Азотированием называется процесс насыщения поверхностного слоя стальных изделий азотом. При этом образуются нитриды, обладающие высокой твердостью. Особенно хорошие результаты получаются при азотировании легированных сталей с небольшим содержанием легирующих элементов (Al, Ti, V, W, Mo, Сг) которые образуют с азотом высокодисперсные стойкие нитриды.

Цементацией называют процесс насыщения углеродом поверхности изделий из малоуглеродистых сталей (0,1—0,3% С) с последующей закалкой и отпуском.

Химико-термической обработкой называется процесс изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев стальных деталей, заключающийся в насыщении поверхности обрабатываемых изделий углеродом, азотом и другими элементами.

Охлаждение на воздухе стали, нагретой до состояния аустенита, называется нормализацией. При этом в зависимости от содержания углерода в стали получаются структуры: ферритно-перлитная в сталях с малым содержанием углерода и сорбитная в сталях с повышенным содержанием углерода.

В отличие от закалки и отпуска при отжиге сталь получается в равновесном состоянии. Различают отжиг на равновесное состояние, отжиг на мелкое зерно и другие виды.

Целью отпуска является уменьшение внутренних напряжений, возникающих в изделии при закалке, и понижение хрупкости и твердости закаленной стали. Отпуску подвергаются изделия, закаленные на мартенсит, для .чего их нагревают до температуры не выше 600° С и после изотермической выдержки охлаждают.

- Закалка стали заключается в нагреве ее до температуры образования аустенита, выдержке при этой температуре и последующем быстром охлаждении. Доэвтектоидные стали при закалке нагревают до температуры на 30—50° С выше линии GS. В зависимости от скорости охлаждения сталь получают в состоянии мартенсита, троостита или сорбита закалки.
Минимальную скорость охлаждения, при которой весь аустенит сохраняется до температуры начала мартенситных превращений Мв и, следовательно, сталь получает структуру мартенсита, называют критической скоростью закалки.

При медленном охлаждении сталь получается в равновесном состоянии, характеризующемся наличием в ее структуре перлита, указывающего на полное превращение (распад) аустенита. В зависимости от скорости охлаждения могут быть получены различные неравновесные (переходные от аустенита к перлиту) структуры стали: мартенсит, троостит и сорбит.
При резком охлаждении стали происходит частичный распад аустенита, заключающийся в перестройке кристаллической решетки железа из гранецентрированной в объемно-центрированную, но без выделения атомов углерода из образовавшейся решетки a-Fe. Структуру стали, соответствующую этой стадии распада аустенита, называют мартенситной; в ней мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в а-железе.