在(zai)機械(xie)加(jia)工過(guo)程中，機械(xie)零(ling)(ling)(ling)件(jian)在(zai)進行熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)(li)(li)(li)時，必須放入各種加(jia)熱(re)(re)(re)爐(lu)中進行加(jia)熱(re)(re)(re)。達到預(yu)設溫度后，保(bao)持一段時間，然后出爐(lu)冷卻，完(wan)成(cheng)熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)(li)(li)(li)過(guo)程。在(zai)機械(xie)制造業中，大多數經(jing)過(guo)處(chu)理(li)(li)(li)(li)的(de)(de)零(ling)(ling)(ling)件(jian)是(shi)由鋼鐵制成(cheng)的(de)(de)。鋼鐵零(ling)(ling)(ling)件(jian)在(zai)爐(lu)內加(jia)熱(re)(re)(re)時，表面在(zai)500℃氧化，即發(fa)生脫碳(tan)。如(ru)果(guo)對(dui)毛(mao)坯進行處(chu)理(li)(li)(li)(li)，之后會有(you)加(jia)工余(yu)量，可(ke)以保(bao)證氧化脫碳(tan)層的(de)(de)去(qu)除。如(ru)果(guo)是(shi)最后的(de)(de)熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)(li)(li)(li)工序，零(ling)(ling)(ling)件(jian)只剩下少(shao)量的(de)(de)磨削加(jia)工。如(ru)果(guo)氧化脫碳(tan)層較深，在(zai)最終加(jia)工中無法去(qu)除，熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)(li)(li)(li)后零(ling)(ling)(ling)件(jian)的(de)(de)性能將(jiang)大大降低。
鋼鐵零件在加(jia)熱過程中的脫(tuo)(tuo)碳現象是(shi)由于(yu)加(jia)熱介質中存在氧氣(qi)。只(zhi)要隔絕氧氣(qi)加(jia)熱，就可(ke)以避免氧化脫(tuo)(tuo)碳現象，這需(xu)要在鹽浴爐(lu)(lu)(lu)(lu)中加(jia)熱，而不是(shi)在空氣(qi)爐(lu)(lu)(lu)(lu)中加(jia)熱。鹽浴隔絕了氧氣(qi)，必須(xu)將其還原(yuan)。處理后的鹽渣和蒸汽(qi)也污染了環境。也可(ke)以用(yong)真(zhen)空爐(lu)(lu)(lu)(lu)處理，但由于(yu)密封(feng)技術(shu)要求高，爐(lu)(lu)(lu)(lu)子不能做(zuo)得太大，應用(yong)受到限(xian)制(zhi)。
氣體保(bao)護(hu)爐(lu)廣泛應(ying)用于工業(ye)。在熱(re)處理過(guo)程中，使(shi)用了各(ge)種(zhong)氣體，有(you)(you)氬氣保(bao)護(hu)的，有(you)(you)氮氣保(bao)護(hu)的，也有(you)(you)氮氣保(bao)護(hu)的。
有了氮基(ji)保護(hu)，鋼(gang)鐵零(ling)件(jian)不(bu)會氧(yang)(yang)化(hua)脫碳，熱處(chu)理后的(de)(de)零(ling)件(jian)表(biao)面(mian)(mian)質量可以大大提(ti)高。特(te)別是一(yi)些形狀復(fu)雜的(de)(de)模具。淬火(huo)后，型腔不(bu)再加(jia)工(gong)。如(ru)果有氧(yang)(yang)化(hua)脫碳，表(biao)層(ceng)硬度(du)會大大降低，即耐磨(mo)性和使用壽命會降低。但(dan)在氮基(ji)保護(hu)氣氛(fen)中進行(xing)中性加(jia)熱，不(bu)會在工(gong)作表(biao)面(mian)(mian)產生任何氧(yang)(yang)化(hua)脫碳，從而提(ti)高工(gong)件(jian)的(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)熱處(chu)理質量，延長工(gong)件(jian)的(de)(de)使用壽命。
在(zai)熱(re)處理設備(bei)中，為了使(shi)用不(bu)同的氣體進(jin)(jin)行(xing)保(bao)護，有一種(zhong)多用爐或流態(tai)化(hua)爐，可(ke)以使(shi)用不(bu)同比例的氮(dan)氣和各種(zhong)載體，可(ke)以進(jin)(jin)行(xing)滲(shen)氮(dan)、氮(dan)碳(tan)共滲(shen)(軟(ruan)氮(dan)化(hua))、滲(shen)碳(tan)等各種(zhong)化(hua)學熱(re)處理。
工業氣體為熱(re)處理過程(cheng)提供保(bao)護，可以(yi)制備各種載(zai)氣進行各種化學(xue)熱(re)處理，不僅方便了材料(liao)的熱(re)處理過程(cheng)，而且(qie)大(da)大(da)提高了熱(re)處理效率。
在氮基保護氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)氛中，使用(yong)純(chun)氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(99.99%)或工業氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)作為原料氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，并使用(yong)適當的(de)(de)碳氫化合(he)物(wu)(如天然氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、丙烷等。)和(he)一些參與反應的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)，如氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氨(an)、二氧化碳、空(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等。以便制備以氨(an)為主要成分的(de)(de)混(hun)合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)。這(zhe)種氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)不(bu)含或含有一定的(de)(de)還原性氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)，可廣泛(fan)用(yong)于各種加熱過程，如光亮熱處理、化學熱處理、釬焊和(he)粉末(mo)冶金燒(shao)結。
