将钢制工件放在含碳介质中加热到高温，以增加工件表层含碳量的化学热处理工艺。渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢（含碳量小于0.25％）。渗碳后，钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火 ，以得到高的表面硬度、高的耐磨性和疲劳强度，并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性，使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机、汽车和拖拉机等的机械零件，如齿轮、轴、凸轮轴等。
渗碳工艺在中国可以上溯到2000年以前。最早是用固体渗碳介质渗碳。液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的。美国在20年代开始采用转筒炉进行气体渗碳。30年代，连续式气体渗碳炉开始在工业上应用。60年代高温(960～1100℃)气体渗碳得到发展至70年代，出现了真空渗碳和离子渗碳。
原理 渗碳与其他化学热处理一样,也包含3个基本过程。①分解：渗碳介质的分解产生活性碳原子。②吸附：活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层奥氏体中，使奥氏体中含碳量增加。③扩散：表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差，表面的碳遂向内部扩散。碳在钢中的扩散速度主要取决于温度，同时与工件中被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含量有关。
气体渗碳 把零件放入密封的渗碳炉中，在渗碳介质中用吸热式气体作为运载气体，用天然气或丙烷作为富化气。也可采用滴注式液体渗碳剂，以煤油、苯、丙酮或醋酸乙酯作为强渗剂，用甲醇、乙醇作为稀释剂。这些液体滴入炉内后在高温下汽化、分解产生成分稳定的渗碳气体。气体渗碳设备主要有两种：一种是连续式推杆无罐炉，另一种是周期式的密封箱式炉和井式炉。滴注式渗碳多用于井式炉，也可用于周期式密封箱式炉。气体渗碳的最大优点是：可以通过控制系统控制富化气送入量或渗剂的滴入量，以改变炉气的碳势（见可控气氛 ），从而控制零件表面的含碳量。气体渗碳适用于大批量生产，易于控制质量和自动化，劳动条件好。
碳氮共渗 以渗碳为主同时渗入氮的化学热处理 工艺。共渗时，加到气体渗碳气氛中的氨分解成氢和单原子氮，氮与来自渗碳气体的碳一起吸附在工件的表面上。由于氮的同时渗入，铁碳的共析转变温度可以降低，使共析转变能在较渗碳为低的温度下进行，因而处理温度较低。同时由于氮的作用，马氏体临界冷却速度（见淬火 ）也得以降低,可在较缓和的淬冷介质中淬冷,减小淬冷畸变和开裂的倾向。碳氮共渗层中因有碳氮化物，能提高硬度，从而提高耐磨性。金属工件表面的碳、氮含量和总的渗层深度，决定于气氛中的碳势、温度和时间。碳氮共渗层深度较渗碳的浅，一般为0.05～0.75毫米。碳氮共渗层淬冷后显微组织为马氏体、残余奥氏体、碳化物和碳氮化合物，心部为低碳马氏体或含有非马氏体组织。对载荷不大的零件可允许有少量铁素体。碳氮共渗工件的材料一般采用低碳或中碳钢及合金钢，适用于处理耐磨零件和小汽车、轻型载重车变速箱齿轮和驱动轴。碳氮共渗和渗碳一样，也可以控制碳势，处理后也要进行淬火和回火。