气体渗氮在生产中的应用已有半个世纪的历史，工艺比较成熟。通常采用的介质为氨气，在渗氮温度400~500℃下，当氨与铁接触时就分解出氮原子固溶于铁中。也可以产生氮分子及氢分子，化学表达式如下：

2NH₃→3H₂+2[N]

2NH₃→3H₂+N₂

气体渗氮可根据零件的形状、大小等选用RJJ系列井式电炉、RJX系列箱式电炉及钟罩式电炉。

(1)气体渗氮工艺参数  渗氮温度、渗氮时间和氨分解率是气体渗氮三个重要的工艺参数。它们对渗氮速度、渗层深度、渗层硬度、硬度梯度以及脆性都有极大影响。

渗氮温度的提高会促进氮原子的扩散，所以，渗层深度会随温度的增加而加深，渗层硬度会下降，这是因为产生高硬度的细小氮化物会随温度的升高而长大的缘故。在480～530℃渗氮时，渗层可获得很高的硬度。

随时间的延长，渗层深度加深，但由于氮化物的集聚长大会使渗层硬度下降，尤其是温度较高时则更为明显。

氨分解率会影响钢件表面的吸氮能力，对渗层深度和硬度也有影响。当氨分解率低时(10%~40%)，分解出的活性氮原子多被钢件表面吸收。当分解率超过70%时，由于气氛中大量的氢和氮的分子滞留在工件表面，阻碍了氮原子的吸收，因而使渗氮量下降。

(2)典型渗氮工艺

1)一段渗氮法：一段渗氮法也称为单程渗氮法、等温渗氮法。渗氮温度为480~ 530℃。

2)二段渗氮法：二段渗氮法是将模具先在较低温度下（一般为490~530℃）渗氮一段时间，然后提高渗氮温度到535~550℃再渗氮一段时间。在渗氮的第一阶段，模具表面获得较高的氮浓度，并形成含有弥散度、高硬度氮化物的渗氮层。在第二阶段，氮原子在钢中的扩散将加速进行，以便迅速获得一定厚度的渗氮层。

二段渗氮法是目前生产中常用的一种渗氮工艺，与一段渗氮法相比，其渗氮速度较快，渗层脆性较小，但硬度较低。

3)三段渗氮法：三段渗氮法是在二段渗氮法的基础上改进的，先将模具在490~520℃下渗氮，获得高渗氮浓度的表面，然后提高渗氮温度到550~600℃，加速渗氮速度，再将温度降低到520~540℃渗氮，提高渗氮层厚度。这种渗氮方法不仅缩短渗氮时间，而且可以保证渗氮层的高硬度。

(3)氨气氮化法  氨气氮化法是渗氮的一种方法，即被处理的零件装入渗氮箱中，然后放入炉中，在通氨气的同时，加温500~550℃下氮化50~100h。这是一种低温处理方法，所以热处理变形较小，硬度可达67~ 69HRC。

对氮化钢：

1)氮化温度为500℃，时间为50h，渗氮层厚度为0.5mm。

2)氮化温度为500℃，时间为100h，渗氮层厚度为0.7mm。

3)表面硬度应为900～1000HV。

(4)软氮化法-低温盐浴氮化法  软氮化法是在550℃左右的氰化钾盐( KCN)，氰化钠盐(NaCN)等熔融盐浴中进行表面处理的一种方法。其原理与在熔盐中进行的渗碳处理方法的原理是相同的。由于处理温度低，所以是氮化的主要方法，适用于要求耐磨性高的材料。

软氮化法特点：

1)处理温度低。

2)与气体氮化法相比时间极短，仅1～2h。

3)表面硬度可达570~680HV。

4)耐磨性与韧性均好。

5)有效地防止烧伤以及划伤的缺陷。

6)热处理变形很小。

7)材料可以使用不含氮元素的普通碳素钢。

(5)碳化物覆层法——碳、硼共渗  碳化物覆层法是应用扩散原理进行表面处理的一种综合性方法，对于提高模具的表面性能极为有效。

将被处理的材料，浸渍在添加有扩散元素或其合金的熔融浴中而形成金属的碳化物层和硼化物覆层。几乎在任何条件下都可将加工后的模具零件浸在空气下加热的熔融盐浴中，保持一定时间，其表面即可形成Cr、No、V、Mo、Ti、W、B等的碳化层或硼化物层以及铬铁固溶体，取出后冷却并淬火，随后仅需回火便可使用。

与其他方法比较，耐磨性与抗咬合能力非常好，与基体间的粘结力强，因而不会产生剥落现象，覆层为10μm左右。硬度根据覆层而异，一般可达1300~3500HV的高硬度。

由于高温处理，模具零件易产生变形，故只能用于挤压模，拉深模及其他模具中。