渗碳是指在渗碳剂中对含碳量低的钢材进行加热，使碳扩散到钢的表面，从而提高其碳含量。碳是钢淬火所不可缺少的元素，含碳量越高，则淬火硬度越高。
做过渗碳处理的钢材淬火时，渗碳层硬化并被赋予耐磨性，但内部的非渗碳层并不会硬化，从而具有高韧性。
碳氮共渗是让氮与碳同时扩散渗透的处理工艺，通常使用在渗碳气体中混合数个百分点的氨气而形成的环境气体。
在应用渗碳处理的钢材中，机械结构用钢中的含碳量在0.1～0.2%的钢材通常作为表面淬火钢材使用。
如【表1】所示，渗碳法可根据渗碳剂及渗碳设备进行分类。固体渗碳的作业环境和作业性较差，液体渗碳存在氰化物污染等问题，因此气体渗碳是目前的主流。
【表1】渗碳法的种类
渗碳法 | 渗碳剂 | 渗碳设备 | |
固体渗碳 | 木炭+促进剂（BaCO3、Na2CO3等） | 电炉 | |
液体渗碳 | 盐浴（NaCN+Na2CO3+NaCl等） | 燃气炉、重油炉 | |
气体渗碳 | 改性气体法 | C3H8+空气、C4H10+空气等 | 电炉 |
分解气体法 | CH3OH、煤油等 | - | |
氮基法 | N2+CH4+CO2、N2+CH3OH等 | 电炉、（气氛炉） | |
直接渗碳法 | C3H8+CO2、C4H10+CO2等 | - | |
真空渗碳法 | C3H8、C4H10、C2H2等 | 电炉、（真空炉） | |
等离子渗碳法 | |||
固体渗碳是将钢材和主要成分为木炭的渗碳剂密闭放置于耐热钢制成的渗碳箱内，并加热至规定温度的工艺方法。渗碳剂中混有20～30%的碳酸钡或碳酸钠。
渗碳的原理是被加热到高温（900-950℃）的木炭与箱内的氧气反应生成二氧化碳，二氧化碳又与木炭反应生成一氧化碳。所生成的一氧化碳与铁反应，碳固溶在铁中。
将完成渗碳处理后的钢材从加热箱中取出后冷却，并通过淬火、回火处理提升其强度。
液体渗碳工艺是将工件浸入以氰化钠或氰化钾为主要成分的盐浴中，从而让碳扩散。此时，氮也与碳同时渗透、扩散，因此这种工艺是一种碳氮共渗的处理工艺。浴液中的氰化物与空气中的氧一起变成氰酸，并受热分解成为一氧化碳。由此产生的碳渗透并扩散到钢材中，从而完成渗碳处理。氰化物中的氮同样也会渗入钢材中，从而完成氮化处理。