用(yong)于熱(re)處理(li)的氮氣大致可分為以(yi)下(xia)幾類:
一、純氧一般(ban)指含氮(dan)99.99%以(yi)上的保護氣體。
二、氨基中(zhong)性保(bao)護氣(qi)體(ti)是指不(bu)(bu)氧化、不(bu)(bu)脫(tuo)碳、不(bu)(bu)滲碳鋼的保(bao)護氣(qi)體(ti)。這(zhe)種保(bao)護氣(qi)體(ti)也有一定的還原性。由于對各(ge)(ge)種含(han)碳量(liang)的鋼材都有保(bao)護作用(yong)，只(zhi)要加熱(re)周(zhou)期相同，不(bu)(bu)同含(han)碳量(liang)的鋼材可(ke)以在同一爐內進行處理，可(ke)用(yong)于高、中(zhong)、低溫(wen)淬火(huo)(huo)、退火(huo)(huo)、回火(huo)(huo)等各(ge)(ge)種熱(re)處理工藝，達到(dao)光亮(liang)效果。常(chang)用(yong)的中(zhong)性氣(qi)體(ti)如下:
1.氮氣+氫氣:保護(hu)氣體具有一定(ding)的(de)還(huan)原(yuan)性和弱脫碳性。氣體中的(de)氫含量通常控制(zhi)在(zai)0.5%至(zhi)3%之(zhi)間(jian)。
2.氮氣(qi)(qi)+一氧化(hua)(hua)碳(tan)(tan)+氫氣(qi)(qi):這種保護氣(qi)(qi)體可(ke)用于鋼結構、工具(ju)鋼和軸(zhou)承鋼的(de)非氧化(hua)(hua)、非脫碳(tan)(tan)和非滲碳(tan)(tan)熱(re)處理，如工具(ju)鋼和模具(ju)鋼、高(gao)速鋼和軸(zhou)承鋼在含(han)0.5%~1%一氧化(hua)(hua)碳(tan)(tan)和1%~2%氫氣(qi)(qi)的(de)保護氣(qi)(qi)體中(zhong)(zhong)的(de)退(tui)火和淬火。在一氧化(hua)(hua)碳(tan)(tan)和氫氣(qi)(qi)含(han)量高(gao)達(da)2%的(de)氮基氣(qi)(qi)氛中(zhong)(zhong)，將碳(tan)(tan)含(han)量為(wei)1%的(de)高(gao)速鋼加(jia)熱(re)至1200℃，40分鐘(zhong)后(hou)，基本(ben)沒有脫碳(tan)(tan)現(xian)象。保護器可(ke)以通過用甲醇凈化(hua)(hua)工業氮氣(qi)(qi)來制備。
3.氮(dan)基(ji)碳(tan)勢(shi)氣(qi)氛:這是一種(zhong)活性成分含量(liang)(liang)較高的氮(dan)基(ji)氣(qi)氛。通常(chang)，可以(yi)向氮(dan)氣(qi)中加入適量(liang)(liang)的添加劑(碳(tan)氫化合(he)(he)物(wu)或碳(tan)氫化合(he)(he)物(wu)的氧化衍生物(wu))，以(yi)獲得用于滲碳(tan)處理的碳(tan)勢(shi)氣(qi)氛。
4.氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)-甲(jia)醇(chun)保護氣(qi)(qi)(qi)體:這是目(mu)前國外(wai)廣泛使(shi)用的(de)氮(dan)基氣(qi)(qi)(qi)氛。控(kong)制氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)與甲(jia)醇(chun)的(de)比例，使(shi)得大氣(qi)(qi)(qi)中的(de)一氧化碳:氫氣(qi)(qi)(qi):氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)為1: 2: 2。
氮(dan)基(ji)氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)熱(re)(re)處理的(de)優點是(shi)(shi)(shi):第一(yi)(yi)，節能(neng)。與吸(xi)(xi)熱(re)(re)型氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)相比，使用(yong)氮(dan)基(ji)氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)可(ke)(ke)節約燃料消耗25%~85%。二(er)是(shi)(shi)(shi)氣(qi)(qi)(qi)(qi)源豐(feng)富。氮(dan)基(ji)大氣(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)氮(dan)源的(de)制備主要來自空(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)，氣(qi)(qi)(qi)(qi)源非(fei)常豐(feng)富。第三，可(ke)(ke)以(yi)提(ti)高產品質量(liang)。氮(dan)基(ji)氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)含(han)(han)有(you)較少的(de)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)，這大大減少了(le)氫脆和(he)(he)內部氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)。通常，吸(xi)(xi)熱(re)(re)氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)是(shi)(shi)(shi)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)還原氣(qi)(qi)(qi)(qi)體，因為它含(han)(han)有(you)高含(han)(han)量(liang)的(de)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)。