Azotowanie zwiększa twardość powierzchni prętów stalowych, czyniąc je bardziej odpornymi na odkształcenia plastyczne pod wpływem obciążeń udarowych. Utwardzona warstwa azotowana, zwykle składająca się z azotków, takich jak azotki żelaza, zapewnia zwiększoną odporność na zużycie powierzchniowe i zmęczenie. Ta zwiększona twardość pomaga prętom stalowym wytrzymać duże siły udarowe, zmniejszając prawdopodobieństwo pęknięć, wżerów lub odprysków na powierzchni. Jeżeli jednak proces azotowania nie jest wystarczająco głęboki, materiał rdzenia może nadal być podatny na uszkodzenia pod wpływem ekstremalnych obciążeń udarowych, szczególnie jeśli właściwości objętościowe pręta stalowego (takie jak wytrzymałość i plastyczność) nie zostaną odpowiednio uwzględnione.
Azotowanie znacząco poprawia odporność zmęczeniową prętów stalowych pod wpływem naprężeń ciągłych lub cyklicznych. Proces ten tworzy na powierzchni ściskającą warstwę naprężeń szczątkowych, która pomaga zapobiegać inicjacji i rozprzestrzenianiu się pęknięć pod powtarzalnym obciążeniem. Jest to szczególnie korzystne w zastosowaniach, w których pręty stalowe poddawane są ciągłym naprężeniom lub wibracjom, np. w wałach, przekładniach i sprężynach. Im głębsza warstwa azotowana, tym lepsza zdolność materiału do wytrzymywania ciągłych naprężeń w czasie bez ryzyka uszkodzenia. Połączenie twardości powierzchni i rozkładu naprężeń ściskających minimalizuje ryzyko uszkodzeń zmęczeniowych, przedłużając żywotność pręta stalowego w wymagających zastosowaniach.
Zarówno w warunkach udarowych, jak i przy ciągłym obciążeniu, azotowanie prętów stalowych wykazują zwiększoną odporność na zużycie. Utwardzona powierzchnia utworzona w procesie azotowania sprawia, że stal jest mniej podatna na degradację powierzchni w wyniku tarcia, erozji lub zużycia ściernego. Jest to szczególnie ważne w zastosowaniach takich jak walcownie, części samochodowe i ciężkie maszyny, gdzie elementy stalowe podlegają szybkiemu zużyciu. Odporność na zużycie jest zwiększona, ponieważ azotowanie tworzy twardą, trwałą warstwę, która jest odporna na utratę materiału nawet w warunkach dużego obciążenia.
W zastosowaniach obejmujących długotrwałe obciążenie w podwyższonych temperaturach azotowanie może pomóc w poprawie odporności na pełzanie prętów stalowych. Azotowanie zwiększa twardość powierzchni, co pomaga materiałowi oprzeć się odkształceniom pod długotrwałym obciążeniem w wysokich temperaturach. Chociaż azotowanie wpływa przede wszystkim na warstwę powierzchniową, może nadal mieć korzystny wpływ na ogólną wydajność prętów stalowych stosowanych w środowiskach o wysokiej temperaturze, gdzie problemem jest odkształcenie pełzające.
Chociaż azotowanie poprawia wydajność w różnych warunkach obciążenia, ważna jest również reakcja stali na zmiany temperatury podczas obciążenia. Warstwa azotowana zwiększa zdolność pręta stalowego do wytrzymywania podwyższonych temperatur bez znaczącej degradacji. Jednakże w bardzo wysokich temperaturach azotki mogą ulegać zmianom w mikrostrukturze, które mogą mieć wpływ na wytrzymałość i twardość materiału. Pręty stalowe azotowane na dużą głębokość mogą zachować lepszą wydajność w podwyższonych temperaturach w porównaniu z prętami nieobrobionymi lub lekko azotowanymi.
