最早的硬化鋼表面的方法是表面淬火或滲碳。鐵在靠近并高于其臨界溫度時(shí)對碳具有親合力。碳被吸收進(jìn)金屬與鐵形成固溶體使外表面轉變成高碳鋼。碳逐漸擴散到零件內部。滲碳層的深度取決于熱處理的時(shí)間和溫度。固體滲碳的方法是將要處理的零件與木炭或焦炭這些含碳的材料一起放入密閉容器。這是一個(gè)較長(cháng)的過(guò)程，用于產(chǎn)生深度為0.03到0.16 英寸(0.76~4.06mm)這么厚的硬化層。

    用于滲碳的一般是含碳量約為0.15%、本身不太適合熱處理的低碳鋼。在處理過(guò)程中外層轉化為含碳量從0.9%到1.2%的高碳鋼。 含碳量變化的鋼具有不同的臨界溫度，因此需要特殊的熱處理。由于在較長(cháng)的滲碳過(guò)程中鋼內部會(huì )有些晶粒生長(cháng)，所以工件應該加熱到核心部分的臨界溫度再冷卻以細化核心部分的組織結構。然后重新加熱到高于外層轉變溫度再淬火以生成堅硬、細致的組織結構。

     由于恰好高于低臨界溫度通常使過(guò)共析鋼奧氏體化而硬化，所以對外層采用較低的熱處理溫度。第三次回火處理可用于減少應變。