滲碳鋼的熱處理一般是滲碳後進行淬火及低溫回火，以獲得高硬度的表層及強而韌的心部。根據鋼的成分的差異，常用的熱處理方法有以下幾種。（1）滲碳後預冷直接淬火及低溫回火這種方法適用於合金元素含量較低又不易過熱的鋼，如20CrMnTi、20CrTi等。（2）一次淬火滲碳後緩冷至室溫，重新加熱淬火併低溫回火。適用於滲碳時易過熱的碳鋼、低合金鋼工件及固體滲碳後的零件等。（3）兩次淬火滲碳後緩冷至室溫，重新加熱兩次淬火併低溫回火。適用於本質粗晶粒鋼及對效能要求很高的工件，但生產週期長，成本高，易脫碳氧化和變形。對於合金化程度較高的18Cr2Ni4WA等鋼種，如果滲碳後預冷淬火，滲層將存在大量殘留奧氏體，使硬度降低。為此，生產上採用滲碳空冷後進行高溫回火，使殘留奧氏體分解，然後再進行加熱淬火和低溫回火。熱處理和組織特點滲碳件一般的工藝路線為：下料→鍛造→正火→機加工→滲碳→淬火+低溫回火→磨削。滲碳溫度為900~950℃，滲碳後的熱處理通常採用直接淬火加低溫回火，但對滲碳時易過熱的鋼種如20、20Mn2等，滲碳後需先正火，以消除晶粒粗大的過熱組織，然後再淬火和低溫回火。淬火溫度一般為Ac1+30~50℃。使用狀態下的組織為：表面是高碳回火馬氏體加顆粒狀碳化物加少量殘餘奧氏體（硬度達HRC58~62），心部是低碳回火馬氏體加鐵素體（淬透）或鐵素體加託氏體（未淬透）。滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。一般滲碳的溫度為900~950℃，淬火溫度為800~850℃油淬，回火溫度為180~200℃。