鋼鐵零件的氧化過程是在一般的氧化性氣體介質（如空氣）中進行的，爐內氣氛中的O₂、CO₂和水蒸氣等均是氧化脫碳性強的氣體，它們一般按下列化學反應進行，使鋼鐵的表面被氧化，即鋼在氧化性氣氛中加熱，在零件的表面將產生氧化物，化學分析表明氧化層從表到里依次為Fe_2O3、Fe₃O₄、FeO，其形成的機理為表面的氧氣含量高，與鐵強烈作用生成Fe₂O₃，中間部分為Fe₃O₄，內層形成了氧含量較低的FeO，另外隨著爐內氧含量的增加和加熱溫度的提高，氧化層的厚度會不斷增加，因此在實際鋼鐵零件的熱處理過程中，確保要爐內為中性或還原性氣氛，并確保工藝溫度符合技術要求。

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通常鋼鐵零件的急劇氧化是在525℃以上發生的，是鋼鐵與空氣中的氧結合形成氧化鐵，它低于脫碳的溫度。對于硬氮化和軟氮化的零件而言，為確保氮化過程中變形量控制在要求的范圍內，需要在粗加工后進行除應力退火處理，也會造成輕微的氧化，因此在加工過程中要留有一定的加工余量。氧化擴展的快慢程度取決于固溶體的成分，作為工具鋼其中的鉻含量以及碳化物相的特性影響較大。