大型锻件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，目的是提高锻件的表面硬度、耐磨性和疲劳强度。其中渗氮还可同时起到提高表面热硬性,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,常逸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。—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提高到渗碳淬火硬度60HRC，就使其减速器重量从91t降到45t。目前国外已经有40t重重型轧机齿轮轴、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、射腐蚀性能和抗胶合性能,而且精度要求高,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。