将低碳钢件放入渗碳介质中，在900~950℃加热保温，使活性碳原子渗入钢件表面并获得高碳渗层的工艺方法叫做渗碳。齿轮、凸轮、活塞、轴类等许多重要的机器零件经过渗碳及随后的淬火并低温回火后，可以获得很高的表面硬度、耐磨性以及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。而心部仍保持低碳含量，具有良好的塑性和韧性。因此，渗碳可使同一材料制作的机器零件兼有高碳钢和低碳钢的性能，从而使这些零件既能承受磨损和较高的表面接触应力，同时又能承受弯曲应力及冲击载荷的作用。根据渗碳剂的不同，渗碳方法有固体渗碳、气体渗碳和液体渗碳。常用的是前两种，尤其是气体渗碳应用最为广泛。

为了充分发挥渗碳层的作用，使零件表面获得高硬度和高耐磨性，心部保持足够的强度和韧性，零件在渗碳后必须进行热处理。对于本质细晶粒钢，通常渗碳后可预冷至淬火温度直接淬火，然后进行180~220℃低温回火。预冷的主要目的是减小零件与淬火冷却介质的温差，减小淬火应力和变形。对于固体渗碳零件、本质粗晶粒钢这类渗碳后不能直接淬火的零件，也可从渗碳温度立即空冷后再次加热淬火，然后进行低温回火。