​渗碳热处理是将低碳金属（通常是钢）在富碳的介质中加热到高温，使活性碳原子渗入金属表面，形成一定深度的高碳硬化层，然后经过淬火和低温回火，使表面获得高硬度、高耐磨性和高疲劳强度，而心部仍保持良好的韧性。
渗碳前准备
工件预处理：工件在渗碳前需要进行预处理，包括清洗、脱脂和去除表面的氧化皮等。清洗可以使用有机溶剂或碱性溶液，以确保工件表面洁净，有利于碳原子的吸附。例如，对于表面有油污的齿轮工件，可以用汽油或三氯乙烯等有机溶剂进行清洗，然后用热水冲洗干净。
选择渗碳介质：根据渗碳工艺的类型（气体渗碳、液体渗碳或固体渗碳）选择合适的渗碳介质。气体渗碳介质如天然气、丙烷等碳氢化合物，它们在炉内可以分解出活性碳原子；液体渗碳介质是含有碳的盐浴，如氰化盐浴（由于环保问题，现在使用受到限制）；固体渗碳介质主要是由木炭和催渗剂（如碳酸钠、碳酸钡）组成的混合物。
渗碳过程
确定渗碳温度和时间：渗碳温度一般在 900 - 950℃，温度越高，碳原子的扩散速度越快，渗层形成的速度也越快，但过高的温度可能会导致工件的晶粒长大，影响性能。渗碳时间根据工件所需的渗层深度来确定，通常采用经验公式或通过试验来确定。例如，对于要求渗层深度为 0.8 - 1.2mm 的工件，在 930℃的气体渗碳炉中，可能需要 5 - 8 小时。
控制炉内气氛：在气体渗碳过程中，要严格控制炉内气氛的成分和流量。炉内气氛一般由渗碳气体、稀释气体（如氮气）和富化气体组成。通过调节各种气体的比例，可以控制碳原子的供给速度和渗碳速度。例如，增加富化气体（如甲烷）的比例，可以提高渗碳速度，但也要防止碳势过高导致工件表面出现碳黑。
淬火处理
渗碳后的工件需要进行淬火，以获得高硬度的表面。淬火温度根据工件材料和渗层的碳含量来确定，一般在 780 - 860℃之间。淬火介质可以是油、水或聚合物淬火剂。油淬火可以获得较好的淬火效果，减少工件的变形和开裂，但冷却速度相对较慢；水淬火冷却速度快，但容易引起工件变形和开裂，需要根据工件的形状、尺寸和材料等因素选择合适的淬火介质。例如，对于形状简单、尺寸较小的渗碳工件，可以采用水淬火；对于形状复杂的工件，如带有齿形的渗碳齿轮，采用油淬火或聚合物淬火剂淬火更为合适。
低温回火
淬火后的工件需要进行低温回火，温度一般在 150 - 250℃。回火的目的是消除淬火应力，稳定组织，提高工件的韧性和尺寸稳定性。低温回火后，渗碳层的硬度略有下降，但仍能保持较高的硬度和耐磨性。例如，经过低温回火后，渗碳层的硬度可能从淬火后的 62 - 65HRC 下降到 58 - 62HRC，但工件的韧性得到了显著提高，能够承受较大的冲击载荷。