Благодаря сравнительно невысокой температуре процесса и отсутствию последующей закалки детали почти не подвергаются короблению, наблюдается лишь незначительное увеличение размеров вследствие образования нитридов в поверхностном слое. Твердость азотированного слоя достигает HV 1000—1100 и сохраняется даже при нагреве до 600—650 С, в то время как у цементированного и закаленного слоя — только до 200-225 С. Глубина азотированного слоя 0,5 — 0,6 мм.

Процесс азотирования длительный — 20—50 ч и более. Для ускорения процесса применяют ступенчатый режим. Первая ступень осуществляется при 500—510 С и обеспечивает высокую твердость благодаря выделению высокодисперсных нитридов. Вторая ступень при нагреве до 540—560 С увеличивает глубину слоя, ускоряет диффузию азота и способствует равномерному распределению твердости. Степень диссоциации аммиака для первой ступени устанавливают 15—25 %, для второй - 40-50 %.

Участки детали, не подлежащие азотированию, покрывают гальваническим методом слоем олова толщиной 0,02—0,03 мм. При температуре азотирования олово плавится, но удерживается на стальной поверхности силами поверхностного натяжения. Возможно все же стекание олова на азотируемые места. Во избежание этого такие участки фосфатируют, так как поверхности, покрытые фосфатной пленкой, не смачиваются жидким оловом. Фосфатная пленка также способствует насыщению поверхности стали азотом. Вместо олова как изолирующее покрытие применяют иногда жидкое стекло.

Азотирование проводят перед отделкой, на которую оставляют на рабочих поверхностях припуск 0,03-0,05 мм на сторону.

Азотируют детали, изготовляемые из легированных сталей, например 38ХМЮА, 38ХНМФА, 36Х2Н2МФА и др. Заготовки после черновой механической обработки подвергают закалке и высокому отпуску для получения прочной и пластичной структуры сорбита у сердцевины изделия.