渗碳处理(carburizing/carburization)是指在钢的完全奥氏体相区（一般为900~950℃)将碳原子渗入到钢表面层，使钢的表面层碳含量达到高碳钢的水平的化学处理过程。
一般渗碳层深度范围为0.8～1.2mm，深度渗碳时可达2mm或更深。其后经过卒火和低温回火，高碳含量（C的质量分数为0.85%～1.05%)的表层的显微组织为高硬度的马氏体、残余奥氏体和少量碳化物，硬度可达58～63HRC，低碳含量的心部组织为韧性好的低碳马氏体或非马氏体组织(应严格限制铁素体的比例)，硬度为30～42HRC。适合渗碳的钢种为低碳钢，包括低碳碳素钢和低碳合金钢，含碳量一般都在0.15%～0.25%，对于承受重载的渗碳工件，含碳量可以提高到0.25%～0.30%。这样既可以通过渗碳使工件表面具有高硬度和高耐磨性，还可以使工件的心部仍然保持着低碳钢的强韧性，使工件能承受较大的冲击载荷，且渗碳使工件表面产生压应力，大幅提高了工件的疲劳强度。
碳素渗碳钢中用得最多的是15钢和20钢，由于碎透性较低，只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件，如轴套、链条等。低合金渗碳钢，如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等，其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高，可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件，如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。中合金渗碳钢，如20Cr2Ni4、18Cr2Ni4W、15Si3MoWV等，具有更高的碎透性、强度及韧性，主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件，如航空发动机的齿轮、轴等。合金化元素锰、铬、镍、钥、钨、钒、姗等可细化品粒，影响渗层中的饱和碳浓度、渗层厚度及硬度，提高钢的渗碳深透性。
真空渗碳及真空渗氮作为一种表面化学热处理工艺，其共同特点是提高了工件的表面硬度，进而提高了工件的耐磨性、抗疲劳强度、抗咬合性及承载能力。其又各有特点，真空渗碳渗层较深，其硬化层同基体的结合性较好，但表面硬度较低，所以其承载能力、抗冲击载荷能力、抗疲劳强度较好，但耐磨性、抗咬合性不如真空渗氮，且加热温度较高，变形较大。此外，其耐腐蚀性能也低于真空渗氮。真空碳氮共参与真空氨碳共渗均是集合了真空渗碳和真空渗氮两者性能优点的工艺。真空碳氮共渗以渗碳为主、渗氮为辅。真空氮碳共渗则以渗氮为主、渗碳为辅，而且一般无单独使用，配合真空淬火使用。
