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在热处理炉中在保护气体或反应气体的气氛下进行热处理加工。气氛主要包括带变化量的氢气和一氧化碳的惰气成分氮。在工业中大量采用的是气体保护炉。在热处理过程中，采用的气体是多种多样的，有用氩气保护的，有用氮基保护的，大量采用氮基保护气氛。
用氮基保护可以不使钢铁零件产生氧化脱碳，大大提高热处理零件的表面质量，特别是处理一些形状复杂的工具模具，它们经过淬火后，型腔不再进行加工，如果有氧化脱碳现象将大大降低表层的硬度，也就是降低其耐磨性和使用寿命。而采用氮基保护气氛中性加热，工作表面不再产生任何氧化脱碳现象，也就提高了工件表层热处理质量，延长了工件的使用寿命。
为了提高金属零件的综合性能，需要进行热处理，但暴露在高温下的金属零件很容易和氧形成氧化物，从而降低热处理质量。选择化学性质不活泼的惰性气体作为保护气氛以便防止金属与氧气和空气中的其他气体发生反应，从而保护零件免于氧化和脱碳，确保金属零件的热处理质量。
在具有还原性的惰性保护气氛下进行热处理，可以获得无氧化、不脱碳的光亮表面，提高了表面质量，同时也省去了酸洗、抛丸或喷砂工序，提高作业效率、降低生产成本。
真空热处理中采用氮气是利用氮气的化学性质稳定、不活泼性质。氮气在热处理过程中所发挥的作用在于在加热时，调整炉内的真空度，防止金属元素的挥发；为了提高冷却能力，根据不同的淬火冷却方法、不同的炉型，而采用回充氮气，从而选择在不同的真空度下淬火，以得到不同的淬火烈度。真空炉用氮气一般是高纯气体。
氩气是惰性气体主要用在易于吸收气体和与某些气体易起反应的少数金属和合金的热处理上，如钛合金的光亮退火、淬火和时效，锆及其合金的热处理,镍基耐热合金的时效以及某些高强度不锈钢的热处理等。
