渗碳是最早和最广泛使用的表面化学热处理工艺。它是在钢的表面添加碳，以增加零件的碳含量。淬火后表层硬度高，芯部获得低碳马氏体，硬度低，耐久性好。共有三种渗碳方案：固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。
渗碳钢的含碳量一般在0.1%到0.25%之间。钢的主要合金元素是铬、镍、锰、钼和硼，其作用是提高钢的淬透性，在渗碳淬火后获得较高的强度和耐久性。目前，最广泛使用的渗碳工艺是机床齿轮钢系列产品。
渗碳钢的热处理工艺包括准备热处理和渗碳淬火工艺，其中热处理包括正火、等温正火、正火+回火、等温退火。渗碳淬火主要包括渗碳后的预冷直接淬火、渗碳后的空冷或渗碳后的空冷二次淬火、渗碳淬火后的回火。
JB/T7516-1994《机床齿轮气体渗碳热处理工艺及质量控制》是机床齿轮钢常用的规范。在渗碳过程中，通过控制外碳含量、组织中碳化物和残余奥氏体的形状、弥散度、硬度梯度和有效渗碳层的深度，可以获得最佳的渗碳层质量和最小的变形量，从而达到提高渗层质量的目的。提高齿轮的质量。