表面硬化或称为表面渗碳淬火工艺是热加工最重要的工艺之一。将部件加热到1.000℃，然后在炉子的气氛中充入特殊气体（碳氢化合物），使部件表面吸入碳。经过这项处理后，进行淬火，以实现所需的性能。使部件表面具有较高的抗压力和耐摩擦性能。但部件心部仍然保持较好的柔软性和较高的延展性，使部件在整个使用寿命中可以承受很高的压力。例如，传动装置的所有齿轮部件均进行这项处理。

传统的两步（渗碳和淬火）工艺在含有一氧化碳和氧气的特定大气的炉子中进行。渗碳操作应在淬火采用特殊油进行。

这种工艺存在一些缺点，例如：降低产品质量、能量消耗大、部件变形、用清洗法去除淬火油存在问题、有火灾爆炸的危险并且对环境有负面影响。 但是，采用真空渗碳和高压气体淬火就可以明显避免这些缺点。