在炉应用中，放热气氛是一种精确控制的气体混合物，在炉内或炉附近生成，以在热处理过程中保护金属部件免受氧化。这种保护层是通过碳氢化合物燃料和空气的部分燃烧产生的，这种化学反应会释放自身的热量——因此得名“放热”。这个过程用适合特定金属和工艺的气体取代了富氧的有害空气。
放热气氛的核心目的不仅仅是加热零件，而是在高温下控制化学环境。它将炉子从一个简单的烘箱转变为一个反应室，可以防止结垢，保持表面光洁度，并确保部件最终的冶金性能。
基本问题：氧化
为什么普通空气是热金属的敌人
当您在空气中的氧气存在下加热大多数金属，尤其是钢时，会发生化学反应。这种反应会在表面形成一层氧化层，通常称为氧化皮。
这种氧化皮是有害的。它会破坏表面光洁度，干扰后续的电镀或喷漆等加工，并导致材料损失。
解决方案：受控气氛
为了防止这种情况，热处理人员用受控气氛替换炉内的空气。放热气氛是最常见且最具成本效益的类型之一。
它是通过燃烧燃料（通常是天然气）与有限且受控的空气供应来产生的。然后将产生的烟气进行调节（通常是冷却和干燥）并输送到炉中。
富气与贫气：量身定制的气氛
放热气氛的特性由其生成过程中使用的空燃比决定。这导致了两种不同的类别：富气和贫气。
富放热气体
富放热气氛是使用低空燃比产生的，导致不完全燃烧。这会产生富含一氧化碳（CO）和氢气（H₂）的气体。
这两种气体是强大的还原剂。这意味着它们会积极地与氧气反应并去除氧气，不仅可以防止氧化皮形成，还可以清除零件表面上已有的轻微氧化物。它用于钢的退火、钎焊和回火。
贫放热气体
贫放热气氛是使用接近完全燃烧的空燃比产生的。产生的气体主要由氮气（N₂）和二氧化碳（CO₂）组成，几乎不含或不含CO和H₂。
这种气氛基本惰性且不活泼。虽然不像富气那样具有还原性，但它能有效置换氧气以防止严重的氧化结垢。它用于不需要完美光亮表面或可接受或甚至需要非常薄、受控氧化层的情况。
理解权衡
成本效益与气体纯度
放热气氛通常是最经济的选择。用于产生气体的燃料也会产生热量，这可以补充炉的加热系统，提高整体能源效率。
然而，产生的气体含有二氧化碳和水蒸气等副产品，这对于高度敏感的材料可能是不希望的。由分解氨或纯低温氮气和氢气产生的气氛纯度更高，但也明显更昂贵。
安全性和操作复杂性
富放热气体中高浓度一氧化碳的存在使其有毒且易燃。在操作时，适当的通风、监测和安全协议绝对至关重要。
此外，燃烧过程中产生的水蒸气在某些温度下会氧化钢。对于许多工艺，气体必须通过冷凝器或干燥器以降低其露点才能使用。
与替代方案比较：蒸汽气氛
另一种适用于某些应用的选项是蒸汽气氛。这并非放热气体，但具有类似的保护作用。
将蒸汽注入炉中用于含铁零件的回火或应力消除，会形成特定的、均匀的蓝黑色磁铁矿（Fe₃O₄）氧化层。与破坏性的红锈或氧化皮不同，该层能提高耐磨性和耐腐蚀性。
为您的工艺做出正确选择
选择正确的气氛对于成功的热处理结果至关重要。
- 如果您的主要重点是碳钢的钎焊、退火或获得光亮表面：富放热气氛是一种有效且经济的选择。
- 如果您的主要重点是处理有色金属，或者您可以容忍轻微、均匀的氧化：贫放热气氛以较低的成本和较少的安全问题提供足够的保护。
- 如果您的主要重点是在铁质零件上创建功能性、耐腐蚀的黑色氧化层：蒸汽气氛是实现该特定目标的专用工具。
最终，选择合适的炉气氛是一个深思熟虑的工程决策，直接影响成品零件的质量、性能和成本。
总结表：
| 方面 | 详情 |
|---|---|
| 定义 | 由碳氢化合物燃料和空气部分燃烧产生的受控气体混合物，在热处理过程中释放热量以保护金属。 |
| 类型 | 富气（高CO/H₂，用于还原氧化物）和贫气（高N₂/CO₂，用于惰性保护）。 |
| 主要优点 | 防止氧化，控制表面光洁度，成本效益高，能源效率高。 |
| 常见用途 | 钢的退火、钎焊、回火；贫气类型适用于有色金属。 |
| 安全注意事项 | 富气有毒且易燃；需要通风和干燥以控制水分。 |
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