鋼的熱處理應當在還原性氣氛中進行，在加熱過程中能保護工件，免于氧化、脫碳的爐氣即為保護氣氛，作為淬火加熱工序應確保零件的表面狀態(tài)沒有發(fā)生改變，下面為熱鍛模具、結構鋼零件保護加熱時，通常的保護氣氛的成分下表。

零件在加熱過程中，為保護零件免于氧化和脫碳，在具有還原性的氣氛中完成熱處理，可以獲得無氧化、不脫碳的光亮表面，提高了表面質量，同時也省去了酸洗、拋丸或噴砂工序，提高作業(yè)效率、明顯降低了生產成本。

保護氣氛的種類很多，為了便于了解其特性，下面分別加以介紹，供零件在加熱過程中正確選用。同時應特別注意在氣氛的選擇上，要考慮到產品的批量、材料的類型、熱處理設備的現(xiàn)狀、工藝水平的高低、熱處理產品質量的技術要求等，在經過工藝驗證后才能確定采用何種保護氣氛，這對于保護零件的表面質量至關重要。

(1)可控氣氛

可控氣氛爐內的氣氛可以進行有效控制，確保其在一個合理的范圍內，實現(xiàn)零件熱處理無氧化和脫碳現(xiàn)象的發(fā)生。

①可控氣氛的原理其原理在前面已經講解，根據化學反應的平衡原理，增加正方向反應產物CO和H₂的含量將導致正反應過程的停止或減弱，假如CO和H₂的含量升高到一定程度，反應將朝逆方向進行，即得到還原性氣氛?？刂坪脿t氣中CO₂/CO和H₂O/H₂的比值，就能完全控制整個化學反應的趨勢和方向，也就能控制鋼鐵零件表面的氧化和脫碳的過程。

鋼鐵零件在不同溫度下，CO₂/CO及H₂O/H₂的比值與鐵的氧化還原反應的平衡關系，兩條曲線分別為BOC和AOD，從圖中可以看出兩條曲線的變化規(guī)律不同，但其共同點為在兩條線的左側均為還原區(qū)域，而右側是氧化區(qū)域，另外在BOD區(qū)間內，CO₂/CO的氧化區(qū)與H₂O/H₂的還原區(qū)重疊。我們重點分析以下鋼鐵在爐內氣氛中，溫度和CO₂/CO及H₂O/H₂比值的關系對表面質量狀態(tài)的影響。查找AD線在950℃時，當氣氛中的CO₂/CO=0.4，則爐內氧化和還原的速度相等，整個反應處于平衡狀態(tài)。此時鋼表面無氧化和脫碳現(xiàn)象發(fā)生，即可實現(xiàn)無氧化脫碳的加熱過程。相反如果CO₂/CO比值>0.4，將發(fā)生Fe+CO₂→FeO+CO氧化反應，鋼中鐵原子被氧化成氧化鐵，而CO₂/CO比值小于0.4，將發(fā)生FeO+CO→Fe+CO₂的還原反應，氧化鐵被還原為鐵原子。隨著溫度的改變，CO₂/CO的平衡值也會發(fā)生變動，即溫度越高則平衡值越小，因此為了確保鋼鐵零件在保護氣氛中不被氧化，要求加熱溫度提高時，CO₂/CO的平衡值應愈小愈好。

需要注意的是熱處理爐內的爐氣會同時包含有CO₂、CO、H₂O和H₂，因此在某一溫度下進行爐內成分的分析時，要綜合考慮氣氛的作用。在熱處理常用加熱溫度范圍內(700～950℃)要避免鋼的氧化，應使爐內氣氛CO₂/CO的值相應控制在0.4～0.7，而H₂O/H₂比值應為0.4～0.5。

在不同的加熱溫度下，鋼中的含碳量與CO₂/CO及H₂O/H₂的比值具有一定的平衡關系，從圖中可知，要防止鋼發(fā)生脫碳，只有將CO₂/CO及H₂O/H₂的比值控制在更小的范圍內，這一點需引起我們的高度重視，例如在850℃加熱含碳量小于0.5%的碳鋼，應將CO₂/CO及H₂O/H₂的比值均降到0.04以下，才能防止鋼的脫碳?？傊?，綜合爐內零件的化學成分、爐內氣氛、裝爐方式和熱處理設備的類型等幾個方面進行考慮，將爐內的氣氛只要控制在一定的溫度范圍內，即可確保鋼加熱時免于氧化和脫碳。

需要注意的是為確保零件在可控氣氛中實現(xiàn)無氧化、脫碳加熱，要求爐內的保護氣氛穩(wěn)定；爐膛密封性要好，避免空氣的混入；爐內氣體呈現(xiàn)正壓。因此在實際的熱處理過程中，嚴格執(zhí)行工藝要求是確保零件表面質量的前提，同時應當切實做好保護氣氛不間斷的相關準備工作。

②幾種常見的可控氣氛 關于可控氣氛的選用原則為：鋼鐵零件的化學成分、熱處理的技術要求，原料的來源和成本價格等。在實際熱處理過程中采用多種氣氛，確保零件在加熱過程中無氧化、脫碳現(xiàn)象，實現(xiàn)零件的表面狀態(tài)的清潔和成分的穩(wěn)定。