渗碳是将低碳钢（含碳量ω（C）通常为0.1%～0.25%）的零件，在渗碳介质（渗碳剂）中加热到900～950℃，使碳原子渗入其表面层，表面获得高碳渗层，即获得高淬硬性，然后再进行淬火并低温回火。渗碳淬火后工件表面层获得高碳回火马氏体，而零件心部获得低碳马氏体（或铁素体及托氏体），在保持心部基体高韧性的条件下获得了表面层的高硬度，从而提高零件的疲劳强度和耐磨性。

渗碳一般分为气体渗碳、固体渗碳、及其他渗碳方法。实践证明，渗碳层的ω（C）应在0.8%～1.1%之间，最好是0.85%～1.05%。表面碳浓度低，耐磨性与疲劳强度不足；表面碳浓度过高，渗碳层脆性增加，容易出现网状或块状碳化物。

渗碳层深度通常是在0.5～2mm之间，其波动范围不应大于0.5mm。渗碳层深度小于0.5mm时，渗碳不易控制，应采用碳氮共渗。渗层深度大于2mm时称为深层渗碳，如特大型渗碳轴承的渗碳层为3.5～5mm。

为了在保持心部韧性的条件下表面能有高的硬度和耐磨性，渗碳后必须淬火，随后进行低温回火。本质细晶粒钢，如20CrMnTi钢渗碳后奥氏体晶粒还比较细，可以出炉或出炉预冷到高于Ar₁或Ar₃（760～850℃）后直接淬火。本质粗晶粒钢，渗碳后要立即出炉或降温到860～880℃出炉，冷却到室温后再重新加热淬火，这种工艺方法称为一次淬火使用得比较广泛。