形變與化學熱處理的組合稱為形變化學熱處理，形變既可加速化學熱處理過程，也可強化化學熱處理效果，是一種值得重視的熱處理新工藝。
應力和形變均勻可加速鋼中鐵原子的自擴散和置換原子的擴散。研究結果證實，不論是彈性形變，還是塑性形變，拉應力都能加速鐵的自擴散過程。這主要是由于隨形變量和應力的增加，金屬中晶體缺陷（位錯密度）增多，使原子容易沿位錯線擇優擴散，從而加速擴散過程。
1.形變后的化學熱處理
形變對間隙原子（碳、氮）擴散的影響比較復雜。形變造成的組織結構差異，位錯密度和結構的變化，碳化物析出形成的合金元素再分配，晶粒大小和亞結構的變動等因素都會影響碳的擴散。如形變后的再結晶形成的晶粒細化使晶粒邊界擴大，及晶體內孔隙密度增加都會加速間隙原子擴散，而碳原子在奧氏體晶體內位錯附近的聚集會使碳的擴散系數減小。因此，若加速滲碳和滲氮過程，必須選擇適當的形變和后熱處理條件。如22CrNiMo鋼滲碳7h以上時，25%形變量的滲層深度出現峰值，進行2h滲碳時，形變量25%的滲層碳含量最高。
如鋼件經低溫形變的晶粒多邊化處理再施行滲氮可以有效地提高力學性能、蠕變抗力和持久強度。這是由于多邊化建立的亞晶界（位錯墻）被間隙原子（N）所釘扎的結果。
2.形變與化學熱處理同時進行
將工件、滲劑與粉末粒子一起裝在滾筒里，邊滾動邊加熱進行的擴滲處理工藝就是利用了沖擊粒子的機械能促進滲入速度的方法，也稱為機械能助滲。運動粒子沖擊工件可除掉表面氧化膜，凈化表面，產生表面缺陷，有利于滲出入原子的吸附，提高滲入元表的吸附濃度。運動的粉末粒子與工件相對運動，變傳熱方式為固體顆粒間流動接觸傳熱，改善了滾筒內部溫度均勻性，大大增加了傳熱速度，縮短了加熱和透燒時間。運動的粉末粒子增加滲劑組成物之間接觸機會，促進它們之間的化學反應，增加滲劑的活性和新生態滲入元素的濃度。運動的粉末粒子沖擊被加熱的工件表面，將其動能傳給表面點陣原子，使其激活脫位，形成空位，甚至形成擴散通道等晶體缺陷。改變原子擴散行徑為點陣缺陷的擴散，致使擴散激活能大幅度降低，擴滲溫度大幅度降低，擴滲時間顯著縮短，節能效果顯著，并能提高產品質量。
如Cr6W5Mo4V2高速鋼鉆頭用機械能助氮碳共滲，520℃×2h，無化合物層，擴散層30μm，顯微硬度為852～901HV，心部硬度為781HV0.1，使用壽命提高一部多。在擴散層中發現大塊碳化物變細小、圓整且彌散分布。在機械能沖擊下，存在碳化物溶解、氮化物和碳化物的再析出過程，使碳化物變細，析出的氮化物彌散分布，致使氮碳共滲層硬度提高。
3.鋼件化學熱處理后的冷形變
鋼件經滲碳、滲氮等化學熱處理后施行滾壓、噴丸等表面冷形變可獲得進一步強化的效果，得到更高的表面硬度、耐磨性和疲勞強度，進一步延長使用壽命。
冷形變能促使滲層晶內亞結構的變化，部分殘留奧氏體轉變為馬氏體，在表面層形成巨大的壓應力。這些都是提高鋼件表面硬度和綜合力學性能的原因。18Cr2Ni4WA鋼樣化學熱處理后冷形變和一般熱處理后的力學性能比較，硬度和彎曲疲勞極限明顯提高。
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