在渗碳介质中加热保温，使钢的表层渗入碳的热处理过程称为渗碳。一般情况下，渗碳在临界相变点Ac3以上(850~ 950℃)进行。渗碳是一种最久远、应用最广泛的化学热处理方法。渗碳后进行淬火、回火处理，可以提高模具表面的碳浓度，使硬度、接触疲劳强度、耐磨性较心部有较大的提高，而心部仍具有一定的强度和良好的韧性。

渗层组织：淬火后为碳化物、马氏体、残留奥氏体。渗层厚度0.3~1. 6mm，表面硬度57～63HRC。

作用与特点：渗碳淬火后提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度，渗碳温度较高，工件畸变较大。

模具零件渗碳后，都要进行淬火、低温回火处理，回火温度一般为150～200℃。

经淬火和低温回火后，渗碳件表面为细小片状回火马氏体及少量渗碳体，硬度可达58~ 64HRC，耐磨性能很好。心部组织决定于钢的淬透性。普通低碳钢如15、20钢，心部组织为铁素体和珠光体，相当于硬度为10~15HRC。低碳合金钢如20CrMnTi心部组织为回火低碳马氏体、铁素体及托氏体，硬度为35~45HRC，具有较高的强度、韧性及一定的塑性。

渗碳法主要用于要求承受较大冲击载荷、高强度、高硬度和预防脆裂的小型冲压模具。如Cr12MoV钢制八角模寿命很短，往往使用不到2000件就断裂，而当采用20Cr钢，对该模具进行渗碳淬火处理后，在渗层为1.0~1.2mm，硬度为60~62HRC时，一次刃磨寿命就提高到2万～3万件；W6Mo5Cr4V2钢制螺母冲模经渗碳淬火处理后，使用寿命比常规工艺处理后提高2~3倍；GCr15钢轴承套圈采用3Cr2W8V钢热挤压模成形，该模具经高温渗碳处理后，使用寿命提高7~10倍；W18Cr4V钢制冲孔凸模，经渗碳淬火后，其使用寿命比常规工艺处理的提高2~3倍；采用65Nb钢制冷挤压模具真空渗碳并淬火处理后寿命可达3万件，而原来采用Cr12MoV钢制造并经淬火回火后，模具寿命仅为4000件。

根据渗碳介质的物理状态，渗碳方法可分为固体渗碳、气体渗碳、液体渗碳、真空渗碳和离子渗碳等。