面光洁度显著恶化。
在开放空气中加热活性金属并非一个被动过程。炉气氛充当侵蚀性化学试剂，通过形成脆性表面层并引入内部杂质，从根本上改变金属，从而损害其结构完整性。
大气侵蚀的两个方面
当金属被加热时，其原子振动更加剧烈，使其更容易受到化学反应的影响。空气炉提供了充足的活性气体供应，以两种截然不同的方式侵蚀金属。
表面侵蚀：氧化和结垢
最明显的影响是氧化。炽热的金属表面容易与空气中的氧气、水蒸气和二氧化碳反应。
这种反应形成一层脆性、通常易剥落的金属氧化物层，称为氧化皮或氧化膜。这个过程导致金属失去金属光泽并改变颜色。
内部侵蚀：气体吸收和扩散
同时，氢（来自水蒸气）和氮等较小的原子元素可以被表面吸收。在高温下，这些原子从表面扩散到金属内部的晶体结构深处。
这种内部污染通常是不可见的，但危害极大，因为它从内部改变了金属的性能。
对材料性能的影响
这些化学变化不仅仅是表面现象。它们对金属部件的性能和可靠性产生直接的负面影响。
脆化和延展性降低
气体的吸收，特别是氢和氮的吸收，会破坏金属的晶格。这通常被称为间隙污染。
这种破坏使得原子层之间难以相互滑动，导致金属显著脆化并失去延展性。脆性金属在应力作用下更容易开裂或断裂，而不是弯曲。
表面脱碳（在钢中）
对于碳钢，炉气氛中的氧气可以与零件表面附近的碳发生反应。这种反应会“烧掉”碳，留下一个柔软的低碳铁层。
这种脱碳在需要硬质、耐磨表面的应用中（如齿轮或轴承）是非常不希望发生的。
材料损失和光洁度差
表面形成的氧化皮代表着基体金属的损失。这种氧化皮通常在热处理后通过喷砂或酸洗等工艺去除，导致最终零件的尺寸小于其原始尺寸。
了解关键变量
这些效应的严重程度并非一成不变；它取决于一些您可以控制的关键因素。
温度是主要加速器
所有这些化学反应——氧化、扩散和脱碳——的速率都随温度呈指数级增长。炉温的小幅升高会导致大气侵蚀的急剧增加。
金属类型决定反应性
钛、锆和铝等金属具有极强的反应性，极易受到气体吸收和氧化的影响。钢也具有反应性，但通常不如这一类金属。加热方法的选择必须考虑金属固有的反应性。
气氛成分至关重要
虽然空气炉本质上是氧化性的，但气氛的细微变化会改变结果。含有过量一氧化碳 (CO) 或甲烷 (CH4) 的气氛实际上可以向钢表面添加碳（渗碳），这与脱碳相反。这突出表明炉气氛是一个活跃的化学变量。
为您的工艺做出正确的选择
了解这些反应是选择适合您目标的加热方法的关键。
- 如果您的主要重点是保持原始材料性能和表面光洁度：空气炉不适用。您必须使用真空炉或具有惰性气体气氛（如氩气）的控制炉来保护金属。
- 如果您的主要重点是经济高效的批量加热，并且可以接受一定程度的表面结垢：可以使用空气炉，但您必须计划后处理步骤，如机械加工或清洁，以去除受损的表面层。
- 如果您的目标是故意修改表面（例如，表面硬化）：您必须使用具有精确气氛控制的专用炉，以可预测的方式引入特定元素，如碳（渗碳）或氮（渗氮）。
归根结底，控制炉气氛并非事后考虑；它是实现所需冶金结果的关键参数。
总结表：
| 方面 | 空气炉中的影响 | 对金属的影响 |
|---|---|---|
| 表面侵蚀 | 形成氧化皮/膜 | 材料损失，表面光洁度差，变色 |
| 内部侵蚀 | 气体吸收（H、N、O） | 脆化，延展性降低 |
| 脱碳 | 钢中碳损失 | 表面软化，硬度降低 |
| 关键变量 | 温度、金属类型、气氛 | 决定损伤的严重程度 |
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