將鋼制工件放在含碳介質中加熱到高溫，以增加工件表層含碳量的化學熱處理工藝。滲碳工件的材料一般為低碳鋼或低碳合金鋼（含碳量小於0.25％）。滲碳後，鋼件表面的化學成分可接近高碳鋼。工件滲碳後還要經過淬火，以得到高的表面硬度、高的耐磨性和疲勞強度，並保持心部有低碳鋼淬火後的強韌性，使工件能承受衝擊載荷。滲碳工藝廣泛用於飛機、汽車和拖拉機等的機械零件，如齒輪、軸、凸輪軸等。
滲碳工藝在中國可以上溯到2000年以前。最早是用固體體滲碳介質滲碳。液體和氣體滲碳是在20世紀出現並得到廣泛應用的。美國在20年代開始采用轉筒爐進行氣體滲碳。30年代，連續式氣體滲碳爐開始在工業上應用。60年代高溫(960～1100℃)氣體滲碳得到發展。至70年代，出現瞭真空滲碳和離子滲碳。
原理 滲碳與其他化學熱處理一樣，也包含3個基本過程。①分解：滲碳介質的分解產生活性碳原子。②吸附：活性碳原子被鋼件表面吸收後即溶到表層奧氏體中，使奧氏體中含碳量增加。③擴散：表面含碳量增加便與心部含碳量出現濃度差，表面的碳遂向內部擴散。碳在鋼中的擴散速度主要取決於溫度，同時與工件中被滲元素內外濃度差和鋼中合金元素含量有關。
滲碳零件的材料一般選用低碳鋼或低碳合金鋼（含碳量小於0.25％）。滲碳後必須進行淬火才能充分發揮滲碳的有利作用。工件滲碳淬火後的表層顯微組織主要為高硬度的馬氏體加上殘餘奧氏體和少量碳化物，心部組織為韌性好的低碳馬氏體或含有非馬氏體的組織，但應避免出現鐵素體。一般滲碳層深度范圍為0.8～1.2毫米，深度滲碳時可達2毫米或更深。表面硬度可達HRC58～63，心部硬度為HRC30～42。滲碳淬火後，工件表面產生壓縮內應力，對提高工件的疲勞強度有利。因此滲碳被廣泛用以提高零件強度、沖擊韌性和耐磨性，借以延長零件的使用壽命。
分類 按含碳介質的不同，滲碳可分為固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳和碳氮共滲。
固體滲碳 把零件埋在裝滿固體滲碳劑（主要成分是木炭，並有碳酸鈉、碳酸鋇等作催滲劑）的容器中加熱，在高溫下通過碳與催滲劑的化學反應分解出活性碳原子，滲入零件表面。固體滲碳可以在各種加熱爐中進行，簡單易行，但質量不易控制，周期長，勞動條件差。
液體滲碳 把零件浸入熔融鹽浴中進行。鹽浴的主要成分有氰化鈉、氯化鈉、碳酸鈉和氯化鋇等。各種鹽的成分可通過不同溫度加以調節。一般薄層滲碳多采用低溫（850～900℃）、低濃度氰化物鹽浴（也稱液體氰化或液體碳氮共滲）。深層滲碳多采用較高溫度(900～950℃)，氰化物含量為6～16％。另一種是無氰液體滲碳，主要鹽浴成分是氯化鈉、氯化鉀和碳酸鈉，加上經過加工制作的滲碳劑：炭粉、碳化矽和尿素。
氣體滲碳 把零件放入密封的滲碳爐中，在滲碳介質中用吸熱式氣體作為運載氣體，用天然氣或丙烷作為富化氣。也可采用滴註式液體滲碳劑，以煤油、苯、丙酮或醋酸乙酯作為強滲劑，用甲醇、乙醇作為稀釋劑。這些液體滴入爐內後在高溫下汽化、分解產生成分穩定的滲碳氣體。氣體滲碳設備主要有兩種：一種是連續式推桿無罐爐，另一種是周期式的密封箱式爐和井式爐。滴註式滲碳多用於井式爐，也可用於周期式密封箱式爐。氣體滲碳的最大優點是：可以通過控制系統控制富化氣送入量或滲劑的滴入量，以改變爐氣的碳勢（見可控氣氛），從而控制零件表面的含碳量。氣體滲碳適用於大批量生產，易於控制質量和自動化，勞動條件好。
碳氮共滲 以滲碳為主同時滲入氮的化學熱處理工藝。共滲時，加到氣體滲碳氣氛中的氨分解成氫和單原子氮，氮與來自滲碳氣體的碳一起吸附在工件的表面上。由於氮的同時滲入，鐵碳的共析轉變溫度可以降低，使共析轉變能在較滲碳為低的溫度下進行，因而處理溫度較低。同時由於氮的作用，馬氏體臨界冷卻速度（見淬火）也得以降低，可在較緩和的淬冷介質中淬冷，減小淬冷畸變和開裂的傾向。碳氮共滲層中因有碳氮化物，能提高硬度，從而提高耐磨性。金屬工件表面的碳、氮含量和總的滲層深度，決定於氣氛中的碳勢、溫度和時間。碳氮共滲層深度較滲碳的淺，一般為0.05～0.75毫米。碳氮共滲層淬冷後顯微組織為馬氏體、殘餘奧氏體、碳化物和碳氮化合物，心部為低碳馬氏體或含有非馬氏體組織。對載荷不大的零件可允許有少量鐵素體。碳氮共滲工件的材料一般采用低碳或中碳鋼及合金鋼，適用於處理耐磨零件和小汽車、輕型載重車變速箱齒輪和驅動軸。碳氮共滲和滲碳一樣，也可以控制碳勢，處理後也要進行淬火和回火。