钢的化学热处理是在一定温度下，在不同的活性介质中，向钢的表面渗入适当的元素，同时向钢内部深处扩散，以获得预期的组织和性能为目的的热处理过程，其渗层的性质与化学成分相同的钢的性质类似。
化学热处理与一般的热处理的区别在于:它通过改变钢表面的化学成分和组织，达到改蕃表面性能的目的，使得同一材料制作的零件，在表面和心部具有显著不同的二种性质。而表面淬火则是表里同一化学成分，只是表里的组织不同。因此，可以说要在同一零件的表面和心部要求具备不同的成分和性能时,采用化学热处理则是十分有效方法。
根据所渗入的元素，可把钢的化学热处理分为下列几种类型：
1)以碳作为渗入元素的渗碳处理；
2)以氮作为渗入元素的渗氮处理；
3)以碳、氮元素同时渗入的碳氮共渗处理；
4)以金属元素——铬、铝、硅、硼、磷等作为渗入元素的渗金属处理。
渗碳、渗氮、碳氮共渗是以表面强化为主的化学热处理，目的是提高钢的表面硬度、耐磨性和疲劳强度。其中渗氮还可同时起到提髙表面热硬性，耐蚀性和抗胶合性能。大锻件的化学热处理，主要是这几种化学热处理，至于渗金属热处理在大锻件上很少应用。
化学热处理在工艺、设备和操作过程有一些特定条件，如零件必须在密闭容器中加热，必须有渗剂介质反应室和气体均匀循环，这就给大型锻件的化学热处理带来困难。
从性能要求上讲,大锻件的化学热处理采用较多的是渗碳，其次是碳氮共渗和渗氮。单纯为了提高表面硬度保持整体塑性和韧性的大锻件，常选用表面淬火来达到目的，因为对于大锻件来讲,表面淬火要比化学热处理方便、灵活、经济。
由于渗碳化学热处理可以使零件提高耐磨性能之外，还可以提高疲劳强度，特别是提高接触疲劳强度。因此，即使大型的重载齿轮，还有一些链轮、大型轴承、凸轮轴等，为了提高其承载能力和使用寿命，同时还要考虑到使用的安全性，有时还考虑到减轻大锻件重量和体积，都采用渗碳处理。一台传递1万马力扭矩的普通轧机单级传动齿轮减速器，其齿轮的硬度由原来的260HB提髙到渗碳淬火硬度60HRC，就使其减速器重量从91t降到45t。
目前国外已经有40t重重型乳机齿轮袖、25t重大型船用齿轮进行深层渗碳热处理。 国内近年来也已经有12t重轧机齿轮轴的深层渗碳热处理。
有些大锻件必须要有较高耐磨性能、耐腐蚀性能和抗胶合性能，而且精度要求髙，热处理过程中要求变形很少。这种零件,采用渗氮热处理比较适合。如1200冷轧机滑块、导 板，又如汽轮机上增速器中高速运转的大型齿轮。
由于渗氮处理不能得到很深的渗层,对于大曲率半径的大锻件来讲，就不能承受很高的接触应力。因而渗氮和渗碳各有优缺点，根据零件受力性质各自选用。
