井式气体氮化炉的工作原理是利用氨气（或其他含氮气体）在高温下分解产生的活性氮原子，渗入金属工件表层并形成氮化层，从而实现工件表面强化。具体过程如下：
1. 气体分解与活性氮原子生成
- 氨气（NH₃）在炉内高温（通常 500-580℃）环境下发生分解反应：2NH₃ → 3H₂ + 2 [N]，其中 [N] 为活性氮原子。
- 分解反应的程度通过控制炉内温度、氨气流量及压力调节，通常氨气分解率需维持在 15%-30%（根据工件材质和工艺要求调整），确保生成足量活性氮原子。
2. 氮原子渗入与扩散
- 活性氮原子具有极强的化学活性，会吸附在工件表面并突破金属晶格表层，随时间向内部扩散。
- 井式炉的垂直结构使氨气在炉内自然对流（或通过强制循环装置），气体均匀包裹工件，保证氮原子从工件各表面（包括深孔、凹槽）均匀渗入，避免局部氮化层厚度差异。
3. 氮化层形成与性能强化
- 氮原子与工件表层的合金元素（如铁、铬、钼等）结合，形成氮化物（如 Fe₄N、CrN），这些化合物具有极高的硬度（800-1200HV）和耐磨性。
- 随保温时间延长（通常数小时至数十小时），氮化层逐渐增厚（一般 0.1-0.5mm），并形成由表及里的 “化合物层” 与 “扩散层”，兼顾表面硬度与心部韧性。
4. 工艺环境控制
- 炉内维持微正压（50-200Pa），防止空气渗入导致工件氧化；废气（主要为未分解氨气和氢气）经燃烧处理后排放，避免环境污染。
- 温度均匀性是关键：井式炉通过多区加热和保温设计，确保炉内垂直温差≤±5℃，保证不同高度工件的氮化层质量一致。
简言之，井式气体氮化炉通过 “高温分解产气→活性氮原子渗入→表层氮化强化” 的过程，在工件表面形成致密坚硬的氮化层，显著提升其耐磨性、抗腐蚀性和疲劳寿命，尤其适合长轴类、深孔件等复杂形状工件的批量处理。
