高温气氛炉的技术原理及特点

气氛炉是在某一既定温度下，向炉内通入一定成分的人工制备气氛，以达到某种热处理的目的，如气体渗碳，碳氮共渗及光亮淬火，退火，正火等。

在空气介质或燃气介质中加热钢铁工件时，炉气中含有大量的O2. CO2和水蒸气,使钢铁工件产生氧化、脱磯和烧损,其反应式如下:

氧化反应

2Fe+O2--→2FeO

Fe+COr---→>FeO+CO

Fe +H20-- >FeO +H2

脱碳反应

[C]+02-- >CO2

[C]+CO2-→2CO

[C]+H2O_→CO+H2

空气和燃气介质中所含的大量N2气,对钢铁工件而言,处于惰性状态不参予化学反应。

为了使工件加热时不氧化不脱碳，可以在炉内充以保护气氛。在多数情况下，保护气氛中的

O2. CO,和水蒸气含量,应控制在一个较小的范围内。

保护气氛可以是惰性气体，如氩(Ar)气和氮(He)气,也可以是Co-H2-N2-H2O-CO2.、N2-CO-H2和N2-H2等的混合气体。当这些混合气体中的成分调整得当,使其氧化与还原，脱碳与渗碳的速度相等时，就能实现工件的无氧化无脱碳加热。

无氧化无脱碳加热,简称为无氧化加热。无氧化加热，一般分为光亮加热和光洁加热两类。

光亮加热,允许金属表面有不可见的氧化膜生成,表面仍保持有金属光泽。光洁加热，则允许金属表面有可见的氧化膜生成，以致表面失去金属光泽(表面发暗)，但还没有形成氧化铁皮层。

目前，我国机械制造部门]中已大量采用化学热处理，如渗碳、碳氮共渗以及气体软氮化等。用煤油渗碳和用煤油加氨气进行碳氮共渗，都不能控制工件表面的含碳量,以致零件的使用性能不稳定。为了使气体渗碳或碳氫共渗时,工件表面的含碳量能得到精确的控制，可采用可控的渗碳气氛。可控的渗碳气氛就是能够控制炉气中的某一个(如H2O、CO2或CH)或某两个参数(如CO2和CH4)以调节工件表面含碳量的气氛。

我国习惯上把保护气氛和可控的渗碳气氛，统称为可控气氛。 可控气氛之所以能在热处理

中得到推广使用,是因为它有下述的优越性。

(1)实现无氧化无脱碳热处理

在空气介质中进行各种热处理时，会造成金属大量的氧化和烧损。据统计,在汽车和拖拉机

制造部门中,热处理造成的金属烧损约占其热处理零件重量的7%。采用可控气氛热处理，由于工件表面没有氧化层和脱碳层,不仅可以提高金属零件的硬度、耐磨性和麦劳强度，而且还可以减少零件的加工余量,节约金属材料。

(2)实现了可控渗碳

采用可控气氛渗碳和碳氮共渗，零件表面含碳量的控制精度一般可达士0.1%C,甚至可达

+/-0.03%C,同时零件表面层碳浓度梯度比较平缓,因而使零件的耐磨性和接触疲劳强度大为提高,这对提高和稳定零件的质量极为有利。采用可控气氛渗碳,由于工件碳浓度和渗碳层深度均匀,使淬火时的变形大大减少，并能预测不可避免的变形，所以零件的合格事大为提高。精确控制渗碳钢制零件的碳浓度,有助于控制零件残余奥氏体量,以保证性能并省去冷处理工艺和设备。由于渗碳时碳浓度精确控制，炉内碳黑析出少，所以使炉内耐热构件寿命增长，减少了维修次数，提高了设备利用率。

(3)能进行一些特殊的热处理工艺

如硅钢片的脱碳退火钢铁工件脱磯后的复碳，低碳钢冲压件的穿透渗碳等都可用可控气氛

进行。