渗碳热处理是对金属表面处理的一种，方法是将工件置入具有活性渗碳介质中加热到单相奥氏体区进行渗碳热处理。渗碳热处理可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，同时保持心部保持原来的硬度和良好的韧性。

渗碳热处理属于化学热处理，而化学热处理的状态由渗入元素在气氛和金属内部的化学位浓度来判定。渗入的碳元素化学位浓度在工件表面处也就是边界处不连续，在金属内部有一定的浓度梯度，这个过程属于混合控制。

渗碳热处理初期，工件表面碳浓度低于碳势浓度，而在工件内部碳浓度呈梯度变化，两者的变化情况不同。工件在渗碳热处理保温阶段通过表面Fe-C反应及内部扩散进行渗碳，我们可以通过控制这两种反应来达到控制渗碳的目的。

根据渗碳的因素可以构成以下数学模型：

表面碳浓度：

渗碳深度：

C_p——炉气碳势

C₀——钢的原始碳浓度

当渗碳条件满足（C_t≤C_p）时，在某一渗碳时间，两者之间有其确定的关系式：

由上式可知碳势和温度是影响渗碳热处理的关键性因素，提高渗碳温度有利于加快渗碳速度，提高碳浓度有利于提高工件表面硬度，但要注意碳化物的形成，影响产品组织性能。