如果用碳钢进行渗氮，形成Fe 4N和Fe 2N较不稳定。温度稍高，就容易聚集粗化，表面不可能得到更高的硬度，并且其心部也不能具有更高的强度和韧性.
为了在表面得到高硬度和高耐磨性，淬火热处理，同时获得强而韧的心部***，必须向钢中加入一方面能与氮形成稳定氮化物，另外还能强化心部的合金元素.如Al、Ti、V、W、Mo、Cr等，均能和氮形成稳定的化合物.其中Cr、W、Mo、V还可以改善钢的***，提高钢的强度和韧性.
当前专门用于渗氮的钢种是38CrMoAlA，其中铝与氮有极大的亲和力，是形成氮化物提高渗氮层强度的主要合金元素.AlN很稳定，热处理，到约1000C的温度在钢中不发生溶解.由于铝的作用使钢具有良好的渗氮性能，此钢经过渗氮表面硬度高达1100--1200HV(相当67--72HRC).38CrMoAlA钢脱碳倾向严重，各道工序必须留有较大的加工余量.
生产的程控深冷处理设备可以在深冷加工过程中，金属中大量残余奥体转变为马氏体，特别是过饱和的亚稳定马氏体在从-196℃至室温的过程中会降低过饱和度，析出弥散、尺寸仅为20～60A并与基体保持共格关系的超微细碳化物，可以使马氏体晶格畸变减少，微观应力降低，而细小弥散的碳化物在材料塑性变形时可以阻碍位错运动，从而强化基体***。同时由于超微细碳化物颗粒析出后均匀分布在马氏体基体上，减弱了晶界脆化作用，而基体***的细化既减弱了杂质元素在晶界的偏聚程度，又发挥了晶界强化作用，从而改善了工模具的性能，使硬度、抗冲击韧性和耐磨性都显著提高。
热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期***和性能的一种金属热加工工艺。在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，退火热处理，热处理的作用越来越重要。
马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种***名称，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维***形态通常有片状(te)或者板条状(lath)，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种***
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