大型鍛件的化學熱處理是在一定溫度下,在不同的活性介質中，向鋼的表面滲入適當的元素，同時向鋼內部深處擴散，以獲得預期的組織和性能為目的的熱處理過程，其滲層的性質與化學成分相同的鋼的性質類似。
化學熱處理與一般的熱處理的區別在于:它通過改變鋼表面的化學成分和組織,達到改表表面性能的目的，使得同一材料制作的零件，在表面和心部具有顯著不同的二種性質。而表面淬火則是表里同一化學成分,只是表里的組織不同。因此,可以說要在同一零件的表面和心部要求具備不同的成分和性能時,采用化學熱處理則是十分有效方法。
根據所滲入的元素,可把鋼的化學熱處理分為下列幾種類型：
1)以碳作為滲入元素的滲碳處理；
2)以氮作為滲入元素的滲
處理；
3)以碳、氮元素同時滲入的碳氮共滲處理
4)以金屬元素——鉻、鋁、硅、硼、磷等作為滲入元素的滲金屬處理。
滲碳、滲氮、碳氮共滲是以表面強化為主的化學熱處理，目的是提高鍛件的表面硬度、耐磨性和疲勞強度。其中滲氮還可同時起到提高表面熱硬性,耐蝕性和抗膠合性能。大鍛件的化學熱處理,主要是這幾種化學熱處理,至于滲金屬熱處理在大鍛件上很少應用。
化學熱處理在工藝、設備和操作過程有一些特定條件,如零件必須在密閉容器中加熱,必須有滲劑介質反應室和氣體均勻循環,這就給大型鍛件的化學熱處理帶來困難。
從性能要求上講，大鍛件的化學熱處理采用較多的是滲碳，其次是碳氮共滲和滲氮。單純為了提高表面硬度保持整體塑性和韌性的大鍛件,常逸用表面淬火來達到目的，因為對于大鍛件來講，表面淬火要比化學熱處理方便、靈活、經濟。
由于滲碳化學熱處理可以使零件提高耐磨性能之外,還可以提高疲勞強度,特別是提高接觸疲勞強度。因此,即使大型的重載齒輪,還有一些鏈輪、大型軸承、凸輪軸等,為了提高其承載能力和使用壽命，同時還要考慮到使用的安全性,有時還考慮到減輕大鍛件重量和體積,都采用滲碳處理。—臺傳遞1萬馬力扭矩的普通軋機單級傳動齒輪減速器,其齒輪的硬度由原來的260HB提高到滲碳淬火硬度60HRC，就使其減速器重量從91t降到45t。
目前國外已經有40t重重型軋機齒輪軸、25t重大型船用齒輪進行深層滲碳熱處理。國內近年來也已經有12t重軋機齒輪軸的深層滲碳熱處理。
有些大鍛件必須要有較高耐磨性能、射腐蝕性能和抗膠合性能,而且精度要求高,熱處理過程中要求變形很少。這種零件,采用滲氮熱處理比較適合。如1200冷軋機滑塊、導板，又如汽輪機上增速器中高速運轉的大型齒輪。
由于滲氮處理不能得到很深的滲層,對于大曲率半徑的大鍛件來講，就不能承受很高的接觸應力。因而滲氮和滲碳各有優缺點,根據零件受力性質各自選用。
