Thông thƣờng, khi hóa nhiệt luyện ngƣời ta đặt chi tiết vào trong môi trƣờng ( rắn, lỏng hoặc khí ) có khả năng phân hóa ra nguyên tử hoạt của nguyên tố định khuếch tán rồi nung nóng chúng đến nhiệt độ thích hợp, giữ lâu ở nhiệt độ này để khuếch tán các nguyên tố
cần thấm vào chi tiết. Các quá trình thấm xảy ra theo ba giai đoạn nối tiếp nhau nhƣ sau: phân hủy, hấp thụ và khuếch tán.
Ph n hủy:
Phân hủy là quá trình phân tích phân tử tạo nên nguyên tử hoạt tính của nguyên tố khuếch tán. Quá trình này xảy ra trong môi trƣờng hóa nhiệt luyện và các nguyên tử hoạt tính tạo thành có khả năng khuếch tán vào bề mặt kim loại.
Hấp phụ:
Sau khi phân hủy, các nguyên tử hoạt đƣợc hấp phụ vào bề mặt thép, sau đó chúng khuếch tán vào kim loại cơ sở tạo nên dung dịch rắn hoặc các pha phức tạp, pha trung gian hoặc các hợp chất hóa học.
Kết quả của sự hấp thụ là tạo nên ở bề mặt thép lớp có nồng độ nguyên tố định khuếch tán vào cao, tạo nên sự chênh lệch giữa bề mặt và lõi.
huếch tán:
Các nguyên tử hoạt hấp thụ vào lớp bề mặt thép với nồng độ cao sẽ đƣợc khuếch tán vào trong tạo thành lớp thấm với chiều sâu nhất định. Nhờ khuếch tán mà lớp thấm đƣợc hình thành và nó là cơ sở của hóa nhiệt luyện, là giai đoạn cơ bản của quá trình hóa nhiệt luyện và quyết định tốc độ của quá trình. Chiều dày của lớp khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian và nồng độ chất khuếch tán ở lớp bề mặt.
Ngoài những yếu tố nêu trên, khuếch tán còn phụ thuộc vào pha tạo thành, ví dụ khi thấm carbon, nitơ do tạo thành dung dịch rắn xen kẽ nên khuếch tán xảy ra nhanh hơn khi thấm kim loại ( do tạo thành dung rắn thay thế ).
Ba giai đoạn PH, HT, KT có liên quan rất mật thiết với nhau và có ảnh hƣởng đến quá trình nhiệt luyện. Nếu quá trình PH xảy ra nhanh hơn HT thì những nguyên tử hoạt tạo thành không hấp thụ kịp sẽ trở nên không hoạt tính nữa lúc này nó cản trở sự hấp thụ tiếp theo vì thế ảnh hƣởng đến tốc độ của quá trình. Ngƣợc lại khi các nguyên tử hoạt tạo thành không đủ để hấp thụ thì thời gian hóa nhiệt luyện phải kéo dài.
Các cơ chế khuếch tán
+ Cơ chế nút trống: Các nguyên tử của nguyên tố cần thấm đi vào các nút trống trong ô mạng của nguyên tố cấu tạo nên chi tiết do vậy lớp bề mặt tạo thành dung dịch rắn thay thế
+ Cơ chế nút xen kẽ: Đi vào lỗ hổng của mạng tinh thể của nguyên tố nền tạo dung dịch rắn xen kẽ hoặc pha xen kẽ.
Dung dịch rắn xen kẽ nếu
+ Cơ chế đổi chỗ theo vòng: Các nguyên tử sẽ đổi chỗ cho nhau tạo dòng vật chất chuyển động hoặc đổi chỗ từng cặp.