3. Химическое воздействие нагревающей среды
При высокой температуре происходит химическое взаимодействие поверхности металла с окружающей средой, причем особое значение имеют два процесса:
1) обезуглероживание стали, связанное с выгоранием углерода в поверхностных слоях 
окисление стали, ведущее к образованию на поверхности окалины, окислов железа 
Рис. 231.
Интенсивность окисления и обезуглероживания стали зависит от температуры, состава стали и состава окружающей газовой среды.
Процессы окисления и обезуглероживания — диффузионные, и естественно, что с повышением температуры они ускоряются.
В атмосфере печи в зависимости от рода топлива, условий его сжигания и температуры образуются различные газы, в том числе 
Эти газовые среды различно влияют на сталь. Так, 
обезуглероживает, 
окисляет, 
окисляют и обезуглероживают, 
и 
науглероживают.
Изучив законы равновесия этих газов, т. е. взаимодействия газов между собой и газов со сталью, можно создать при заданных температурах термической обработки такие условия, при которых реакции окисление 
восстановление и обезуглероживание 
науглероживание протекают с одинаковой скоростью в обе стороны, т. е. практически не изменяют состав металла и металл не реагирует с атмосферой. В этом случае атмосфера нейтральна; она не воздействует на поверхность металла и не изменяет ее.
Для получения в печи нейтральной атмосферы для данной температуры и данного сорта стали (содержания в стали углерода) необходимо иметь определенное соотношение науглероживающих, окисляющих, обезуглероживающих и восстанавливающих газов, т. е. иметь определенные соотношения:
Кроме того нейтральной средой является чистый азот 
а также вакуум.
Современные печи для светлого нагрева, так называемые печи с контролируемой атмосферой, имеют специальную установку, в которой получают газовую среду требуемого состава, которую подают в печь (закалочную, отжигательную). Печи могут быть электрическими или муфельными с наружным обогревом муфеля.
Кроме газовых нейтральных сред, нагрев без окисления и обезуглероживания стали осуществляется в расплавленных солях.
Соль составляют так, чтобы она имела температуру полного расплавления более низкую, чем заданная температура термической обработки. Требуется также, чтобы прилипшая к поверхности детали корочка соли легко растворялась и смывалась водой.
Получили применение смеси хлористых, азотнокислых и азотистокислых солей щелочноземельных металлов и смеси щелочей. Наиболее применяемые составы солей с указанием области их применения приведены в табл. 28.
Таблица 28. (см. скан) Состав солей, применяемых для нагрева металла
В последнее время получает распространение нагрев в так называемом кипящем слое.
Если продувать горячий воздух сквозь слой, состоящий из мелких частиц (обычно корундовые диаметром 200—500 мкм), то такой слой «кипит», превращаясь как бы в жидкость. В него можно погружать изделия, и он будет средой нагрева, если имеет высокую температуру. Последнее достигается продуванием сквозь него горячего воздуха. Вместо воздуха можно использовать и другие среды, в том числе нейтральные. Кипящий слой — универсальная среда, которая может служить, например, закалочной средой (естественно, продуваемый воздух в этом случае холодный). Интенсивность охлаждения кипящего слоя занимает промежуточное положение между водой и маслом. Используя вместо воздуха разные активные среды, в нем можно производить разные операции химико-термической обработки — цементацию, азотирование и т. д.
