鋼的熱處理應(yīng)當(dāng)在還原性氣氛中進(jìn)行，在加熱過程中能保護(hù)工件，免于氧化、脫碳的爐氣即為保護(hù)氣氛，作為淬火加熱工序應(yīng)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(jié)構(gòu)鋼零件保護(hù)加熱時，通常的保護(hù)氣氛的成分詳見表1。

表1   部分保護(hù)氣氛的成分比例

零件在加熱過程中，為保護(hù)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(zhì)量，同時也省去了酸洗、拋丸或噴砂工序，提高的作業(yè)效率、明顯降低了生產(chǎn)成本，因此國內(nèi)外關(guān)于保護(hù)氣氛的熱處理爐已經(jīng)得到了推廣和應(yīng)用。

保護(hù)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(yīng)特別注意在氣氛的選擇上，要考慮到產(chǎn)品的批量、材料的類型、熱處理設(shè)備的現(xiàn)狀、工藝水平的高低、熱處理產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)要求等，在經(jīng)過工藝驗證后才能確定采用何種保護(hù)氣氛，這對于保護(hù)零件的表面質(zhì)量至關(guān)重要。

除了保護(hù)氣氛外，在生產(chǎn)實際中可選用可控氣氛進(jìn)行零件的保護(hù)性加熱介質(zhì)，關(guān)于可控氣氛的選用原則為：鋼鐵零件的化學(xué)成分、熱處理的技術(shù)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。

我國目前的網(wǎng)帶式加熱爐多采用可控氣氛保護(hù)加熱，用于處理氣門、軸承、標(biāo)準(zhǔn)件、彈簧、螺紋刀具等小型大批量零件，均取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，同時也借鑒和吸收了國外許多成熟的經(jīng)驗和熱處理技術(shù)，使我國的采用可控氣氛熱處理設(shè)備的制造水平得到很大的提高，既可處理中溫的零件，也生產(chǎn)了在1050℃溫度以上工作的可控氣氛熱處理設(shè)備。我國目前常用的可控氣氛有三種：放熱式氣氛、吸熱式氣氛和滴注式氣氛，它們的作用和特點歸類如下。

a．放熱式可控氣氛  它是液化石油氣（主要成分為丙烷C₃H₈和丁烷C₄H₁₀）、城市煤氣或天然氣（主要成分為甲烷CH₄）等原料氣與空氣按一定比例混合后，完全靠自身的燃燒反應(yīng)（放熱反應(yīng)）制備而成，燃燒產(chǎn)生的氣氛中CO₂和H₂O較多，無法防止脫碳，一般常作為低碳鋼和中碳鋼零件的無氧化加熱。只有經(jīng)過凈化處理的放熱氣氛才能防止零件表面的脫碳，同時有可能適于滲碳等化學(xué)熱處理的載體氣（稀釋氣）。目前國內(nèi)生產(chǎn)的流動粒子爐采用氣體燃燒的熱量來加熱顆粒，完成對工件的加熱，其爐內(nèi)氣氛即為放熱式氣氛，作為通常的熱處理氣氛可以滿足零件的熱處理技術(shù)要求。

b．吸熱式可控氣氛  它是將原料氣（如液化石油氣、城市煤氣或天然氣）與空氣按一定比例混合后進(jìn)行吸熱反應(yīng)（外部加熱）制備而成。從反應(yīng)的性質(zhì)來看，吸熱式氣氛比放熱式可控氣氛中CO和H₂的含量高，CO₂和H2O的含量明顯降低。該氣氛可用于防止零件的氧化和脫碳，用于碳氮共滲或滲碳等，其應(yīng)用十分廣泛。吸熱式氣氛的成分控制通常用露點儀或紅外線分析儀來測定，用電子裝置進(jìn)行自動控制，精度和靈敏性好，這是重要的工藝監(jiān)控手段和措施。

需要指出氣氛中含有較多的H₂，應(yīng)注意防止出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象，要采取必要的防范措施。另外考慮到由于氣氛與鋼中的鉻元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將會造成鋼表面鉻的減少，因此不適于鉻合金鋼零件的保護(hù)加熱。

c．滴注式可控氣氛  將甲醇(CH₃OH)、煤油和苯等碳?xì)浠衔镏苯拥稳敫邷丶訜岬臓t膛內(nèi)，通過這些有機(jī)物的高溫裂解或裂化，產(chǎn)生含有CO、H₂和CH₄等還原性的混合氣體，實現(xiàn)了零件在熱處理過程中的無氧化脫碳加熱。在生產(chǎn)中常將甲醇作為滴入劑完成保護(hù)性加熱，考慮到其裂解產(chǎn)物碳勢較低，還需補(bǔ)充爐氣的碳勢，即通常要另外滴入乙醇(C₂H₅OH)、異丙醇(C₃H₇OH)和丙酮(CH₃COCH₃)等第二種液體。其滴入量和滴入劑的成分應(yīng)根據(jù)零件的材質(zhì)、裝爐量、爐膛、技術(shù)要求、密封程度、零件的裝爐方式以及保溫結(jié)束后的冷卻介質(zhì)等綜合考慮后來確定。

通常滴注式可控氣氛具有成分制備簡單、原料來源廣、操作方便和易行、生產(chǎn)效率高，效果穩(wěn)定等優(yōu)點，因此目前國內(nèi)外熱處理企業(yè)普遍使用該類氣氛進(jìn)行零件的保護(hù)性加熱或化學(xué)熱處理，為保持爐內(nèi)成分的均勻和穩(wěn)定，在井式爐和箱式爐的上方應(yīng)添加攪拌風(fēng)機(jī)。

大量的國內(nèi)外熱處理設(shè)備，采用單一的介質(zhì)提供需要的成分十分困難，一般采用幾種液體或氣體同時滴入或通人爐膛，這樣才能滿足零件表面無氧化脫碳的需要。在網(wǎng)帶式滲氮和碳氮共滲爐內(nèi)，為確保零件的光亮淬火或退火，一般是甲醇和氮?dú)馔瑫r供應(yīng)。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和對零件熱處理表面質(zhì)量要求的提高，真空爐已經(jīng)得到一定程度的普及和推廣，爐膛內(nèi)抽成真空狀態(tài)，使內(nèi)部的氧化性物質(zhì)（主要指氧）的含量微乎其微，確保了零件加熱或冷卻中無氧化脫碳現(xiàn)象。也可向內(nèi)充入一定量的高純氮?dú)庾鳛榧訜峤橘|(zhì)，提高加熱的效果。