鍛件滲碳結(jié)束后，有兩種方式冷卻：一種是直接出爐淬火，這種方法在大型鍛件上采用較少。因為高溫出爐淬火變形大，開裂的危險性也大，對金相的組織和力學(xué)性能也不利，即使是在爐內(nèi)降溫到淬火溫度再出爐淬火，在大型鍛件上也很少采用。另一種是降溫出爐，或出爐在保護氣氛筒內(nèi)降溫，再進行半精加工或精加工，和去掉不要求滲碳的表面滲碳層，然后再加熱淬火。直接在滲碳后出爐空冷會引起表面氧化脫碳，特別是像大型鍛件，滲碳后再空氣中冷卻，脫碳就會嚴(yán)重，雖然可以在以后的磨削加工中切除脫碳層，但完全的脫碳無法去掉，將會嚴(yán)重的影響彎曲疲勞強度。
現(xiàn)在設(shè)計制造的大型鍛件，都具有快速降溫的功能，即在爐罐和爐壁間的加熱室內(nèi)，用鼓風(fēng)機通入大量的冷空氣，同時在頂部用抽氣機將熱空氣抽出。使?fàn)t膛內(nèi)溫度受冷空氣冷卻和抽風(fēng)機帶走熱空氣而迅速降溫。為了在降溫過程中使?jié)B碳罐內(nèi)氣氛保持為還原性，又無法在低溫下滴入滲劑和甲醇，大型鍛件在爐內(nèi)降溫經(jīng)常采用通入氮氣起保護作用。
將鍛件置于能不斷產(chǎn)生活性氮原子或離子的氣體、液體介質(zhì)中，在無相變和穩(wěn)定的鐵素體珠光體狀態(tài)的溫度下保溫一定時間，使氮滲入鍛件表面而形成滲氮層，這種工藝過程稱為滲氮。
鍛件的滲氮層性能具有高的表面硬度，滲氮鋼滲氮后表面硬度可達900-1200HV，所以，滲氮表面具有較高的耐磨性能。滲氮層具有較好的紅硬性。當(dāng)使用溫度高于200℃時，滲碳表面的硬度和耐磨性明顯下降，而滲氮層的使用溫度高達550℃，其表面硬度和耐磨性沒有明顯變化。
滲氮層具有較高的抗膠合能力，這對于低速重載的鍛件也是很有益的一種特性。滲氮層中形成的表層最大殘余壓應(yīng)力明顯高于一般滲碳層。更重要的是滲氮層降低了缺口敏感性，使缺口試樣的疲勞強度接近于光滑試樣。
滲氮層的化合物層具有高的化學(xué)穩(wěn)定性，從而具有比滲碳層更高的耐蝕性。由于滲氮層具有上述特性，加上滲氮過程環(huán)形鍛件變形比滲碳要小的多。因此，在環(huán)形鍛件上特別是一些容易變形而又不能采用磨削工藝的環(huán)形鍛件。近年來，由于滲氮工藝和滲氮鋼材的發(fā)展，環(huán)形鍛件滲氮后的承載能力越來越高，應(yīng)用范圍也逐漸擴大。
但是，滲氮處理由于滲層淺，表面脆性又較高，在重載大曲率半徑的環(huán)形鍛件上無法滿足高的接觸應(yīng)力，承載能力受到限制，無法替代深層滲碳。
