简而言之，吸热气体是一种经过精确控制的可燃气体混合物——主要成分是一氧化碳（CO）、氢气（H₂）和氮气（N₂）——用于钢材的热处理过程。它作为一种保护性气氛，防止高温氧化（结垢），但其最关键的功能是主动管理工件表面的碳含量。
吸热气体的主要目的不仅仅是像惰性气体那样充当被动的保护屏障。它是一种经过设计的、具有反应性的气氛，与钢材建立平衡，使您能够精确控制其表面碳含量，从而控制其最终的机械性能。
为什么需要特殊气氛
保护表面免受氧气侵害
在热处理所需的高温下，钢材很容易与空气中的氧气发生反应。这种反应被称为氧化，会在工件表面形成一层脆性的氧化皮。
保护性气氛（如吸热气体）可以置换炉内的氧气，从而完全防止这种破坏性的结垢，并保持工件的表面光洁度。
更深层的问题：碳控制
仅仅防止氧化对于大多数钢材来说是不够的。钢材内部的碳含量是决定其硬度和强度的主要因素。
在高温下，钢材内部的碳原子变得具有流动性。如果周围的气氛没有得到精确控制，碳可能会离开钢材（脱碳），形成一个软表面，或者被添加到钢材中（渗碳），形成一个脆性表面。
吸热气体如何解决问题
其活性化学成分
吸热气体通常是通过使碳氢燃料（如天然气）与有限量的空气反应而产生的。这会产生富含一氧化碳（CO）和氢气（H₂）的气体，其余部分主要是氮气（N₂）。
CO和H₂是“还原剂”，意味着它们很容易与任何游离的氧气反应。更重要的是，一氧化碳为气氛本身提供了碳源。
碳势原理
吸热气体的真正威力在于碳势的概念。这是衡量气氛在特定温度下向钢材提供碳或从钢材中吸收碳的能力的指标。
通过仔细监测和调整气体成分（特别是CO与CO₂的比例），操作员可以将气氛的碳势设置为与待处理钢材的碳含量完全匹配。这建立了一个平衡状态，其中没有净碳转移发生。
“中性淬火”与载气
当气体的碳势与钢材匹配时，该过程称为中性淬火。钢材经过加热和冷却以达到所需的硬度，而不会改变其表面化学成分。
吸热气体也可以用作载气。在这种情况下，它是基础气氛，可以添加其他气体（如更多的天然气进行渗碳），以有意地以受控方式增加钢材的表面碳含量。
理解权衡
控制的关键需求
吸热气体不是一种“一劳永逸”的解决方案。它的有效性完全取决于持续监测和精确控制，通常是使用氧探头或红外气体分析仪。
如果碳势过低，将发生脱碳，从而使热处理的目的落空。如果碳势过高，可能会发生不希望的渗碳或烟灰形成，从而损坏零件。
安全与基础设施
主要成分CO和H₂分别是剧毒和易燃的。运行吸热气氛需要维护良好的炉子、适当的通风和强大的安全规程。它还需要一个现场的吸热气体发生器，这代表了一笔可观的设备投资。
吸热气体与惰性气体
惰性气体，如氮气（N₂）和氩气（Ar），要简单得多。它们提供出色的抗氧化保护，并且完全不具反应性。然而，它们无法主动管理碳含量，如果纯度不够，甚至可能导致脱碳。
为您的目标做出正确选择
选择正确的高炉气氛是实现所需冶金结果的基础。
- 如果您的主要重点是简单的退火或处理有色金属： 氮气等惰性气体通常是最安全、最简单、最有效的选择。
- 如果您的主要重点是中高碳钢的淬火、渗碳或碳氮共渗： 吸热气体是行业标准，因为它提供了保护钢材完整性所必需的对碳势的主动控制。
最终，掌握炉内气氛的使用与控制温度本身一样，对于成功热处理至关重要。
总结表：
| 特性 | 吸热气体 | 惰性气体（例如氮气） |
|---|---|---|
| 主要功能 | 主动碳控制和防止氧化 | 被动防止氧化 |
| 碳势 | 是，可调节 | 否 |
| 最适合 | 淬火、渗碳钢 | 退火、有色金属 |
| 安全性/复杂性 | 较高（易燃/有毒） | 较低 |
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