化學熱處理包括滲碳、滲氮、滲硼、多元共滲等。按處理方法可分為氣體法、固體法、鹽浴法。選用不同的滲劑和工藝參數就形成氣體滲碳、固體滲碳和鹽浴滲碳等。氣體法是將工件置于爐中加熱，通入反應氣體，在高溫下使活化的氣體原子滲入工件表面。氣體法較為簡單，但是處理時間一般較長。固體法是將粉狀的固體滲劑與工件埋裝在箱中，放入爐中加熱，其優點是簡便易行，其缺點是滲層質量不夠穩定，開箱時空氣污染較大。鹽浴法是將固體滲劑加熱到熔融狀態，將工件置于鹽浴內加熱，一般滲層質量較好，適用于滲硼。鹽浴共滲和鹽浴滲氮需采用含氰的鹽或反應中出現氰化物，這都屬于劇毒品，應慎重選用。經鹽浴處理的工件要仔細清洗，鹽浴液有毒時，其清洗的廢水也有劇毒，所以應用很少。化學熱處理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗咬合、抗氧化性等性能。幾乎所有的化學熱處理工藝均可用于模具鋼的表面處理。研究工作表明，高碳及低合金工具鋼和中高碳高合金鋼均可進行滲碳或碳氮共滲。高碳低合金鋼滲碳或碳氮共滲時，應盡可能選取較低的加熱溫度和較短的保溫時間，此時可保證表層有較多的未溶碳化物核心，滲碳和碳氮共滲后，表層碳化物呈顆粒狀，碳化物總體積也有明顯增加，可以增加鋼的耐磨性。W6Mo5Cr4V2和65Nb（65Cr4W3Mo2VNb）鋼制模具進行滲碳以及65Nb鋼制模具真空滲碳后，模具的壽命均有顯著提高。采用500℃～650℃高溫回火的合金鋼模具，均可在低于回火溫度的范圍內或在回火的同時進行表面滲氮或碳氮共滲。
滲氮工藝目前多采用離子滲氮、高頻滲氮等工藝。離子滲氮可以縮短滲氮時間，并可獲得高質量的滲層。離子滲氮可以提高壓鑄模的抗蝕性、耐磨性、抗熱疲勞性和抗粘附性。
碳氮共滲可在氣體介質或液體介質中進行，滲層脆性小，共滲時間比滲氮時間大為縮短。壓鑄模、熱擠壓模經碳氮共滲后可顯著提高其熱疲勞性能。碳氮共滲對冷鐓模、冷擠壓模、冷沖模、拉深模等均有很好的應用效果。
冷作模具和熱作模具還可以進行硫氮或硫氮碳共滲。近年許多研究工作都表明稀土有明顯的催滲效果，從而發展了稀土氮共滲、稀土氮碳共滲等新工藝。
以滲氮為主的氣體碳氮共滲具有處理溫度低、表面性能好的優點，在各種冷沖模、壓鑄模等模具中應用廣泛。