但一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)是(shi)(shi)(shi)鉻、錳(meng)、鍶、鉬、鈦等元素(su)的(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)劑(ji)。因此，吸(xi)(xi)熱(re)(re)氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)對碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)來說(shuo)是(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)種明亮的(de)加熱(re)(re)氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)，而合(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)受熱(re)(re)表面會形成黑色(se)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)。比如不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)和(he)(he)軸承鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)鉻的(de)含(han)(han)量(liang)比較高。由于鉻和(he)(he)氧(yang)(yang)(yang)的(de)親和(he)(he)力很強，鉻應該在(zai)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)和(he)(he)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)的(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)中(zhong)(zhong)(zhong)被(bei)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)。吸(xi)(xi)熱(re)(re)氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)一(yi)(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)含(han)(han)量(liang)約為25%，因此大多數不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)、軸承鋼(gang)(gang)(gang)和(he)(he)高鉻鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)吸(xi)(xi)熱(re)(re)氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)熱(re)(re)處理效果(guo)并(bing)不(bu)理想。鋼(gang)(gang)(gang)的(de)表面會形成一(yi)(yi)層(ceng)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)。同(tong)樣，鉻在(zai)水(shui)環境中(zhong)(zhong)(zhong)也會被(bei)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)。因此，在(zai)理論分析中(zhong)(zhong)(zhong)，高鉻合(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)不(bu)宜(yi)使用(yong)吸(xi)(xi)熱(re)(re)氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)。使用(yong)氮(dan)基(ji)氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)可(ke)(ke)以(yi)降低合(he)金(jin)元素(su)的(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)程度，提(ti)高熱(re)(re)處理質量(liang)。四是(shi)(shi)(shi)適(shi)應性(xing)廣。氮(dan)基(ji)氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)適(shi)用(yong)于各種碳(tan)鋼(gang)(gang)(gang)、合(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)、不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)以(yi)及(ji)銅、鋁(lv)等有(you)色(se)金(jin)屬的(de)熱(re)(re)處理。第五，安全。氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)是(shi)(shi)(shi)一(yi)(yi)種中(zhong)(zhong)(zhong)性(xing)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體，無(wu)毒、無(wu)污(wu)染、不(bu)爆炸，便(bian)于運輸、管理和(he)(he)使用(yong)。
綜合氮基氣氛(fen)熱(re)(re)處(chu)理優勢(shi)明顯，因此國(guo)內重點(dian)企(qi)業和項目采用了國(guo)外先進的(de)氣源裝置和氮基氣氛(fen)進行各種熱(re)(re)處(chu)理。但面(mian)對龐大的(de)國(guo)內市場，只有大力(li)推廣(guang)國(guo)產熱(re)(re)處(chu)理設(she)備(bei)，才能提高我國(guo)非氧(yang)化(hua)加(jia)熱(re)(re)水平。
