渗氮处理(nitriding/nitridation)是指在低于钢的临界点Aa、基体不发生相变的前提下，将活性氮原子渗入钢表层，形成氮化物硬化层的化学热处理工艺。
这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力，并降低缺口敏感性。例如典型渗氮钢38CrMoAl的表面硬度可达1100～1200HV（相当于洛氏硬度68～72HRC)， 模具寿命提高1～2倍，甚至更高，光滑试样的抗疲劳强度提高20%～40%，缺口试样的抗疲劳强度提高0.5～1.2倍，高硬度可在500℃长期保持或在600℃短期保持。
广义上来讲，所有钢铁材料都能渗氮，但由于铁的氮化物（如FeN和FegN)较脆且不稳定，温度稍高，就容易聚集粗化，不能充分发挥渗氮后的良好性能。只有含有Cr、Mo、V、Ti、Al等元素的低碳、中碳合金结构钢、工具钢、模具钢等才适合渗氮处理并能获得满意效果。这是因为 渗氮零件往往是在摩擦和变载荷等复杂工况条件下工作，不论表面和心部的性能都要求很高。Cr、Mo、V、Ti、Al等元素既能与氮形成稳定氮化物，降低钢氮化层的脆性，获得强韧的表面硬化层，又能改善钢的心部组织，提高钢的整体强度和韧性，使这些钢材充分发挥渗氮处理所得到的优异性能。
钢的渗氮研究始于20世纪初，20世纪20年代以后获得工业应用。最初工艺方法是固体渗氮、液体渗氮及气体渗氮，由于固体渗氮、液体渗氮（不包括碳氮共渗)的介质毒性较强，对人员和环境危害较大，目前几乎不再使用。从20世纪70年代开始，渗氮从理论到工艺都得到迅速发展并日趋完善，新工艺、新设备不断涌现。等离子渗氮、真空渗氮及各种催 化渗氮、复合渗氮开始应用于工业生产，适用的材料和工件截面日益扩大，由最初仅限于含Al、Cr等元素的渗氮钢，扩大到其他钢种，如以提高在大气、自来水、热水蒸气及碱性溶液中的抗腐蚀性能的碳钢，可用等离子轰击去除氧化膜的不锈钢和耐热钢。渗氮处理成为重要的化学热处理工艺之一。
真空渗氮是在低真空(几千帕到几十千帕)、低温(520～550℃，耐腐蚀处理可到650℃)条件下，以脉冲方式将活性气体N原子渗入金属表面，从而得到较高的表面硬度或耐腐蚀性的化学过程，是真空热处理与气体渗氮（渗氮气为NH)结合的工艺手段。真空渗氮除了承袭真空热处理的共同优点外，与气体渗氮相比，工艺时间更短，渗氮层与基体结 合更牢固。
部分常用渗氮钢的钢号、渗氮后性能和用途
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类别 |
钢号 |
渗氮后性能 |
用途 |
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低碳钢 |
08、10、15、20、A3、08A1、30 |
抗大气与水等的腐蚀 |
螺栓、螺母、铁路道钉 |
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中碳钢 |
40、45、40Mrt、45Mn |
耐磨、抗疲劳 |
轴和中、轻载齿轮 |
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中碳合金钢 |
38CrMoAIA、38Cr2MoAlA、 35CrMo、35NiMo、42CrMo、 40CrNiMo、30Cr3WA、50CrVA、 38CrWVAIA |
耐磨、抗疲劳性优良，可 承受重载荷 |
坦克、飞机、机床的主轴、镜 杆、重载齿轮、丝杠、缸套 |
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模具钢 |
Cr12MoV、Cr12Mo、4Cr5MoVISi、 3Cr2W8V、5CrNiMo、5CrMnMo |
耐磨、抗热疲劳与冲击疲 劳、型腔温度≤600℃保持 高硬度 |
冲模、拉伸模、压铸模、挤压 |
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高速钢 |
W6Mo5Cr4V2 |
耐磨及红硬性优良 |
高速钢刀具 |
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不锈钢等高合金钢 |
1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、 1Cr18Ni9、45Cr14Ni14W2Mo、 1Cr17Ni13Mo2Nb、25Cr18Ni8W2、 3Cr19Ni9MoWNbTi |
耐磨性、红硬性及高温强 度优良，≤600℃长期工作， 多种介质中耐腐蚀 |
走丝槽、泵轴、叶轮、阀杆 蚀介质中的齿轮 |
