渗碳工艺主要用于碳含量小于0.25%的钢种。当渗碳层达到所要求的厚度后再将工件淬火和回火，使工件具有高硬度表层和高韧性心部。渗碳后，钢件表面的化学成分可接近高碳钢。主要应用于车辆、船舶和飞机等的机械零件，如齿轮、轴、轴承、轴瓦等。

渗碳在中国的应用可上溯到2000年以前。最早是用固体渗碳介质渗碳。20世纪出现液体和气体渗碳并得到广泛应用。后来又出现了真空渗碳和离子渗碳。由于渗碳技术可以提高工件的表面硬度、耐磨性、耐疲劳性和耐蚀性，而不必通过合金化或其他复杂工艺手段对整个材料进行处理，大大节约了成本，因此具有非常高的实用价值，并仍处在不断的发展之中。

渗碳主要分为固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳、真空渗碳、离子渗碳、碳氮共渗等。

将渗碳工件和渗碳剂一起装在渗碳箱中，再放入加热炉中加热并保温。一般加热到870～930℃，保温2～36小时。渗碳剂的成分为炭粉和催渗剂。在固体渗碳中炭粉与氧气反应生成一氧化碳： 

一氧化碳与工件表面发生化学反应：

生成的活性炭原子通过扩散进入工件表面。固体渗碳是应用最早的渗碳工艺。固体渗碳可以在各种加热炉中进行，简单易行，但质量不易控制，周期长，劳动条件差。主要用于单件或小批量生产或深层渗碳。

将工件放入盐浴炉中，以熔盐作为液体渗碳介质进行渗碳。熔盐的成分一般为氰化钠（NaCN）或氰化钾（KCN）。液体渗碳又分为低温液体渗碳和高温液体渗碳。低温液体渗碳（840～900℃）用于要求渗碳层较浅（0.076～0.76毫米）的情况，高温液体渗碳（900～950℃）用于渗碳层较深（0.76～3.0毫米）的情况。液体渗碳的时间一般为1～4小时。液体渗剂中的氰化物有毒，操作不方便，但渗碳速度快。主要用于薄层渗碳，有利于单件或小批量生产。

应用最广泛的渗碳技术。气体渗碳的介质主要为甲烷、乙烷、丙烷和天然气等。气体渗碳的温度一般为800～1100℃，时间为4～10小时，达到的渗碳层深度一般小于1.3毫米。气体渗碳过程中的碳势（渗碳过程中工件或渗碳介质中碳的化学势）可以通过测量温度和渗碳气体的化学成分得到。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，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。

又称低压渗碳，是在真空炉里进行的渗碳。真空渗碳以纯的碳氢化物气体为渗碳介质，介质的气压低于大气压。真空渗碳的优点是可以避免或减轻在常压气体渗碳中产生的晶界氧化。真空气体渗碳的气压一般为1～20毫帕。其他的工艺参数与常压气体渗碳基本相同。

在密闭容器中，由于高压直流电场的作用，使稀薄的渗碳气体（比如甲烷）放电，从而将碳直接以离子的形式由渗碳气体中离解出来，再渗入工件表层。与真空渗碳相比，离子渗碳具有渗碳速度快的特点。

将工件放在合适的介质中保温，使碳原子和氮原子扩散进入工件的表面，从而提高工件表面硬度。碳氮共渗以渗入碳原子为主，同时渗入氮原子。碳氮共渗的温度在下临界温度以上（A1）。碳氮共渗以后还要进行淬火、回火处理。与渗碳相比，碳氮共渗可以在更低的温度进行，而且耗时较少。碳氮共渗工件的材料一般为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。